某水电站绕坝渗漏的监测及分析

徐宏杰

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

某水电站大坝位于太行山脉中段，属于石灰岩地区，坝址区地层岩性为古生界寒武系中统张夏组灰岩，地层产状平缓，呈单斜构造。大坝为堆石混凝土重力坝，坝高58.4 m，坝长40 m，库容495万m3，坝顶高程645 m，设计正常蓄水位643 m。2015年7月水库建成，9月5日开始进行了试蓄水试验，试蓄水的目标水位为625.5 m，坝后水深16.5 m。

2 绕坝渗漏的监测分析

试蓄水期间发现两坝肩存在绕坝渗漏和右岸邻谷渗漏问题。为查明渗漏部位、渗漏方式，估算渗漏量，首先对大坝前期的地质勘察资料、施工及灌浆资料进行了针对性研究。通过对比分析，发现两坝肩埋设的测压管内的水位与库水位存在比较紧密的联系和时间相关性。

左、右坝肩共设置了18个测压管，均布在绕坝渗流弧线的各个部位。由于自试蓄水前就对测压管水位进行了自动化观测，所以采集了大量的坝肩地下水位的数据。另外同时对库水位也进行了不间断的观测。通过库水位过程线和测压管水位过程线的对比分析，发现大部分测压管水位与库水位存在很高的相关性和时效性，具体表现就是随着库水位的升降，测压管内的水位（坝肩地下水位）也会随之升降，只是具有一定的时间差，即滞后时差，这种现象说明确实存在绕坝渗漏问题。由于左坝肩UP1～UP6等6个测压管位于坝轴线上游，且孔底设计高程高于本次蓄水的最高库水位，故测压管内水位未受到库水位变化的影响，而其余12个测压管孔底高程均低于库水位，所以与库内水位具有一定的水力联系，二者之间存在很高的相关性。

图1为两个典型测压管（UP15、UP18）的水位过程线与库水位过程线进行对比的示例。从过程线的对比图可以看出，自2015年9月9日开始下闸蓄水，至19日8:00库水位达到初次高值，高程为624.2 m，随后各测压管水位也相继达到一个高值。直至2016年3月28日试蓄水结束，测压管水位与库水位均有较高的相关性，其时效性十分明显，充分说明左、右坝肩存在绕坝渗漏问题，右岸还可能存在邻谷渗漏问题。

图1 右坝肩UP15和UP18两个测压管水位与库水位的过程线对比

表1列出了试蓄水时当库水位在2015年9月19日8:00达到初次高值时（624.2 m），各测压管水位达到峰值的时间及滞后时差，左坝肩滞后时差为15.6～40.3 h，右坝肩滞后时差为7.9～39.6 h。而从整个试蓄水期间的库水位过程线还可以看到多个明显的标志性升降拐点，其与测压管水位线之间的时差与表1中的滞后时差基本一致，充分说明了测压管水位与库水位的时间相关性。

那么都有哪些因素影响和造成各测压管水位的滞后时差呢？初步分析认为主要有：渗流途径、水力坡降、地层岩性、地质结构等因素。根据工程地质资料，两坝肩蓄水位以下的地层为寒武系中统张夏组（єz）的厚层灰岩，地层产状平缓，呈单斜构造；岩体中发育4组高倾角裂隙，其中第1组裂隙（产状为N20°E/SE∠85°）和第 2 组裂隙（产状为 N88°E/SE∠87°）最为发育，与层间裂隙将岩体切割成碎裂块状结构，所以坝肩岩体较破碎；加之坝肩灰岩地层的岩溶较为发育，沿裂隙和层面可见贯通的溶孔和溶隙，透水性强，在两岸特殊的地形地貌组合中，易形成绕坝渗漏的通道。

表1 库水位初次达到最高值时受影响的测压管水位及滞后时差

通过以上分析，再结合钻孔压水试验的资料可知，两坝肩的渗流模式为扩张型或冲蚀型。该类渗流模式的渗流速度或渗透系数都会随库水位的升高、水头压力的增大而增大，所以影响绕坝渗漏速度的主要因素就是水力坡降和渗透系数。水力坡降（J=Δh/D）、渗透速度（V=D/T）和渗透系数（K=V/J）都可以通过测压管的具体资料和观测数据来计算（上述各式中变量的含义已于表2中说明）。表2是试蓄水前期库水位初次峰值时，各测压管水力坡降和渗透系数的计算结果。

利用上表计算出的渗透系数，采用适当的绕坝渗漏量的估算公式进行计算，得到两坝肩绕坝渗漏总量约为23 000 m3/d，这一数据与河流来水量及水库蓄水量的观测结果比较吻合。

3 绕坝渗漏部位的圈定

在以上分析过程中还发现一个重要信息，就是两坝肩测压管水位与库水位的滞后时差（见表1）相差很大，最小值仅为7.9 h，而最大值可达40.3 h，也就是说各测压管水位的时效性区别很大。时效性反映在绕坝渗漏问题上就是坝肩岩体各部位的渗透性是不均匀的，这一点与实际地质情况相符。最明显的特点：一是右坝肩的透水性明显高于左坝肩；二是右坝肩其中的UP11、UP12、UP16等三个测压孔所在位置的透水性明显高于其它位置。所以通过以上分析，基本可以圈定以这三个测压管所在位置为绕坝渗漏的主要部位，在地形图上将这三个测压管孔位连接起来，就可以确定右坝肩绕坝渗漏的主要通道。

表2 各测压管水力坡降及渗透系数计算表