水工建筑物觀測(cè)資料的整理分析

黃少鋒，蔡文波

(1.黑龍江省二九O農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江綏濱 156202;2.黑龍江省山河農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江嫩江 161421)

水工建筑物觀測(cè)資料的整理分析

黃少鋒1，蔡文波2

(1.黑龍江省二九O農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江綏濱 156202;2.黑龍江省山河農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江嫩江 161421)

水工建筑物觀測(cè)資料的整理、整編和分析工作，是工程觀測(cè)工作的重要組成部分。主要內(nèi)容為觀測(cè)資料的整理分析和資料整編的工作內(nèi)容和要求、常用分析方法，利用回歸分析法進(jìn)行定量分析3部分內(nèi)容。

水工建筑物;觀測(cè)資料;整理分析;水平位移;相關(guān)因素;定量分析

1 觀測(cè)資料整理分析的內(nèi)容

觀測(cè)資料的整理、整編和分析工作，是工程觀測(cè)的重要組成部分，在平時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)觀測(cè)工作之后，應(yīng)立即對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整理分析，并隔一定時(shí)期將觀測(cè)資料進(jìn)行整編。

1.1 資料整理分析

觀測(cè)資料的整理分析工作，主要包括以下4方面的內(nèi)容：

1.1.1 校核原始記錄

原始記錄是觀測(cè)的基本資料，應(yīng)慎重進(jìn)行審查、校核，確保資料的正確無(wú)誤。一般審查內(nèi)容包括：①記載數(shù)字和單位有無(wú)遺漏，準(zhǔn)確度是否符合規(guī)定要求;②水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)標(biāo)高計(jì)算;③由讀數(shù)計(jì)算變化量和高程等，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤應(yīng)予糾正。必要時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

1.1.2 填制觀測(cè)報(bào)表，并繪制曲線圖

各種觀測(cè)成果經(jīng)審查校核并填入報(bào)表后，即可繪制過(guò)程線，在積累了一定數(shù)量的資料后，應(yīng)繪制關(guān)系曲線，根據(jù)這些曲線，分析變化幅度、變化量的一般規(guī)律和趨勢(shì)等。此外，還應(yīng)分析各觀測(cè)數(shù)值的合理性及可能的誤差程度，如有異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)找出原因。

1.1.3 研究分析建筑物狀況

根據(jù)繪制的過(guò)程線和關(guān)系曲線，對(duì)建筑物情況進(jìn)行分析，并與設(shè)計(jì)過(guò)程線及理論關(guān)系曲線相比較，判斷建筑物的狀態(tài)變化和工作情況正常與否。如有異常現(xiàn)象，應(yīng)分析原因，研究處理措施。

1.1.4 提出改進(jìn)意見(jiàn)

根據(jù)建筑物的狀況分析，應(yīng)提出工程運(yùn)用，建筑物養(yǎng)護(hù)維修及今后觀測(cè)工作的改進(jìn)意見(jiàn)。

1.2 資料整編

對(duì)觀測(cè)資料整編應(yīng)在平時(shí)整理、分析工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行，主要工作內(nèi)容如下：

1.2.1 收集資料

整編前應(yīng)將有關(guān)資料整理齊全，必須整理的資料有以下4部分組成：①工程資料。包括勘測(cè)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工、竣工、驗(yàn)收及養(yǎng)護(hù)維修等資料;②考證資料。包括各項(xiàng)觀測(cè)設(shè)備的考證表、布置圖、詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，觀測(cè)設(shè)備的損毀、改裝情況及其他與觀測(cè)設(shè)備有關(guān)的資料;③觀測(cè)資料。主要有各項(xiàng)觀測(cè)記錄表、報(bào)表、過(guò)程線、關(guān)系曲線、有關(guān)說(shuō)明等;④有關(guān)文件。有關(guān)觀測(cè)工作的指示、批文、報(bào)告、總結(jié)及其他參考文件。

1.2.2 審查資料

整編前，應(yīng)將所有資料進(jìn)行全面的審查，主要內(nèi)容包括以下3方面：①審查所有考證資料、過(guò)程線、關(guān)系曲線、文字說(shuō)明等有無(wú)遺漏;②校核原始資料、水準(zhǔn)點(diǎn)高程、高程的換算、觀測(cè)讀數(shù)換算變化量有無(wú)錯(cuò)誤;③檢查校核各種曲線圖，并互相對(duì)照進(jìn)行合理性的檢查和分析。

1.3 填制和編寫(xiě)資料

收集、審查資料完畢后，應(yīng)填制觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表，并編寫(xiě)觀測(cè)資料整編說(shuō)明審查無(wú)誤后，審定付印。

2 觀測(cè)資料的初步分析

觀測(cè)資料的初步分析，是介于資料整理與分析之間的工作。常用繪制測(cè)值過(guò)程線布圖和相關(guān)圖，對(duì)測(cè)值作比較對(duì)照等手段，進(jìn)行初步的定性分析。

2.1 時(shí)間過(guò)程統(tǒng)計(jì)分析法

測(cè)值過(guò)程線一般是以過(guò)程為橫坐標(biāo)，測(cè)值為縱坐標(biāo)進(jìn)行繪制。它可以反映測(cè)值隨時(shí)間的變化過(guò)程，可分析測(cè)值變化的梯度、趨勢(shì)、位相、變幅、極值以及有無(wú)周期變化及異常變化等。圖上可同時(shí)繪出有關(guān)因素如水庫(kù)水位、氣溫等的過(guò)程線，以了解測(cè)值與這些因素的變化是否相適應(yīng)，周期是否相同，滯后的時(shí)間，兩者變幅的大致比例等。為了比較它們之間的聯(lián)關(guān)和差異，圖上也可繪出不同測(cè)點(diǎn)或不同項(xiàng)目的曲線。

據(jù)實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)，土石壩竣工后第一年內(nèi)的壩頂沉陷量約占?jí)胃叩?.1% ～0.4%，以后逐年減少，竣工后5～7 a，沉陷基本穩(wěn)定，竣工后10 a內(nèi)累計(jì)沉陷量約為第一年內(nèi)的2～4倍。通常，我們把竣工后第一年沉陷速率為0.5%和竣工后累計(jì)沉陷量與壩高比率為3%均作為“過(guò)大沉陷”的參考指標(biāo)。

2.2 空間分布統(tǒng)計(jì)分析法

測(cè)值分布圖繪制，通常以橫坐標(biāo)表示測(cè)點(diǎn)位置，縱坐標(biāo)表示測(cè)值。它可以反映測(cè)值沿空間的分布情況，可分析測(cè)值的分布有無(wú)規(guī)律，最大、最小數(shù)值出現(xiàn)的位置，各測(cè)點(diǎn)之間特別是相鄰測(cè)點(diǎn)之間差異的大小等。為了了解測(cè)值的分布是否與之相適應(yīng)，圖上還可繪出有關(guān)因素如壩高、彈性模量等的分布值。還可同時(shí)繪出同一項(xiàng)目不同測(cè)次或不同項(xiàng)目同一測(cè)次的數(shù)值分布，以比較其間的聯(lián)系和差異等。

當(dāng)測(cè)點(diǎn)不便用一個(gè)坐標(biāo)反映時(shí)，也可用縱橫坐標(biāo)共同表示測(cè)點(diǎn)位置，將測(cè)值標(biāo)在測(cè)點(diǎn)位置旁邊，然后繪制測(cè)值等值線圖進(jìn)行分析。

圖1所示為某土壩的水平位移分布曲線。其繪制方法是在土壩平面圖上，點(diǎn)繪縱排標(biāo)點(diǎn)同測(cè)次的累積水平位移及其方向。從圖上可以看出：①水平位移主要發(fā)生在河谷中部壩的最大斷面處，而向兩岸逐漸減少;②在壩的橫斷面上，低高程分別向上、下游方向位移，壩頂位移方向則視具體條件而定;③最大位移量，施工期發(fā)生在壩的1/2壩高處，竣工后發(fā)生在壩頂或壩頂以下1/3壩高處附近。

圖1 某土壩水平位移分布圖

2.3 相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)分析法

這種分析方法是以一個(gè)坐標(biāo)表示測(cè)值，另一個(gè)坐標(biāo)表示相關(guān)因素，用來(lái)分析測(cè)值與相關(guān)因素之間的相關(guān)關(guān)系及其變化規(guī)律。

在相關(guān)圖上，可以把各次測(cè)值依次用箭頭相連并在數(shù)據(jù)旁注上觀測(cè)時(shí)間，可以看出測(cè)值變化過(guò)程、因素升降對(duì)測(cè)值的不同影響以及測(cè)值滯后于因素變化的程度等。

圖2為混凝土壩水平位移與庫(kù)水位及氣溫綜合相關(guān)圖，其中氣溫t30為前30 d平均氣溫。從圖2中可見(jiàn)該測(cè)點(diǎn)夏季向上游位移、冬季向下游位移;測(cè)點(diǎn)隨庫(kù)水壓力增大向下游位移。

圖2 混凝土壩水平位移與庫(kù)水位、氣溫綜合相關(guān)圖

2.4 比較分析法

比較分析方法，主要是通過(guò)與歷史資料、相關(guān)資料、設(shè)計(jì)計(jì)算成果、模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)及安全控制指標(biāo)等因素的比較，了解工程的運(yùn)行狀態(tài)。包括：

①歷史資料的比較，一般應(yīng)選取歷史上同條件的多次測(cè)值，作為對(duì)比對(duì)象。分析其是否連續(xù)漸變或突變，有無(wú)突破，差異程度和儲(chǔ)蓄的方向，同時(shí)還可比較變化趨勢(shì)及變幅等;②相關(guān)資料的比較?？膳c相鄰測(cè)點(diǎn)的測(cè)值對(duì)比，看其差值是否正常，分布情況是否符合規(guī)律;與相關(guān)項(xiàng)目對(duì)比，如水平位移與鉛直位移，揚(yáng)壓力與滲流量等，將測(cè)值過(guò)程線繪在同一張圖上進(jìn)行對(duì)比，看其是否有不協(xié)調(diào)的異?，F(xiàn)象。例如土石壩測(cè)壓管水位和滲流量隨庫(kù)水位的上升而增加，隨庫(kù)水位的下降而減少;但隨著時(shí)間的推移，由于壩體固結(jié)、壩基沉陷、泥沙淤積等原因，在相同的庫(kù)水位條件下，滲流觀測(cè)值趨于減小，最后達(dá)到穩(wěn)定;③設(shè)計(jì)計(jì)算或模型試驗(yàn)成果比較。主要是比較其分布和變化趨勢(shì)是否相近，數(shù)值差別的大小;④安全控制指標(biāo)的比較?？礈y(cè)值是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn);同預(yù)測(cè)值對(duì)比，看其出入大小并分析結(jié)果是偏于安全還是偏于危險(xiǎn)。

3 利用回歸分析法進(jìn)行定量分析

回歸分析法是處理變量與變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，又稱(chēng)相關(guān)分析法，屬于數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的范疇。它適用于處理大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可容納很多因子，建立最優(yōu)回歸方程。常用的有一元線性回歸、多元線性回歸以及逐步回歸分析等。

［1］韓成銀，高開(kāi)流，陳斌.水工建筑物觀測(cè)資料整編系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2004(04).

［2］趙志峰.基于位移監(jiān)測(cè)信息的巖石高邊坡安全評(píng)價(jià)理論和方法研究［D］，南京：河海大學(xué)，2007(06).

［3］李珍照.三峽工程水工建筑物監(jiān)測(cè)資料分析工作研究［J］.大壩觀測(cè)與土工測(cè)試，1999(02).

TV698.2

B

1007-7596(2011)05-0135-02

2010-01-25

黃少鋒 (1972-)，男，山東昌邑人，工程師;蔡文波(1972-)，男，遼寧新民人，工程師。