某水库低水位运行的安全性分析

汪国霞

(青海省引大济湟工程水资源调度服务中心，西宁 810000)

0 引 言

水库非常规水位条件下运行会造成水库安全性发生变化，因此，在水库水位恢复正常使用工况时需要对低水位运行期间的安全性进行评价。2018年9月15日至2019年7月31日期间水库低水位运行，6月底，西干渠取水口施工项目完工，通过交付使用验收，水库计划7月开始蓄水，逐步恢复生态、供水、灌溉、防洪、发电功能，确保12月底达到水库正常运行条件。根据水库巡视检查和大坝各项监测资料，依据边界条件进行对比分析，从而研究大坝总体防渗效果、坝体沉降及坝体变形等情况，对大坝的工作状态进行评估(工作状态分为正常、异常和险情三类)，确保水库工程的安全运行[1]。

1 工程概况

某水库是一座以灌溉和城市供水为主，兼顾防洪、发电等综合效益的大(2)型水利枢纽工程。水库大坝为混凝土面板堆砂砾石坝，水库总库容1.82亿m3，兴利库容1.32亿m3。工程主要建筑物有大坝、溢洪道、导流放水洞、灌溉发电洞、坝后电站(3×4000+1×2500kW)、供水工程。枢纽布置格局为河床布置混凝土面板堆砂砾石坝；大坝右侧布置开敞式岸边溢洪道；右岸山体内布置导流洞和龙抬头型式的放水洞；左岸山体内布置灌溉发电洞，水电站厂房布置于坝后左岸；供水工程位于坝后17km左岸台地。

2018年9月15日至2019年6月23日期间，时段初库水位为2883.80m，时段末库水位为2843.65m，此时段内最低水位2839.60m(2019年4月27日)，最高水位2883.80m(2018年9月15日)。此时段内平均出库流量为14.28m3/s，出库总水量为3.55亿m3(按日均出库量计算)，平均入库流量为10.50m3/s，入库总水量为2.61亿m3(按日均来水量计算)，其中调水总干渠调水1290.24万m3。

2 变形监测

2.1 大坝外部变形和岸坡位移观测及锚索预应力监测

2.1.1 大坝外部变形监测

1)竖向位移：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为S3-6：+7.3mm，竖直向下位移。时段内内最大位移量S2-8：+7.7mm，向下位移，变化时段为2018年9月-2018年12月。

2)横向位移：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为S1-4：-2.47mm，向上游位移。年内最大位移量S1-8：-10.46mm，向上游位移，变化时段为2018年9月-2018年12月。

3)纵向位移:2018年9月-2019年6月期间最大位移量为S1-2：+7.9mm，向左岸位移。年内最大位移量S1-2：+7.9mm，向左岸位移，变化时段为2018年12月-2019年3月。

2.1.2 上游岸坡变形监测

1)X方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为CD7：-4.8mm，向南位移。年内最大位移量CD7：-5.1mm，向南位移，变化时段：2018年9月-2018年12月。

2)Y方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为CD2：：-5.7mm，向西位移。年内最大位移量JD11：-6.9mm，向西位移，变化时段：2018年9月-2018年12月。

3)H方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为CD7：-5.4mm，竖直向上位移。年内最大位移量CD7：-9.3mm，向上位移，变化时段：2018年9月-2018年12月。

2.1.3 调压井边坡变形监测

1)X方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为B1：-2.0mm，向南位移。年内最大位移量B1：-5.0mm，向南位移，变化时段：2018年9月-2018年12月。

2)Y方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为B4：+7.4mm，向东位移。年内最大位移量B4：+7.4mm，向东位移，变化时段：2018年12月-2019年3月。

3)H方向：2018年9月-2019年6月期间最大位移量为B4：+4.6mm，向下位移。年内最大位移量B4：+4.6mm，向下位移，变化时段：2018年12月-2019年3月。

2.1.4 调压井边坡锚索应力监测

2018年9月15日至2019年6月23日时段内调压井边坡锚索应力监测资料分析可知：197#测点应力最大值为2019年4月6日测值663.3kN；最小测值为2018年9月29日测值399.59kN,时段内最大变幅263.71kN，测值除突变值外基本稳定，剔除异常值，应力损失率在17.09%-49.12%之间；未达到锚索进行补强张拉50%的要求；202#测点应力测值不稳定，大部分测值异常，剔除异常值，应力损失率在3.36%-16.85%之间，未达到锚索进行补强张拉50%的要求。

2.2 内部变形观测

水管式沉降仪2018年测值同往年测值相差很大，且2019年度无测值，对其无法进行科学性分析，2019年度维修项目已对该项监测仪器鉴定，依据专业机构人员鉴定情况是否恢复仪器结论确定后，进行后期的跟踪分析。

2.3 裂缝及接缝观测

1)面板周边缝及板间缝缝变位观测

各测缝计近五年位移变化情况见表1、表2。

表1 大坝三向测缝计近五年位移变化量统计表单位 mm

经分析认为：大部分测缝计近几年监测值存在突变严重、异常等问题，部分测缝计甚至不能监测，且能监测的测缝计同温度、水位变化并未呈现出一定的规律，以上两种情况无法进行人工校验，监测数据需进一步验证是否可靠。本时段水库最低水位为2839.60m，已接近部分测缝计埋设位置，通过日常巡查、年度检查大坝面板无异常现象，可以初步判断大部分监测仪器出现问题，但大坝面板周边缝、板间缝实际位移变化量应在控制值内[2]。

表2 两向及单向项测缝计近五年位移变化量统计表单位 mm

2)面板脱开缝缝变位观测

本时段内T1、T2、T3测缝计X、Z方向位移无变化，T4测缝计X方向位移变化量为0.8mm，Z方向位移无变化。四支测缝计测值在监控技术指标值内，位移量变化过程线平滑，无突升突降现象，说明面板与垫层的接触面基本为发生脱开现象。

3 渗流监测

3.1 坝体及坝基渗流压力观测

根据某水库工程2018.9-2019.6时段渗压计渗压水位观测结果统计表、过程线可以看出：

1)经对各正常测点计算，防渗系统水头消刹率>60%，符合常规。

2)选择2018年9月15日至2019年6月底最高、最低库水位2883.80m(2018年9月15日)、2839.60m(2019年4月27日)，根据渗压计渗压水位记录表，取9月15日、4月27日作为典型点进行分析，对典型测点进行列表统计，见表3-4。

表3 横断面0+289.8上渗压计典型测点渗压水位统计表 m

表4 横断面0+193上渗压计典型测点渗压水位统计表 m

由表3、4可知，U1、U7与U14(面板后垫层内水位最高，符合一般的渗流变化规律)以外其余坝基各测点渗压水位均低于2794.70m(排水体底部高程)，低于坝体内部浸润线控制值(2798.50m)，说明排水体内无水，坝体渗水完全由基础砂卵石覆盖层排出。

表5 横断面0+394.7上渗压计典型测点渗压水位统计表 m

由表5可知，横断面0+394.7上各正常渗压计的渗压水位从上游到下游、从高势到低势总体降低，符合浸润曲线规律。

表6 81#纵断面上渗压计典型测点渗压水位统计表 m

由表6可知，1#纵断面上各正常渗压计的渗压水位在2774.54-2782.84m之间，基本水平，符合浸润曲线规律。

由表7可知，2#纵断面上各正常渗压计的渗压水位在2819.16-2820.04m之间，基本水平，故符合浸润曲线规律。

坝体内部1#、2#纵断面上的浸润线详见图2、3。

表7 2#纵断面上渗压计典型测点渗压水位统计表 m

图1 坝体内部浸润线示意图(坝轴线方向)

由表3-表7结合一年来监测成果分析可知：各测点渗压水位随着库水位的变化而变化，变化幅度不大，可认为各测点渗压水位与库水位虽有一定的相关性，但相关性不大；位于相对上游的以及相对高势的渗压水位与同时段库水位相关性相对明显。由此可见大坝防渗系统的渗压水位是由上游到下游，由高到低逐步减小。

经分析认为：浸润线纵向和横向分布符合一般规律；说明防渗系统综合防渗效果良好。

3.2 绕坝渗流观测

1)坝肩绕坝渗流观测：

选取2018年9月15日至2019年6月底水库最高(2018年9月15日)、最低水位监测日(2019年4月27日)，结合降水及坝后电站机组开机负荷情况进行列表统计，如表8。

表8 某水库大坝坝肩测压管典型日渗压水位统计表

由表3-10可知:HY1、HY2测压管渗压水位的变化与同时段库水位变化具有一定的相关性，但库水位与渗压水位差值较大。HY1、HY2测压管同时段的渗压水位进行比较，发现HY1测压管水位高于HY2测压管水位，且两个测压管水位差较大。HZ3测压管水位变化与同时段库水位变化相关性不明显，并且渗压水位与库水位相差较大,说明帷幕灌浆起到了防渗作用，HZ3测压管的渗压水位主要与降水和地下裂隙水活动的关系较密切。

ZD1测压管水位变化与同时段库水位变化联系非常密切，且二者水位差值不大，说明ZD1测压管与水库连通性很好；ZD2测压管水位变化也与同时段库水位变化联系较密切，但低于ZD1测压管水位，说明帷幕灌浆起到了防渗作用；ZD3、ZD4、ZD5、ZD6测压管的渗压水位变化与同时段库水位变化联系不明显，但与降水和地下裂隙水活动的关系较密切。

2)坝基渗流观测：

选取期间水库最高(2018年9月15日)、最低水位监测日(2019年4月27日)，结合坝后电站机组开机负荷、降水、放水洞放水或溢洪道过水等典型边界情况进行列表统计，如表9。

表9 某水库大坝下游测压管典型日渗压水位统计表

由表9，结合时段内监测成果分析可知:下游测压管水位与同时段库水位虽有一定的相关性，但变化幅度不大，主要受降水、地面水活动(下游测压管附近绿化带灌溉用水及坝后电站尾水渠水位)、放水洞放水等因素的影响较大。高低依次为BH4、BH3、BH1、BH2，比较有规律，表明由于放水洞出口在右岸，左岸的渗压水位较右岸低，地下水的流向是从右岸经坝基流向左岸方向,原因是BH3、BH4测压管靠近放水洞出口，受放水洞渗流影响较大，测压管水位较高，而BH1、BH2测压管离放水洞出口较远，影响较小，测压管水位较低，并且左岸发电站施工过程中基础开挖有效地降低了坝后水位，BH4测压管水位高于BH3测压管水位，符合渗流规律；总体来看下游各测压管水位均低于其控制水位，说明防渗系统综合防渗效果较好。

4 结 论

根据大坝外部变形观测可以判定沉降已稳定，坝体填筑密实程度较好，水库岸坡较稳定；大坝低水位运行期间在年度及日常巡视检查中未发现周边缝、板间缝及脱开缝异常状态；帷幕灌浆防渗效果符合防渗要求，大坝渗流稳定，排水体排水顺畅，防渗系统综合防渗效果良好，大坝各项监测指标正常，大坝运行正常。