Shereik水利大坝水位计试验成果分析

【摘要】地下水位的变化对于水利大坝建设的设计和施工作业,起到很重要的作用和影响,在苏丹拟建的数个大坝勘察中,水位计的安装工作是一项十分重要的作业,其测试数据的正确性和精度将给予大坝建设提供重要的信息。本文就正准备投建的Shereik大坝项目的水位计试验结果进行简单的分析。

【关键词】大坝 水位计 地下水位 水位变化曲线

1 工程概况

Shereik水力发电工程,位于苏丹国境内,拟建在尼罗河第五瀑布处,并将成为尼罗河下游白尼罗河和青尼罗河交汇处喀土穆水力发电建设的重要组成部分。

水力发电工程设计坝体长371米、高39米,由13个低电平的水闸分隔间组成,水闸分割间共装有26个弧形闸门用于泄洪,4个分割间配有固定的坝槛线排水口, 4个弧形闸门,及一个70米长的消能池。

2、水位计安装的目的

为了观测钻孔中的地下水位,了解大坝坝体及坝围地下水的变化情况,工程根据需要在一定的位置设置观测孔30个,观测时间6个月甚至更久,每7天一周期。主要试验位置设置在混凝土结构的大坝上,以便求得准确的水位随季节、汛期的变化情况,为大坝主体设计提供必要的数据。

3、尼罗河水文情况

华北有色工程勘察院在钻探过程中,就对尼罗河水位进行了观测。在这段观测时间内,所记录的尼罗河水位最低值为海拔323.52米,最高值为海拔330.20米,上升了6.68米。尼罗河的水文证明了在2007年7月末的汛期初期水位有一个急速上升,在8月(2007年8月9日)达到顶峰,并在2007年10月出现一条长长的拖尾曲线,几乎达到低水位条件。据观察,至2008年3月末水位持续缓慢下降。根据大坝上游290公里处的麦洛维(Merowe)的观测站报告,在这段时间内尼罗河水流速度最高达12000立方米/秒。

2008年在雨季到来之前,汛期分别在4月和7月各达到一次小顶峰。与2007年相比,2008年的洪水在量上相对减少。因此水位的最大值并未超过2007年的顶峰。

4、试验观测数据分析比较

本次试验主要是在先前俄罗斯BRRI公司对旧坝轴线水位观测试验的基础上,由华北有色工程勘察院(NCEII)对新的坝轴线进行的水位观测试验,根据测得的实验数据进行分析比较。

4.1 大坝右岸

根据实际测得的水位数据表明,水位观测开始之后几乎所有的地下水位都呈现出了下降。一些水压计位于的地下水位的下降在短时间内尤为严重(比如102,110,166D,261观测孔),这表明在钻孔期间的冲击水在地下水保持平衡前就已经渗入到地下岩层节理中了。也有可能这些地下水位的降落是伴随着汛期末期而产生的,而且受尼罗河汛期的影响,已经使得潜水头在下一波洪水经过地下水(如193,212,245,272观测孔)之前停止了仅仅是小范围内的变动。

其他地方水位的下降就非常平稳,而且对于下一个汛期的到来也表现得很平静,反应相当迟缓(如245,269,271,272,273观测孔)。

在另外部分观测孔中潜水头竟对尼罗河毫无反应;新汛期到来时水位持续下降(比如263,265,267观测孔)。在这种情况下要么就是观测期太短而无法监控到地下水动态与尼罗河之间的互相依赖,要么就是两者之间根本就毫无联系。

图1 中显示的读数水位曲线图可以证明旧坝轴线随尼罗河汛期前后水位变化波动的情况。

图1 位于旧坝轴线处水压计

的地下水位曲线图

从最初开始位于原坝轴线右岸的水位观测孔104,105,107,193及212就普遍表现出地下水小范围内的波动情况。而观测孔102和110从一开始就呈现出一个很明显的下降,但之后102又恢复了平衡。观测孔110由于被损坏停止了观测工作。水位观测孔H105的水文情况呈现出很小但是较稳定的下降。第一次读数的相关数据显示水位观测孔166D前后分别下降了1.6米和2.33米,而且随着尼罗河水位的下降,BH166D很明显毫无延迟得达到了一个小顶峰。新汛期时水位上升3米有余。距离泄洪道入口大约530米远的上游的水压计245对尼罗河河水的影响也表现明显;地下水位最初下降了0.45米,之后略有抬升,在最近的一次汛期中期时,抬升又延迟了一个月左右。

可以看出位于新坝轴线中心线地下水的变化表明所有水压计的地下水位普遍有轻微下降。其中大多数水压计完全没受汛期影响。只有非常靠近尼罗河的277延迟,但其水位上升却尤为明显,约5米左右。273和274反应微弱,延迟了一个月左右,而观测孔269,270和272的水位上升极不明显,但延迟较短。这个与观测孔277,274和273全部位于泄洪道内的一个断层分布带中,此断层带联接着尼罗河的水压压头,距离地上约270到530米之间有着直接的关系。

表1 显示了根据大坝右岸水位计观测的地下水位最大和最小值的统计数据。

右岸地下水位的波动(masl)

监测期间 2007-9-19至2008-9-15 2008-1-7至2008-9-15

地点旧坝轴线(BRRI)新坝轴线(NCEII)

最大值327.33328.48

最小值323.84323.36

表1:右岸观测过的地下水位的最大、最小值

4.2 大坝左岸

观测孔126位于老准线上,非常靠近尼罗河,明显显示出2007年7月-9月汛期时的水位下降以及最近一次雨季时的水位上升,并无延迟。远离尼罗河并几乎已位于山顶的观测孔131和132显示了地下水位的下降(见下图2),并受到冲击水的影响。观测孔131则反映了短期间隔内水位将近1.5米的一个快速下降,然而因为密封岩床的存在,观测孔132下降得非常缓慢,看上去水位似乎并没有到达最低值。

从2008年4月起至6月,观测孔129和131反映出地下水层有一次不太明显的上升,这与早前的一次汛期迟迟未到的顶峰不谋而合。 因为观测孔126和132地下水层的持续下降并未反映出这次水位的上升,这也就意味着126和132并未经节理系统和断裂带与尼罗河相连。

图2: 旧坝轴线左岸的地下水变化曲线图

新坝轴线沿线观测孔的情形都比较相似。只有靠近尼罗河的观测孔294处的地下水位在开始读数时呈现出了下降,之后略有回升,这与2008年的洪水有关。295处的地下水位首先在未达到真实水位前持续下降,之后又因早期汛期的影响略有上升。2008年9月水位的略微上升是由最近的雨季而致。297呈现出一个细微的突起形状也许是2007年洪水的暗示。

表2 显示了根据大坝左岸水位计观测的地下水位最大和最小值的统计数据。

右岸地下水位的波动(masl)

左岸

监测期间 2007-9-19至2008-9-152008-1-7至2008-9-15

地点旧坝轴线(BRRI)新坝轴线(NCEII)

最大值329.63326.22

最小值324.39324.06

表2 左岸观测过的地下水位的最大、最小值

5、结束语

Shereik大坝水位计在新旧坝址的观测,给大坝设计和大坝坝址的选择提供了宝贵的数据,大坝最终定在新坝址进行建设,目前大坝坝体建设工程已经全面展开。

在大坝建设或者其它基础建设中,应该给予水位观测孔一定的重视,从最初的安装、选材到长期的观测中,必须要有严格的程序控制,以求得准确宝贵的地下水位变化情况。

参考文献:

[1]A.J.Whiteman, The Geology of the Sudan Republic, Clarendon Press.Oxford,1971.

[2]Long Term Power System Planning Study, ACRES International Ltd,March,1993.

[3]Geological Research Authority of the Sudan(GRAS), GeophysicalInvestigation of Es-Sheriek Area,Mahmoud A.Mahmoud,GRAS Internal Press,Khartoum,October 1998.

[4]Lahmeyer International,Shereik Hydropower Project-Review Report,Client:Dams Implementation Unit(DIU),DIU Internal Press, Khartoum, February 2007.

[5] North China Engineering Investigation Institute(NCEII),Sheriek Hydropower Project Geotechnical Investigation Report,2008.

第一作者简介:

张小强,(1979- ),男,汉族,河北人,工学学士,工程师。从事岩土工程勘察施工和研究工作。