印度尼西亚Jatigede大坝工程大坝渗流量分析
2020-03-11
(四川省水利水电勘测设计研究院,成都,610072)
1 工程概况
Jatigede大坝工程是“一带一路”沿线国家新建成的大型水利工程。本工程位于印度尼西亚西爪哇省的Cimanuk河上,距离Cirebon城75km。工程位于赤道附近,属热带季风气候,年平均气温26℃,年平均降雨量2880mm。每年分为雨季和旱季,旱季时段为5月至10月,其余月份为雨季。
Jatigede大坝工程控制流域面积1460km2,水库总库容10.6亿m3,为多年调节水库,死水位230.0m,正常水位260.0m[1]。电站装机容量110MW。工程开发任务为灌溉、供水及发电等综合功能。本工程属Ⅰ等大(1)型工程。枢纽主要建筑物包括:大坝、溢洪道、灌溉洞、引水发电系统等。粘土心墙堆石坝和溢洪道控制段地震设防烈度为Ⅸ度,其它建筑物的地震设防烈度为Ⅷ度。
2 坝体设计
本工程大坝坝型为粘土心墙堆石坝。坝顶高程265.0m,最大坝高110m,坝轴线长1668m。上游围堰与大坝连为一体,为大坝的一部分。围堰顶部高程204.0m,顶宽12.0m。上游坝坡在204.0m以上坡度为1∶2,以下坡度为1∶3。下游坝坡坡度为1∶1.9,设三级马道,马道宽均为6.0m,顶高程分别为235.0m、205.0m和175.0m[2-4]。
坝体断面分为6个区,从中部向上、下侧均为(1)粘土心墙防渗区、(2A)、(2B)反滤料区、(3A)过渡料区、(3B)堆石区和(4)干砌石护面[2-4]。
3 大坝主要控制时间节点
从坝体填筑开始至2019年7月,大坝主要控制时间节点如下:2012年4月23日坝体开始填筑,2014年8月2日坝体填筑结束,2015年8月31日导流洞下闸、水库蓄水,2016年5月15日水库蓄水至252.0m,2016年5月15日至2019年7月库水位在236.0m~254.0m之间。
4 大坝渗流量监测分析
4.1 坝体渗流量仪器布置
根据地形和地质条件,设置3个V型量水堰监测大坝的坝体渗流量。三个量水堰的位置为右岸(1#量水堰:Sta1+326.76,Elv+205.80)、坝脚(2#量水堰:Sta1+100,Elv+161.90)和左岸(3#量水堰:Sta0+800.00,Elv+239.34),位置见图1。左坝肩桩号0+815以左的坝体渗水汇集于3#量水堰,右坝肩桩号1+326.7以右的坝体渗水汇集于1#量水堰,其余坝段的坝体渗流量汇于坝脚的2#量水堰。大坝下游桩号0+246.1设有2#量水堰,量水堰下设深入基岩1m的混凝土截水墙。截水墙下设固结灌浆,防止大坝渗水从基础渗漏,影响大坝渗流量监测精度。量水堰为三角形,堰坎底高程为161.9m。坝下游设堆石体压脚后,2#量水堰后移到河边。坝体渗流量为三个量水堰渗流量之和。
图1 大坝量水堰平面位置
4.2 坝体渗流量曲线
1#量水堰降雨量、渗流量时间曲线见图2,2#、3#量水堰渗流量时间曲线见图3、图4。
图2 降雨量与1#量水堰渗流量时间曲线
图3 2#量水堰渗流量时间曲线
图4 3#量水堰渗流量时间曲线
4.3 坝体渗流量分析
由于量水堰位置较低,地表水和降雨会自动汇入量水堰,因此,量水堰渗流量监测值均包含天然降雨后的地表水和坝体渗漏水。工程区年平均降雨量2880mm,降雨对量水堰监测的渗流量有较大影响,特别是雨季影响更大,因此,坝体渗流量应扣除天然降雨的影响。
三个量水堰从2014年12月11日(大坝填筑至坝顶后4个月)开始监测,最新的监测时间为2019年7月16日。从2014年12月11日至2017年11月,每月有5个~31个不等的监测数据;从2017年11月18日开始至今,几乎每天监测一次,监测数据连续完整,分析后根据渗流量能反映大坝和帷幕的整体防渗性能。
4.3.1 水库蓄水前期
2014年12月至2015年6月,大坝渗流量最大值48.8L/s。大坝未蓄水就有较大的渗流量,是降雨后的地表汇流进入量水堰导致的。
4.3.2 水库蓄水期
2015年8月31日导流洞下闸至2016年5月15日。该时间段水库未形成稳定渗流,大坝渗流量最大值62.0L/s。此时,大坝渗流量与库水位上升相关性较小,与天然降水相关。
4.3.3 水库运行期
2016年5月15日至2019年7月16日(最新监测值),库水位在236.4m~254.3m之间。
库水位较高且较新的监测值时间为2019年6月3日,库水位为252.02m;1#量水堰渗流量1.68L/s,2#量水堰渗流量39.33L/s,3#量水堰渗流量0.22L/s,大坝渗流量41.2L/s,总的渗流量小,扣除地表水的影响,坝体的实际渗漏量小于监测值。
水库蓄水到本文发稿最新一次监测时间,大坝最大渗流量192.78L/s(2018年1月4日,未扣除降雨影响)。
为了尽量消除降雨对渗流量的影响,对2017年4月以后的渗流量逐月查出库水位和大坝渗流量的最大值和最小值,汇总后以方便分析。逐月大坝水位~渗流量汇总见表1。
表1表明:大坝渗流量,雨季大,旱季小。在雨季,天然降水量大时,土表径流增加,大坝的渗流量较大;在旱季,天然降水量较小时,土表径流减少,量水堰的流量较小。因此,大坝渗流量与天然降水的相关性比较好。
为了尽量减少降雨的影响,去除表1中渗流量最大值大于80L/s月份的监测值。可以查出:大坝运行期,库水位在236.4m~252.5m之间运行时,大坝渗流量为25.21L/s~61.56L/s(包含降
表1 各月大坝水位~渗流量汇总
表2 上游水位250m不同时段大坝渗漏量
表3 上游水位252m不同时段大坝渗漏量
雨影响),扣除降雨影响后,大坝的渗流量将更小。大坝的渗流量远小于坝高和坝长相似的同类工程的监测值。
表2表明:在上游水位为250.0m时,随着大坝蓄水时间的增加(从2017年至2019年),大坝渗流量逐渐减少,最新值为37.0L/s。
表3表明:在上游水位为252.0m时,随着时间的推移(从2017年至2019年),大坝渗流量逐渐减少(扣除降雨影响),最新值为41.2L/s。
5 坝体渗流量监测结论
(1)在雨季,大坝渗流量受降雨和地表水影响较大,导致大坝渗流量监测值偏大;在旱季,特别是天然降水量较小时,大坝渗流量受天然降雨影响较小,监测值较可靠,可信度高。
(2)大坝渗流量,雨季大,旱季小,说明大坝渗流量与降雨量相关性较好。扣除降雨影响后,大坝的渗流量与库水位相关性较好;库水位高时,大坝渗流量大,库水位低时,大坝渗流量较小。
(3)在监测时段内,扣除降雨和地表水影响,上游水位在236.0m~254.0m时,大坝渗流量25L/s~60L/s。渗流量远小于坝高和坝长相似的同类工程测值。大坝渗流量小,说明坝体和坝基帷幕防渗效果很好。
(4)扣除降雨后的大坝渗流量监测结果,结合坝体心墙孔隙水压力、大坝基础渗压计、坝体渗压计等监测结果表明:大坝防渗心墙的厚度和渗透系数、悬挂式防渗帷幕及绕坝渗漏防渗帷幕的深度和厚度、坝下游排水体等设计和施工质量均达到且超过了设计的预期效果。
(5)结合坝体变形、土应力、沉降、水平位移等监测结果[2-5]表明:坝体设计是安全、经济合理和技术先进的,且坝体填筑质量良好,坝体运行状态优。