渾河閘垂直位移監(jiān)測分析

孫浚凱，謝海亮，郭彩銀，武　宇

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007)

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渾河閘垂直位移監(jiān)測分析

孫浚凱，謝海亮，郭彩銀，武宇

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007)

摘要：渾河閘位于渾河中下游，距大伙房水庫75 km，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。渾河閘工程以防洪、灌溉為主兼顧景觀蓄水。工程始建于1958年，2008年工程開始進(jìn)行加固重建，2011年9月工程主體完工，于2012年1月進(jìn)行下閘蓄水驗收工程投入使用。通過對渾河閘閘體的垂直位移數(shù)據(jù)的采集，分析閘體垂直位移的變化規(guī)律，并運(yùn)用回歸分析的方法建立數(shù)學(xué)模型。通過對垂直位移監(jiān)測資料的分析，各點(diǎn)的垂直位移變化量均在允許范圍內(nèi)，閘體處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：渾河閘；垂直監(jiān)測；回歸分析；統(tǒng)計模型

1工程概況

渾河閘位于渾河中下游，距大伙房水庫75 km，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。渾河閘工程以防洪、灌溉為主兼顧景觀蓄水。工程始建于1958年，2008年工程開始進(jìn)行加固重建，2011年9月工程主體完工，于2012年1月進(jìn)行下閘蓄水驗收工程投入使用。新建的渾河閘工程等別為Ⅰ等，規(guī)模為大(1)型，主要水工建筑物為1級，按100 a一遇洪水設(shè)計，300 a一遇洪水校核，并能通過500 a一遇的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，最大的過閘流量為7 341 m2/s[1]。

渾河閘工程閘體是承受荷載的主要建筑物，閘體的安全關(guān)系到整個工程的安全運(yùn)行，也關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全，對閘體的安全監(jiān)測十分重要，垂直位移的監(jiān)測也是安全監(jiān)測中的一個重要環(huán)節(jié)。

渾河閘工程共有32個垂直位移監(jiān)測點(diǎn)[2]，其中閘體上有30個，上下游閘體各15個，編號分別為：C1-1，C2-1……C14-2，C15-2；閘肩有2個基準(zhǔn)點(diǎn)，編號分別為Q1、Q2，正常情況下Q1作為工作基點(diǎn)，與閘上監(jiān)測點(diǎn)構(gòu)成一個閉合的水準(zhǔn)路線，Q2作為備用點(diǎn)和水準(zhǔn)網(wǎng)校核點(diǎn)使用。

2數(shù)據(jù)采集及處理

主要包括2個方面的內(nèi)容：

2.1數(shù)據(jù)采集

渾河閘工程垂直位移采用幾何水準(zhǔn)法進(jìn)行測量，即從已知點(diǎn)Q1出發(fā)，經(jīng)過閘體上游點(diǎn)和下游點(diǎn)進(jìn)行一站一站傳遞最后回到Q1點(diǎn)，構(gòu)成閉合水準(zhǔn)路線，測量過程中采取往返測量。

渾河閘工程垂直位移監(jiān)測采用人工監(jiān)測的方法，使用DNA05電子水準(zhǔn)儀和銦鋼尺對閘上的各監(jiān)測點(diǎn)按二等水準(zhǔn)進(jìn)行測量，采集原始數(shù)據(jù)。并同時通過觀測閘前的水尺，采集閘前水位；在測量當(dāng)天通過用溫度計采集當(dāng)天上、中、下午的溫度。渾河閘垂直位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率為每個月一次(均固定在每個月的月初)。

2.2數(shù)據(jù)處理

閘前水位均采用測量當(dāng)天的10時水位；溫度數(shù)據(jù)結(jié)果為上、中、下午數(shù)據(jù)的平均值；把采集的各測點(diǎn)的高程通過進(jìn)行誤差分析符合二等水準(zhǔn)測量規(guī)范的限差要求后；把測量產(chǎn)生的誤差按測點(diǎn)數(shù)進(jìn)行平差計算等得到每個測點(diǎn)的高程值；各測點(diǎn)的垂直位移為本次測量的高程值和原始的高程(2011年9月)的差值，垂直位移的方向規(guī)定下沉為正，上升為負(fù)[3-4]。

3數(shù)據(jù)分析

主要包括空間位移的趨勢和回歸分析2個方面的內(nèi)容：

3.1空間位移的趨勢

渾河閘空間位移趨勢的分析選取了7、8月份的垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，其空間位移趨勢見圖1。

圖1渾河閘7、8月份測點(diǎn)垂直位移變化過程線

通過圖1可知渾河閘各測點(diǎn)的位移變化較小，各測點(diǎn)的變化趨勢基本保持一致，8月份的位移與7月份相比，總體表現(xiàn)為下降的趨勢，有個別的測點(diǎn)上升(C4—1和C5—2)這可能與外界的因素、測量誤差和溫度有關(guān)，但均在規(guī)定范圍內(nèi)，符合閘體變形的基本規(guī)律[5]。

3.2回歸分析

主要包括數(shù)學(xué)模型的建立、統(tǒng)計分析方法和成果分析3個方面：

3.2.1數(shù)學(xué)模型的建立

渾河閘的垂直變形的影響因素很多，比如有溫度、水位、時效、水壓力、滲流、施工等，但主要由閘前水位分量、溫度分量和時效分量3個部分構(gòu)成。然而其他的一些分量也可以通過時效分量來考慮，所以建立其統(tǒng)計模型為：

St=B0+δh(t)+δt(t)+δθ(t)+ε

(1)

式中：St為對應(yīng)世間的垂直位移量，mm；δh(t)為對應(yīng)時間的變形水壓分量，m；δt(t)為對應(yīng)時間的變形溫度分量，℃；δθ(t)為對應(yīng)時間的變形時效分量，d；B0為常數(shù)項。

3.2.2統(tǒng)計分析方法

在統(tǒng)計過程中我們以C5—1點(diǎn)為例進(jìn)行闡述，通過對垂直位移、溫度、水位、時效等數(shù)據(jù)的整理得到表1(2013年渾河閘C5—1點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù))。

表1　2013年渾河閘C5-1點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)

通過matble進(jìn)行編程，運(yùn)行得到回歸系數(shù)，負(fù)相關(guān)系數(shù)和剩余標(biāo)準(zhǔn)差并得到相關(guān)方程和垂直位移過程線。圖2為渾河閘2013年C5—1垂直位移過程線。

2013年C5-1的垂直位移的回歸方程為：H0= 0.126×T+ 0.4864×H-1.20×10-4×D-15.9768；復(fù)相關(guān)系數(shù)R：0.82剩余標(biāo)準(zhǔn)差S：1.80。

圖2渾河閘2013年C5—1垂直位移過程線3.2.3成果分析

通過用上述方法進(jìn)行回歸分析，得到閘上各點(diǎn)的回歸分析成果，以下列舉了閘上有代表性的點(diǎn)進(jìn)行分析，分析成果見表2。

表2　2013年渾河閘垂直位

注：Q1為壩肩上的點(diǎn)，C15—1、C15—2為渾浦進(jìn)水閘上下游點(diǎn)；C10—1、C10—2、C5—1、C5—2分別為攔河閘上下游的點(diǎn)；C1—1、C1—2為渾沙進(jìn)水閘上下游的點(diǎn)。E—04表示10的-4次方。

由表2可以看出復(fù)相關(guān)系數(shù)均>0.7，因此數(shù)據(jù)線性擬合的比較好；從單項回歸分析中可以看出大壩垂直位移受溫度、水位影響較明顯。具體規(guī)律表現(xiàn)為：觀測數(shù)據(jù)表現(xiàn)為溫度升高閘體膨脹，位移點(diǎn)上浮，溫度降低壩體冷卻收縮，位移點(diǎn)下沉；垂直位移與水位成正相關(guān)。從表2可以看出，隨著溫度的變化，垂直位移量的變形規(guī)律較強(qiáng)。

4結(jié)語

4.1結(jié)論

1)通過對垂直位移變化量的回歸分析可以看出:隨著溫度的升高閘體膨脹，位移量上升，溫度降低位移量下降，隨著溫度的變化垂直位移量的變化規(guī)律較強(qiáng)。

2)通過對垂直位移變化量的回歸分析可以看出：垂直位移量與閘前水位成正相關(guān)，并且對垂直位移的影響較大。

3)通過對垂直位移變化量的回歸分析可以看出：時效因子對垂直位移變化量的影響較小，且隨著時效因子的變化對垂直位移量的影響正逐漸減小。

4)渾河閘工程整體的運(yùn)行狀態(tài)良好，各個點(diǎn)的位移量變化都符合要求，個別點(diǎn)的位移量變化較大可能由于測量過程中誤差引起的。

4.2建議

1)由于垂直位移受閘體的溫度影響較大，建議渾河閘管理處建立氣溫及閘體的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，并做好記錄。

2)建議渾河閘管理處派專人定期對各觀測點(diǎn)清理和除銹；并加強(qiáng)工作人員對對觀測點(diǎn)位的保護(hù)意識，以免觀測點(diǎn)因為人為因素發(fā)生位移或破壞，引起不必要的誤差。

3)建議渾河管理處在進(jìn)行環(huán)境的綠化和新建工程時考慮到測量通視的問題，以免為以后的測量工作造成不必要的麻煩。

參考文獻(xiàn)：

[1]李燕，郭彩銀，王剛.渾河閘下游生態(tài)與傳統(tǒng)措施結(jié)合的護(hù)坡施工[J].東北水利水電，2014(06)：22。

[2]中華人民共和國水利部建設(shè)與管理司.DL/T 5178—2003混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范．北京：中國電力出版社[S].2003．

[3]顧沖時，吳中如.大壩與壩基安全監(jiān)控理論和方法及其應(yīng)用[M] .南京: 河海大學(xué)出版社，2006.

[4]張博，陶家祥，曹其光.豐滿大壩垂直位移監(jiān)測資料分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報，2010，32(06)：25-28。

[5]潘宣何，袁國金.某工程大壩垂直位移監(jiān)測分析[J].湖南水利水電，2015(05)：10-12.

[作者簡介]孫浚凱(1989-)，男，遼寧瓦房店人，助理工程師，從事工程管理工作；謝海亮(1988-)，男，遼寧興城人，助理工程師，從事工程管理工作；郭彩銀(1982-)，女，山西定襄人，工程師，從事工程管理工作；武宇(1987-)，男，遼寧黑山人 ，助理工程師，從事工程管理工作。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：P21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)10-0079-03