大型水库健康评价方法与应用——以大渡河瀑布沟水库为例

水电开发会影响河流水动力和水环境条件,干旱的地理环境、密集的水电工程等复杂的影响因素导致大渡河生态系统比较脆弱,水库生态系统的长期健康运行面临挑战。参考SL/T 793-2020《河湖健康评估技术导则》,基于大渡河瀑布沟水库特性增设针对性指标;融合现场监测和遥感反演技术,全面获取水库水生态数据;综合层次分析法和熵权法识别评价指标权重,构建了更具全面性和准确性的水库健康评价模型,对该水库的生态健康状况进行综合评估和退化风险诊断。结果表明:瀑布沟水库健康状况总体得分为84.16分,属于非常健康状态;水、盆、生物、功能得分分别为92.97,85.66,59.63分和98.14分,反映出瀑布沟水库整体生态健康但生物多样性有待提升的现状。研究结果可为大渡河瀑布沟水库的健康管理和生态综合整治提供科学支撑。

瀑布沟水电站量水堰防渗墙深度优化分析

量水堰的设立可以对瀑布沟水电站大坝的非正常工作状态做出正确预警,随着量水堰防渗墙深度增长会大大增加经济成本;因此,探寻合适的悬挂式防渗墙方案不但可以使量水堰达到预警作用还可以降低投资成本。研究表明:量水堰工作状态取决于堰顶高程与下游水位之差和防渗墙深度两个主要因素。通过现场勘测数据确定了瀑布沟大坝坝基覆盖层和两岸山体的水文地质分区及其渗透系数取值范围,对比不同量水堰防渗墙深度、不同堰顶高程的阻水效果,并综合考虑经济效益,最终确定堰顶高程674 m,防渗墙底部深入原河床地面线以下10 m的施工方案。

氧化镁复合膨胀剂膨胀性能的温度敏感性研究

为了瀑布沟导流洞工程的封堵,研究了氧化镁复合膨胀剂膨胀效能的温度敏感性和机理。试验表明,活性值相对较高的氧化镁膨胀剂对温度更加敏感,温度增加可明显加剧其膨胀效能;养护温度的升高对活性值较高的氧化镁膨胀剂的水化反应促进作用更大。瀑布沟导流洞封堵混凝土最终采用了一种掺氧化镁膨胀剂的复合膨胀剂,配制的微膨胀泵送混凝土完全满足工作性能、力学性能及耐久性要求。

干湿交替条件下土壤磷释放及其与土壤性质的关系

通过四川瀑布沟水电站消落区典型土壤磷释放室内模拟试验,研究淹水及干湿交替条件下消落区土壤性质变化情况以及土壤性质与磷释放之间的关系,以期为预防水库水体富营养化,水库消落区合理利用与科学制定管理对策提供参考。结果表明:淹水能够提高土壤活性氧化铁(Feox)含量,淹水风干后土壤Feox含量降低至淹水前的水平;淹水后Feox变化幅度为:旱地>水田>果园,紫色土>冲积土。土壤磷吸持饱和度(DPS)与无定形铁铝氧化物Alox密切相关;土壤最大吸磷量(Qm)淹水时最高增加至2 758.01 mg/kg,土壤淹水后Qm、土壤最大缓冲容量(MBC)、土壤吸磷指数(PSI)值升高;淹水能够明显提高土壤的磷素缓冲容量、土壤的最大缓冲能力和吸附能力、土壤磷的保持率,其原因也是与淹水后土壤无定形铁铝氧化物含量大幅度增加有关;通过主成分分析,土壤磷释放能力主要与土壤磷水平和土壤吸磷能力有关,且主要指标包括土壤有机质含量(OM)、土壤有效磷含量(Olsen-P)、土壤磷保持率(f)、土壤最大吸磷量(Qm)、土壤活性氧化铁(Feox)、土壤活性氧化铝(Alox)等,说明四川省瀑布沟水电站消落区土壤存在较大的磷释放风险。

瀑布沟水电站成库后鱼类组成变化与保护对策

通过探究瀑布沟水电站建成后鱼类物种结构与建库前的相应变化,为有针对性的生态补偿措施提供参考,还可为西部地区水电开发与自然生态保护的协调发展提供宏观决策依据。基于1985年、2002年和2012年在瀑布沟库尾至坝下河段的调查数据,研究了瀑布沟水电站水库形成前后库区鱼类物种组成、渔获物结构以及保护物种分布的变化趋势。2012年库区调查共采集到鱼类14种,相比1985年和2002年分别减少了53种和51种,群落组成中定居性鱼类物种比例及渔获物比例均显著上升,适应流水环境的鱼类所占比例大幅下降。渔获物中优势物种为鲫(Carassius auratus),占渔获总重量的比例为61.59%,而在前2次调查中占据优势的齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)和重口裂腹鱼(Schizothorax davidi)几近消失。研究结果显示,水库形成后鱼类组成已发生显著改变,适应流水生境的鱼类在库区难以捕获,而静水性鱼类比例则显著升高;重口裂腹鱼等保护物种以及四川白甲鱼(Onychostoma angustistomata)等特有鱼类因水文条件的变化总体上表现为资源量下降,同时分布区域向坝下或库尾等流域生境迁移。针对成库后鱼类物种的变化特征,提出了实施生态保护、规划过鱼设施以及开展增殖放流等措施和建议。

瀑布沟库区地震活动及应力场特征

通过对瀑布沟水库和成都数字遥测地震台网记录的波形数据的研究发现,四川瀑布沟水库库区大量的所谓小震活动皆是爆破成因,从而改变了此前对该库区蓄水前地震活动密集,蓄水后地震活动骤然平静的认识。2009年11月水库蓄水后在蓄水区域周边10km范围内仅发生M L1.5以上地震1次,即2010年8月8日M L1.7地震,蓄水前后小震稀少。水库西侧的2个地震密集区的走滑型地震占较大比例,区域主压应力为NWW向。水库东、北部区域的地震震源机制解呈多种类型。瀑布沟水库区小震活动总体受区域应力场控制,NWW向近水平主压应力有利于库区NNW向中小断裂发生走滑型错动。

瀑布沟大坝防渗墙应力分布特性及机理探讨

瀑布沟水电站大坝为砾石土心墙堆石坝,坝基为深厚河床覆盖层,最大深度达到75.36 m。坝基覆盖层防渗采用两道各厚1.2 m的全封闭式混凝土防渗墙。为了探讨防渗墙的应力分布特性,首先,根据瀑布沟水电站大坝施工期应变监测成果,综合分析墙体应变变化分布特征;其次,基于混凝土徐变和应力松弛理论,应用松弛法将混凝土应变转换为应力;最后,综合各相关影响因素对防渗墙应力分布机理进行探讨。结果表明：偏应变所占比例基本上在5%以内,施工期防渗墙未出现较大偏心受压的情况;防渗墙最大压应力发生在墙体中部,其量值为顶部和底部的7~9倍;影响防渗墙应力分布的主要原因是墙体和河床覆盖层不均匀沉降（变形不协调）而产生的负摩阻力。分析指出：在防渗墙的结构设计中应重点考虑负摩阻力的影响。

瀑布沟水电站及下游梯级经济运行方式研究

随着大渡河流域梯级水电站快速滚动开发,以瀑布沟为龙头水库的中下游梯级水库已经形成,其运行方式研究对提高梯级发电效益具有重要意义。以梯级水电站发电收入最大化为目标,建立了梯级联合优化调度模型,并以32年来水文资料和不同电力市场环境组合形成边界条件,模拟计算获得不同来水和市场环境下的一系列梯级水库优化调度方案。最后,总结出一般情况下,瀑布沟水库最佳运行方式的一般规律,指导瀑布沟水电站及下游梯级水库联合优化调度。

瀑布沟水电站枢纽布置

瀑布沟水电站枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、引水发电及尼日河引水等主要建筑物组成。枢纽布置经设计优化采用左岸地下厂房长尾水方案,即河床中建砾石土心墙堆石坝,左岸布置引水发电建筑物及泄洪建筑物,右岸设置1条放空洞。尼日河引水入库工程在开建桥建闸,左岸布置引水隧洞,隧洞出口布置在大渡河右岸距坝轴线上游约0.9 km处。现工程已建成,运行情况良好。

以原位剪切波速模拟砂土结构性的工程应用

结合瀑布沟工程，进行了坝基砂结构性的试验研究，研究了试样密度、固结时间、超固结效应和预振等结构性因素，对剪切波速值的影响及剪切波速与砂土动强度和动变形特性的关系．试验研究表明，剪切波速对以上结构性因素均有敏感反应并有良好的相关关系，动强度、动变形特性与剪切波速也有非常密切的相关关系．以原位剪切波速值作为制样控制标准，进行了坝基砂的动力特性研究和坝基上、下游砂层的液化可能性分析．并与传统的以密度控制制样的试验结果进行了比较，分析了考虑砂层结构性对工程实际的宏观影响．

瀑布沟水电站宽戗堤截流水工模型试验及应用

为大渡河瀑布沟水电站截流工程选择截流方案进行水工模型试验。试验采用宽戗堤截流,设计戗堤顶宽分别为25 m和60 m的两种试验方案。试验结果表明:龙口水面线第二次跌落时,方案1在戗堤下游坡脚线附近形成的舌状体大于方案2,更能充分利用突扩造成的局部水头损失。因此选择方案1作为最终截流方案。其合理性得到了工程实践的验证,具有一定推广价值。

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝设计

瀑布沟水电站大坝,根据坝址区地形地质条件,采用砾石土直心墙堆石坝,最大坝高186 m,坝基覆盖层最大深度为77.9 m,具有"坝高、基础覆盖层深厚、防渗土料复杂"等特点。经大量的设计研究工作,选择的坝线和采取的坝体结构、基础防渗处理措施及采用的筑坝材料等,较好地适应了这些特点,保证了大坝安全可靠运行。

瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体分区分期动态治理研究

瀑布沟大坝为砾石土心墙堆石坝,如果上游库首右岸拉裂变形体边坡失稳,滑体涌浪是土石坝的重大安全隐患,可能堵塞引水和泄水建筑物进口,影响其正常运用。综合考虑各因素后,库首右岸拉裂变形体按B类1级边坡设计。边坡分为松动带、拉裂变形带和正常岩体3个带,表层以小规模塌滑为主,后退式地逐步发展;深部变形以卸荷拉裂为主。在地质条件详细勘探的基础上,分析坡体拉裂变形体结构和破坏模式,并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体变形和破坏特点,结合瀑布沟工程总体施工进度安排,采取不开挖、强支护(深层锚索与浅层支护相结合)、分区和分期支护、整体控制的加固措施,实时监测成果并进行动态设计和调整。根据一期、二期初步治理后的监测分析表明:变形已趋缓、无异常变形的迹象、未出现滑移带,但仍需要重视边坡监测成果的反馈分析,为后期支护设计优化提供依据,以确保边坡的长久安全稳定。瀑布沟库首右岸拉裂变形体位治理的设计思路、加固措施、计算方法、监测手段及评价过程,可为其它类似变形体边坡的治理提供借鉴。

瀑布沟大坝砾石土心墙施工期拱效应监测分析

施工期高堆石坝心墙内部出现过高的拱效应,容易使蓄水期大坝发生水力劈裂而引起集中渗漏,分析评价高心墙坝施工期拱效应特征,对后期蓄水进度以及后续的国内高心墙坝建设具有指导性意义。以瀑布沟大坝施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合实际变形监测资料,从实际施工过程和现场填筑进度出发,分别分析时间和空间对砾石土心墙施工期拱效应特征,发现施工期拱效应是伴随填筑和固结的发展而逐渐表现出来的,随着填筑高程的增加和时间的推移,拱效应越明显;心墙拱效应最强烈的部位在1/3坝高上下;除了心墙和砂壳两种介质接触面附近,心墙坝轴线处也表现出较强的拱效应。为降低心墙施工期拱效应,填筑过程中上下游坝壳应常洒水,并尽量保持心墙填筑高程略高于坝壳,河谷部位填筑高程略高于岸坡附近。

瀑布沟水库库区介质衰减、台站响应和震源参数研究

利用数字地震台网2007年1月到2011年12月记录到的瀑布沟水库及邻区地震波形资料,采用Atkinson方法计算了库区介质品质因子;并利用Moya方法计算了台站场地响应;在获得介质品质因子和台站场地响应的基础上联合反演计算了瀑布沟库区67次构造地震和208次爆破地震的震源波谱参数,同时讨论了它们的时空特征。结果表明:瀑布沟库区Q值与频率的关系为Q(f)=47.1*f0.92;各台站的场地响应随频率变化不大,场地响应均在1附近。

基于数据驱动的瀑布沟水电站大坝施工仿真系统

瀑布沟水电站大坝施工工序繁多,仅依靠静态的进度计划图表无法快速准确地把握施工过程的全貌。应用数据交互技术和虚拟现实技术实现的具有数据驱动的瀑布沟水电站大坝施工三维仿真系统不仅图形表现力极强,还可以实现人机交互,为全面快速掌握施工全过程提供了有力的分析工具。

基于HJ-1的瀑布沟水电站工程建设生态环境影响遥感监测与分析

以我国自主的环境卫星(HJ-1A/B)多光谱影像为主要数据源,结合Landsat TM多光谱影像数据,获取瀑布沟水电站周边2003—2011年三期土地利用数据.引入综合土地利用动态度、转移矩阵并结合土地生态系统服务价值,在GIS技术支持下定量地获取分析瀑布沟水电站工程建设过程中周边土地利用情况以及生态环境指数.结果表明:2003—2007年瀑布沟水电站工程建设期间,土地利用类型变化的程度不高,生态环境影响不大;2007—2011年瀑布沟水电站流域水域迅速扩张,土地利用类型剧烈变化,生态环境影响较大;生物丰度状况指数以及土地生态系统服务价值的上升,说明该地区生态环境状况逐渐趋好,但潜在影响不可忽视.

瀑布沟水电站地下厂房开挖施工综述

瀑布沟水电站地下厂房工程具有规模大、工程地质条件复杂、工期紧、施工质量要求高、安全问题突出及施工干扰大等特点。地下厂房开挖施工中,通过合理确定开挖分层,优化施工通道,积极应对不良地质条件,周密拟定开挖程序与方法,加强监测控制等,保证了地下厂房开挖按期、优质、有序完工,创造了同类工程开挖工期25个月的新纪录。

瀑布沟水电站砾石土心墙料碾压试验研究

瀑布沟水电站心墙堆石坝采用砾石土心墙防渗料,为了确定心墙料达到设计填筑压实标准经济合理的施工参数,在大坝填筑前对砾石土料及其与粘土掺合料的渗透、压实特性以及坝体心墙料填筑施工质量控制的快速检测方法等进行了试验研究,针对土料特性,提出了适宜的碾压方案及质量控制的快速检测方法。

瀑布沟心墙砾质防渗料防渗与抗渗性能研究

瀑布沟水电站大坝在国内首次将砾质士用作高土石坝心墙防渗料，为充分了解砾质上的防渗、抗渗性能，在填筑标准确定之后，系统地研究了粗、细骨料含量、填筑状态和渗透比降对土料防渗能力的影响，并对土料下游加反滤后抗渗能力的变化及淤塞情况进行了研究，全面评价厂上料的适用性，为工程渗流控制设计提供了依据。