龙头石水电站渗流渗压监测成果分析

代 乔 亨, 陶 子 傲

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

大渡河龙头石水电站主要枢纽建筑物由沥青混凝土心墙堆石坝、左岸引水发电系统和左岸泄洪消能设施三部分组成。其中沥青混凝土心墙堆石坝坝顶高程为960 m，坝顶宽10 m、长373.5 m，最大坝高58.5 m。坝址区位于中高山开阔河谷地段，呈“L”型河曲，长700余m。坝址控制流域面积达6.3万km2，多年平均流量为1 020 m3/s，水库正常蓄水位高程为955 m，大坝壅水高度为50 m，正常蓄水位以下库容约1.145亿m3，装机容量为700 MW。该电站水库单独调度运行条件下的年发电量为31.2亿kW·h，电站运行以发电为主。

渗流监测系指对水工建筑物及其地基内由渗流形成的浸润线、渗透压力(或渗透水头)、 渗流量和渗水水质等进行的监测。其目的是掌握水工建筑物及其地基的渗流情况，分析并判断其是否正常和可能发生不利影响的程度及原因，为工程的施工、运行及养护修理和安全运用提供依据，并可为水利工程的勘测、设计、施工和科研提供科学的参考资料。阐述了对龙头石水电站渗流渗压监测成果进行的分析。

2 大坝渗流渗压监测方案

2.1 坝基渗压监测仪器的布置

大坝基础渗流的监测采用2横、2纵、3钻孔的布置方式实现对坝基渗流整体分布情况的监测。

(1)横向布置。在防渗墙后(坝0+000.50)自右岸向左岸(桩号0+101.00 ～0+330.00)横向布置一排、共计11支渗压计，对防渗墙后的渗压分布状况进行监测。

在防渗墙前(坝0+004.00)，0+101.00)和0+290.00处各布置1支渗压计，对防渗墙前的渗压状况进行监测。

通过对防渗墙前后的渗压数据进行比较，可以较准确地评判防渗墙的防渗效果。

(2)纵向布置。分别在3-3(0+200.00)和4-4(0+290.00)监测断面沿纵向(水流)各布置了一排渗压计，对防渗墙后的渗压递减情况进行监测。

(3)钻孔渗压计的安装。分别在桩号0+148.00、0+200.00(3-3断面)、0+290.00(4-4断面)处各布置了一个钻孔，在孔内不同深度安装多支渗压计以实现对孔位处沿深度方向渗压分布情况的监测。

2.2 坝体渗压监测仪器的布置

渗压监测仪器分布在2-2、3-3、4-4三个断面及沿左、右岸岸坡与坝体的结合面上，每个断面均为自下而上埋设渗压计。其中2-2、3-3、4-4三个断面采用双排布置，即在防渗心墙前后各布置一排；左、右岸岸坡与坝体结合面为单排布置，均布置于防渗心墙后。坝体共埋设渗压计35支。

2.3 坝体渗漏监测仪器的布置

坝体渗漏采用量水堰实施监测。龙头石水电站大坝在左岸廊道内设置了两个量水堰(编号为WE1、WE2)，对坝体渗漏水量实施监测。

2.4 绕坝渗流监测仪器的布置

整个大坝共布置了10个钻孔，安装渗压计进行绕坝渗流监测。其中左岸布置了4个绕渗孔，其自上至下的编号分别为RK1、RK2、 RK3和RK4；右岸布置了6个绕渗孔，自上至下的编号分别为RK5、RK6、RK7、RK8、RK9、RK10。

3 大坝渗流渗压监测成果分析

3.1 坝基渗压

(1)防渗墙后的渗压。监测成果表明：坝基防渗墙后(桩号坝(横)0+100.00～0+350.00)范围内各测点的实测渗压水位高程为905.55～911.25 m，水位差为5.7 m，监测点的实测渗压基本上在高程910 m之下；与同一时间的库水位高程954.17 m相比，防渗墙前后的水头递减幅度在21.92～ 48.62 m之间，渗压水位折减明显。

水库蓄水达到正常蓄水位后，坝基防渗墙后各测点的渗压水位与库水位相关性不明显，相关系数在0.15～0.49之间；尾水位与渗压水位的相关系数在0.43～0.68之间[1]。

大坝基础防渗墙后渗压水位分布情况(防渗体后自左向右(岸)的渗压分布状况)见图1，大坝基础防渗墙后渗压水位历时过程线见图2。

图1 大坝基础防渗墙后渗压水位分布示意图

图2 大坝基础防渗墙后渗压水位历时过程线图

(2)坝基渗压沿下游衰减情况。监测成果表明：坝基渗压水位在防渗体前、后有一个明显的梯降，与坝前库水位相比，在断面0+200.00处的递减幅度为46.28 m(水位高程为954.38～908.12 m)，0+290.00处的递减幅度为46 m(水位高程为954.38～ 908.38 m)，防渗体前后水位递减超过46 m。防渗体后，自坝纵0+000.50至0-103.00，渗压水位均在高程910 m之下，沿下游方向有微弱衰减。

经核算，断面0+200.00处防渗墙前后测点P13和P5最短渗距之间的水力坡降为10.36，远小于设计允许水力坡降80～100；堆石区测点P5和P21最短渗距之间的水力坡降近乎为零，远小于设计允许水力坡降0.18～0.25[2]。

断面0+290.00处防渗墙前后测点P22和P9最短渗距之间的水力坡降为5.11，远小于设计允许水力坡降80～100；堆石区测点P9和P30最短渗距之间的水力坡降近乎为零，远小于设计允许水力坡降0.18～0.25。大坝典型纵向渗压水位分布状况见图3。

大坝纵向桩号 /m

(3)钻孔内的渗压分布情况。选取0+148.00、坝0-002.40处安装在同一钻孔中的3支渗压计，安装高程分别为885 m、852 m和829 m ;大坝基础防渗墙后钻孔内渗压水位历时变化过程线见图4。

图4 大坝基础防渗墙后钻孔内渗压水位历时变化过程线图

监测成果表明：孔内渗压水位分别为高程903.55 m、915.06 m、912.28 m，尤以孔内中段渗压水位最高，孔底次之，孔口段最低，各孔深段的渗压值变化稳定[3]。

3.2 大坝渗压

大坝及坝基(坝横0+200断面)渗压浸润线见图5，(坝横0+200)沥青混凝土心墙后坝体内渗压值历时过程线见图6。

图5 大坝及坝基(坝横0+200断面)渗压浸润线示意图

时间 /年/月/日

(1)防渗心墙上游侧的渗压分布。坝体防渗心墙上游侧(坝0+000.50)在3-3、4-4两个监测断面的941、945、950 m高程处实测到的渗压数据为3.26～12.92 m，其对应的渗压水位高程为953.26～953.47 m，所有测点的渗压水位与同期库水位基本持平。

(2)防渗心墙下游侧渗压分布。坝体防渗心墙下游侧(坝0+011.00)在3-3、4-4监测断面和左右岸坡面的912～950 m高程范围内，除P55(坝0+290.00、924 m高程)和P45(坝0+200.00、918 m高程)的渗压数据为2.4 m和2.26 m外，其余所有测点的渗压均极小，基本接近于0，即仪器安装点处实际无渗压水作用。测点P45的渗压值从2012年1月至今一直呈现增长趋势；测点P55的渗压值从2013年6月～2015年9月一直呈现增长趋势，2015年10月至今渗压测值变化平稳。

(3)渗压水位与库水位的关联性。对由监测数据和图7～8反映的信息进行分析得知：坝体防渗心墙上游侧坝体各测点渗压水位与库水位高度相关，渗压水位与库水位基本相同，时间上亦无迟滞。

坝体防渗心墙下游侧坝体各测点渗压较小，仪器安装点处实际无渗压水作用，即防渗心墙下游侧的坝体未受到库水位浸润影响。

(4)大坝及坝基的整体浸润情况。对坝体、坝基渗压监测资料进行综合分析并绘制出大坝及坝基的整体浸润情况，坝前浸润范围已贴近沥青混凝土心墙上游侧，渗压水位与坝前库水位基本相同。在沥青混凝土心墙后，渗压水头普遍有约45 m的递减，紧邻心墙下游侧的渗压水位在高程906.18～910.16 m之间，沿下游方向微微衰减后与河床水位趋于一致[4]。

3.3 绕坝渗流

截止到2021年6月30日，左岸绕渗孔内的水位在高程927.6～944.16 m范围内，与库水位相关系数在-0.21～0.08之间；右岸绕渗孔内的水位在高程917.2～960.38 m范围内，与库水位相关系数在0.19～0.26之间。分析发现：两岸各绕坝渗流观测孔的孔内水位与库水位的关联均不密切，主要受季节性降雨影响。左岸绕渗孔RK02孔内水位在2016年12月之前一直随季节呈周期性变化，2017年1月至2018年7月其孔内水位呈缓慢增长趋势，2018年8月水位增长趋势增大，之后维持稳定。其余孔内水位总体稳定，长期随季节呈周期性变化。大坝左岸绕渗孔孔内水位历时过程线见图7。

时间 /年/月/日

3.4 左岸基础廊道的渗流监测

龙头石水电站最终布置的渗流监测点有两处，均位于左岸原灌浆廊道内，WE1位于排水沟末端，WE2在集水入口处。左岸渗流量时间过程线见图8。

时间 /年/月/日

自水库蓄水以来，渗流监测处的多年实测量水堰渗流量为5.24～11.52 L/s。渗流总量比较稳定，渗流量与库水位的关联性不明显[5]。

4 结 语

对龙头石水电站大坝观测资料进行分析得知：坝体防渗心墙上游侧各测点渗压水位与库水位相关性较好，量值基本相同。下游侧除个别点外，绝大部分测点处的渗压均接近于0，普遍无渗压水作用，坝体防渗效果较好。防渗体前、后坝基渗压水位折减明显，普遍出现了约47 m的递减。防渗体后沿坝体纵向向下游坝基渗压水位均在高程910 m之下，自上而下有微弱衰减。坝基渗流渗压测值变化平稳，渗压水位分布合理，大坝防渗排水设施对保证大坝稳定起到了良好的作用。

监测系统长期采集的数据显示：目前龙头石水电站大坝整体运行状态正常，大坝渗流渗压数据变化较小，没有明显的异常变化，符合国家及相关单位的具体标准，大坝工作正常。