某水電站繞壩滲漏的監測及分析

徐宏杰

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

某水電站大壩位于太行山脈中段，屬于石灰巖地區，壩址區地層巖性為古生界寒武系中統張夏組灰巖，地層產狀平緩，呈單斜構造。大壩為堆石混凝土重力壩，壩高58.4 m，壩長40 m，庫容495萬m3，壩頂高程645 m，設計正常蓄水位643 m。2015年7月水庫建成，9月5日開始進行了試蓄水試驗，試蓄水的目標水位為625.5 m，壩后水深16.5 m。

2 繞壩滲漏的監測分析

試蓄水期間發現兩壩肩存在繞壩滲漏和右岸鄰谷滲漏問題。為查明滲漏部位、滲漏方式，估算滲漏量，首先對大壩前期的地質勘察資料、施工及灌漿資料進行了針對性研究。通過對比分析，發現兩壩肩埋設的測壓管內的水位與庫水位存在比較緊密的聯系和時間相關性。

左、右壩肩共設置了18個測壓管，均布在繞壩滲流弧線的各個部位。由于自試蓄水前就對測壓管水位進行了自動化觀測，所以采集了大量的壩肩地下水位的數據。另外同時對庫水位也進行了不間斷的觀測。通過庫水位過程線和測壓管水位過程線的對比分析，發現大部分測壓管水位與庫水位存在很高的相關性和時效性，具體表現就是隨著庫水位的升降，測壓管內的水位（壩肩地下水位）也會隨之升降，只是具有一定的時間差，即滯后時差，這種現象說明確實存在繞壩滲漏問題。由于左壩肩UP1～UP6等6個測壓管位于壩軸線上游，且孔底設計高程高于本次蓄水的最高庫水位，故測壓管內水位未受到庫水位變化的影響，而其余12個測壓管孔底高程均低于庫水位，所以與庫內水位具有一定的水力聯系，二者之間存在很高的相關性。

圖1為兩個典型測壓管（UP15、UP18）的水位過程線與庫水位過程線進行對比的示例。從過程線的對比圖可以看出，自2015年9月9日開始下閘蓄水，至19日8:00庫水位達到初次高值，高程為624.2 m，隨后各測壓管水位也相繼達到一個高值。直至2016年3月28日試蓄水結束，測壓管水位與庫水位均有較高的相關性，其時效性十分明顯，充分說明左、右壩肩存在繞壩滲漏問題，右岸還可能存在鄰谷滲漏問題。

圖1 右壩肩UP15和UP18兩個測壓管水位與庫水位的過程線對比

表1列出了試蓄水時當庫水位在2015年9月19日8:00達到初次高值時（624.2 m），各測壓管水位達到峰值的時間及滯后時差，左壩肩滯后時差為15.6～40.3 h，右壩肩滯后時差為7.9～39.6 h。而從整個試蓄水期間的庫水位過程線還可以看到多個明顯的標志性升降拐點，其與測壓管水位線之間的時差與表1中的滯后時差基本一致，充分說明了測壓管水位與庫水位的時間相關性。

那么都有哪些因素影響和造成各測壓管水位的滯后時差呢？初步分析認為主要有：滲流途徑、水力坡降、地層巖性、地質結構等因素。根據工程地質資料，兩壩肩蓄水位以下的地層為寒武系中統張夏組（?z）的厚層灰巖，地層產狀平緩，呈單斜構造；巖體中發育4組高傾角裂隙，其中第1組裂隙（產狀為N20°E/SE∠85°）和第 2 組裂隙（產狀為 N88°E/SE∠87°）最為發育，與層間裂隙將巖體切割成碎裂塊狀結構，所以壩肩巖體較破碎；加之壩肩灰巖地層的巖溶較為發育，沿裂隙和層面可見貫通的溶孔和溶隙，透水性強，在兩岸特殊的地形地貌組合中，易形成繞壩滲漏的通道。

表1 庫水位初次達到最高值時受影響的測壓管水位及滯后時差

通過以上分析，再結合鉆孔壓水試驗的資料可知，兩壩肩的滲流模式為擴張型或沖蝕型。該類滲流模式的滲流速度或滲透系數都會隨庫水位的升高、水頭壓力的增大而增大，所以影響繞壩滲漏速度的主要因素就是水力坡降和滲透系數。水力坡降（J=Δh/D）、滲透速度（V=D/T）和滲透系數（K=V/J）都可以通過測壓管的具體資料和觀測數據來計算（上述各式中變量的含義已于表2中說明）。表2是試蓄水前期庫水位初次峰值時，各測壓管水力坡降和滲透系數的計算結果。

利用上表計算出的滲透系數，采用適當的繞壩滲漏量的估算公式進行計算，得到兩壩肩繞壩滲漏總量約為23 000 m3/d，這一數據與河流來水量及水庫蓄水量的觀測結果比較吻合。

3 繞壩滲漏部位的圈定

在以上分析過程中還發現一個重要信息，就是兩壩肩測壓管水位與庫水位的滯后時差（見表1）相差很大，最小值僅為7.9 h，而最大值可達40.3 h，也就是說各測壓管水位的時效性區別很大。時效性反映在繞壩滲漏問題上就是壩肩巖體各部位的滲透性是不均勻的，這一點與實際地質情況相符。最明顯的特點：一是右壩肩的透水性明顯高于左壩肩；二是右壩肩其中的UP11、UP12、UP16等三個測壓孔所在位置的透水性明顯高于其它位置。所以通過以上分析，基本可以圈定以這三個測壓管所在位置為繞壩滲漏的主要部位，在地形圖上將這三個測壓管孔位連接起來，就可以確定右壩肩繞壩滲漏的主要通道。

表2 各測壓管水力坡降及滲透系數計算表