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功果橋水電站工程過水圍堰水力學記錄觀察論文
一、工程概況。
功果橋水電站位于云南省云龍縣大栗樹西側的瀾滄江上，壩址控制流域面積xx萬 km2，多年平均流量xxm3/s，年均徑流量xx億 m3。樞紐工程主要由擋水建筑物、泄洪建筑物、引水及發電建筑物等組成，其中，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩；壩身泄洪，布置在主河床略靠右側；引水發電系統布置在右岸地下。壩頂高程xxm，壩頂長xxm，最大壩高xxm。
上游圍堰防滲墻xxm2，軸線長xxm，最大墻深xxm，距壩軸線xxm，堰頂高程xxm。自上而下主要為人工回填層、河床原始覆蓋層和基巖層。人工回填層主要由石渣及風化料組成，在拋填過程中部分細料被水流帶走，雖然經過了碾壓，但基本上還是處于松散狀態，特別是底部更是這樣。河床覆蓋層厚度xxm，主要由漂石、塊石、卵石、礫石以及含少量泥質的中粗砂組成，級配不良，存在架空現象。施工平臺僅比江水高xx左右。
采用C20W6混凝土防滲墻，墻厚xxcm，設計要求滲透系數不大于 5×10—7cm/s。
為了綜合了解瀾滄江功果橋水電站工程過水圍堰的工作狀態，評價圍堰的各項性能指標，保證度汛與施工安全，結合上下游圍堰結構型式和規模特點，中國水利水電第四工程局有限公司勘測設計研究院功果橋監測室，根據《大壩土建及金屬結構安裝工程招標文件（合同編號：GGQ/C3）》的要求進行監測。功果橋水電站上游過水圍堰于 2009 年 6 月竣工，同年8 月開始實施水力學原型觀測，監測內容主要包括：堰面流速監測、滲透壓力監測和消能平臺中部脈動壓力監測等。
二、監測目的。
本次監測的目的主要有三點：一是通過水力學原型監測和滲透壓力監測，為控制和顯示各種不利情況下的工程性能進行評估，以及在施工期、運行初期和正常運行期對工程安全進行連續評估提供所需要的資料；二是提高人們關于各種水力學參數對工程性能影響的認識；三是為以后的水力學原型監測積累組織及技術經驗。
三、監測內容及測點布置。
為了取得過水圍堰過流時較為理想的水力學原型監測成果，了解圍堰安全運行狀態，確保安全度汛與施工安全，脈動壓力、流速的觀測布置在2個監測斷面，1—1斷面位于圍堰中部，2—2斷面靠近右岸。共安裝了 支流速儀和2支脈動壓力計，用于測定相應位置的流速及脈動壓力。電纜用鍍鋅鋼管保護，沿護坡底部統一引至進水口道路處集線箱內。本次功果橋上游過水圍堰水力學監測具體布置如表 1。
四、監測方法。
功果橋上游圍堰過水期間，水尺、流態采用人工讀數及攝像，滲透壓力采用WV—102A弦式讀數儀，流速和脈動壓力采用中國水電科學研究院研制開發并經多次水力學原型觀測檢驗的DJ800多功能水工數據采集分析系統。
DJ800型多功能監測系統是由計算機、多功能監測儀器和各種傳感器組成的數據采集和處理系統，能對多種物理量進行準同步采集，例如水位、波高、脈動壓力、拉力、流速、溫度、應變以及模擬電壓等。系統的軟件大約占6M內存空間，在 MS—DOS環境下運行，數據采集是巡回式的。取得一個測點的數據，大約需要40μm 的時間，包括選中通道號、模擬轉換和數據傳送等時間。采集頻率隨著測點數量的增加而降低，系統設定的最小采集時間間隔為1ms。
五、監測工況與監測成果。
1、監測工況及內容。
功果橋上游圍堰過水的水力學監測存在兩大特點：一是各項監測內容及數據相互關聯，可實施同步監測；二是監測數據多，技術要求高，采集儀器及采樣頻率必須滿足不同監測參數的需要�；诖�，對監測組織工作提出了很高的要求。首先，在過水期間為了獲得完整、連續、同步的觀測數據，分別設立了4個監測小組在4個觀測點（上下游圍堰左、右岸各設1 個監測點）實施24h 監測，從而保證了各參數監測及數據的同步性，確保了各項數據間的相關性；其次，考慮到過水期間監測組次及測點多，監測數據量大，后處理及分析工作任務十分繁重，故以4個監測小組為主體，在后方組建了資料整編組，以便及時進行數據分析與處理。具體監測于20xx年xx月xx日實施，實時上游流量最大xxm3/s，水位為xxm。
2、監測成果。
�。�1）脈動壓力。
可以看出運行工況 I、II 情況下上游圍堰堰面的壓強監測成果，其特點：一是作用在消力平臺上的脈動壓力隨流量變化而變化；二是在同一工況下，最大壓強與最小壓強相差不大，表明作用在消力平臺上的水流相當平穩。
�。�2）底流速。
各測點流速監測成果見表 3。從流速的分布可以看出：
一是堰面上流速隨上游水的流量增長而增長；
二是第一測點的流速大于第三測點流速，表明進過消力平臺對水流的消能，流速明顯降低；
三是在基坑蓄水之后，第三測點流速趨于穩定。
（3）滲透壓力。
可以看出：
一是堰體內各測點滲透壓力隨上游水位變化而變化；
二是堰體內不同深度測點的滲透壓力不同；
三是各測點滲透壓力遠小于各測點所處位置的實際水壓，表明堰體工作狀態良好。
六、監測結果。
圍堰過水期間，通過對過水水位、滲透壓力、溫度、流速、脈動壓力等項目實地監測，取得了大量的第一手觀測資料，從資料整理分析結果，可得出以下結論：
�。�1）溫度—時間過程線基本上呈一水平線，沒有突出變化，表明堰體內混凝土不會因溫度變化產生應力而導致堰體變形。
�。�2）從水位—時間過程線可以看出，從過水開始至結束，曲線呈拋物線狀，符合自然規律。
�。�3）從滲透壓力—時間過程線可以看出，滲透壓力曲線與水位曲線具有相似性，表明滲透壓力處于正常情況。
（4）導流洞進口處水流比較穩定，在小流量下泄時由于橫向流速較大，左岸分流墩上會有局部的繞流現象發生；上游圍堰堰前水流穩定，堰面水流平穩；過堰水流在流量增大后，流速明顯增大。
�。�5）從流速—時間過程線可以看出，流速曲線與水位曲線也具有相似性，表明流速符合設計要求。
（6）脈動壓力隨著水位的穩定趨于穩定且值不大，表明在消能平臺中未形成大的渦旋，對堰體發生空蝕的可能性較小。
七、監測評價。
�。�1）對瀾滄江功果橋水電站上游圍堰雙重消力平臺堰面壓力、流速和堰體滲透壓力的綜合監測成果表明，在上游圍堰設置消力平臺，可有效地緩解高水頭對堰體的沖刷，臺階上的壓力及流速明顯降低，說明在堰面上設置消力平臺是經濟合理的。
（2）通過對堰體內的滲透壓力觀測結果表明，采用沙礫石或石渣填充、用塊石做護坡、用混凝土面板保護，能有效防止滲流，并起到截流作用，具有重要的技術創新性。
�。�3）監測成果證明，功果橋水電站采用膠凝砂礫石護坡和混凝土楔型護面板施工，即可加快工程進度，又可節省工程投資，有著極為重要的技術價值。
（4）DJ800 系統操作簡單，并有很強的數據處理功能，能繪制波形圖、玫瑰圖、頻譜圖、斷面圖及等值線圖等，還能打印波高、峰谷值、平均值、最大值、最小值和瞬間值，也能對原始數據進行修改和濾波，宜于推廣應用。
參考文獻：
[1]劉俊峰。巖土工程安全監測手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1999。
[2]水工建筑物觀測工作手冊[M].北京：水利出版社，1980。
[3]袁希光。傳感器技術手冊[M].北京：國防工業出版社，1999。
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