碧流河水库主坝渗流安全分析

高香凯

(大连市碧流河水库有限公司，辽宁 大连 116221)

1 工程概况

碧流河水库地处大连市北部，位于大连市普兰店区、庄河市、辽宁营口市盖州市三市交界处，距大连170km，1975年10月动工修建，1986年10月竣工并投入运行。总库容9.34亿m3，按500a一遇洪水设计、10000a一遇洪水校核，多年平均径流量6.6亿m3，控制流域面积2085km2，占全流域面积74.3%，是以城市供水为主，兼有防洪、发电、灌溉、养殖、旅游等综合效益的国家大Ⅱ型水利枢纽工程。工程包括主坝、输水洞、水电站以及三座副坝，其中主坝长708.5m，最大坝高53.5m，由沥青混凝土心墙堆石坝、混凝土重力坝、沥青混凝土心墙土坝等多种坝型组成。溢流坝段长108m，有9孔弧形闸门，启闭方式为固定卷扬式；一副坝为黏土心墙坝，坝长227m，最大坝高21.7m；二副坝为风化砂均质坝，坝长380m，最大坝高9.3m；三副坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝长53.5m，最大坝高10m；坝后式电站装有发电机组三台，总装机容量5250kW，最大日供水能力达到150万m3。

2 大坝观测系统布置

2.1 水库主要监测项目

碧流河水库大坝安全监测系统由自动化监测和人工监测两部分系统组成。自动化监测系统包括：水平位移观测、裂缝观测、挠度观测、倾斜观测、绕坝渗流、坝基扬压力、土坝、一、二副坝浸润线观测；人工观测包括：主坝坝体、坝基、一副坝垂直位移观测、一副坝水平位移观测、主坝土坝渗流量观测[1-3]。

2.2 主坝渗流监测系统布置

主坝渗流监测系统布置如图1和图2所示。

3 主坝渗流安全分析

3.1 沥青混凝土心墙砂砾石坝段、堆石坝段计算断面和渗透系数的选取

3.1.1 计算断面的选取

根据相关资料，选取主坝砂砾石坝段、主坝堆石坝段典型断面作为渗流有限元计算分析断面，分别见图3、图4。

3.1.2 初始渗透系数的选取

各典型断面坝壳料、心墙过渡带、沥青混凝土心墙、坝基帷幕、基岩体等区域的材料渗透系数依据水库检测报告、施工质量报告、灌浆总结报告等资料综合确定。混凝土盖板、排水棱体渗透系数根据工程经验分别取1×10-7cm/s、1×10-2cm/s，计算断面各区渗透系数初始值见表1。

表1 碧流河水库土石坝渗流场各区渗透系数初始值

3.2 砂砾石坝段、堆石坝段各特征水位时渗流计算分析

主坝砂砾石坝段、堆石坝段依据表 3.31中的渗透系数值，分别计算校核洪水位72.6m、设计洪水位71.0m、正常蓄水位69.0m时的各计算断面大坝渗流场，计算工况见表2。通过理正渗流分析软件，采用有限元分析法对主坝砂砾石坝段、主坝堆石坝典型断面渗流计算结果，各特征水位下关键部位渗流要素计算成果见表3和表4。

表2 大坝渗流计算工况组次表

表3 主坝砂砾石坝段典型断面在各特征水位下关键部位渗流要素计算表

表4 主坝堆石坝段典型断面在各特征水位下关键部位渗流要素计算表

3.3 混凝土坝段观测资料分析

主坝混凝土坝段除左联Y14、Y15、Y16和Y19渗压计水位高于下游水位外，其他各测点水位均低于下游水位。各测点水位过程线见图5，图6，Y19测点水位变化与库水位相关性较好，总体上水位有逐渐降低的趋势。

2011年8月份库水位最高69.74m时，Y14、Y15和Y16的水位分别为35.63m、36.89m、36.99m，位势分别为12.6%、15.9%、16.1%，位势较低。

4 结 论

通过计算分析，可以得出：①通过观测资料分析，主坝混凝土坝段渗流正常，坝体运行稳定；②通过主坝砂砾石坝段、堆石坝坝段各计算断面渗流分布图可见，各断面流网性态符合各种类型土石坝的渗流规律，且不论何种工况，主坝砂砾石坝段、堆石坝段大部分水头消散于心墙和防渗帷幕附近，坝后剩余位势分别仅约为10%、30%，表明大坝防渗体系截渗效果显著，各部分渗透坡降均小于允许值，大坝渗流稳定满足要求，大坝运行安全稳定[4]。