1 工程概況
彭家道口分洪閘位于山東省臨沂市境內, 分沂入沭水道入口處。彭道口水利樞紐管理局從2002年開始測壓管觀測工作, 汛期每8d～10d觀測一次, 非汛期每15d～20d觀測一次, 在工程調度運用期間適當增加觀測次數。工作人員除對觀測數據進行整編外, 還繪制測壓管水位過程線, 分析水頭與滲透壓力關系, 掌握閘基揚壓力的分布情況, 確保工程在防洪調度中的安全運用。
2 分析方法
2.1 分析采用的觀測成果
彭家道口分洪閘滲透觀測采用電測法。2002年至2009年測壓管觀測成果, 包括測壓管考證表、測壓管靈敏度試驗記錄成果表、測壓管管口高程考證表、測壓管水位統計表、測壓管水位統計表、測壓管水位過程線等資料, 見歷年彭道口水利樞紐管理局《彭家道口分洪閘觀測資料》。
測壓管水位資料系列選用自2003年至2009年時段中常規觀測數據資料 (見歷年彭道口水利樞紐管理局《彭家道口分洪閘觀測資料》) 為依據, 主要考慮測壓管水位觀測是閘基滲流及揚壓力的重要觀測項目, 而且上下游水位的變化決定測壓管水位的升降, 兩位之間具有相關性, 舍棄2002年的測壓管觀測資料 (無詳細閘上下游水位值) 。因而對歷年測壓管數據資料進行全面分析, 對異常點利用水力學方法進行核對, 或用內插法對其進行插補, 盡量延長系列數量和樣本質量, 增強其代表性[1]。
2.2 分析方法
在對2003年至2009年數據資料整理的過程中發現, 大部分的觀測數據是在水閘低水位下進行的, 為有效利用現有的觀測數據, 同時減輕分析工作量, 依據水閘設計與管理方面的規范, 對原觀測數據進行匯總整理, 得到閘上下游水位差 (?h) 和上下游測壓管水位差 (?hp) , 對?h和?hp進行擬合, 即?h=? (?hp) 。在對水工建筑物滲流進行分析時, 設計人員最常使用直線比例法, 故對觀測成果進行線性擬合[2～3]。
利用相關系數評測觀測數據的線性相關程度, 相關系數計算如下式1。
r值在0<|r|≤1中。|r|越接近于1, ?h、?hp之間線性好;r為正, 直線斜率為正, 稱為正相關;r為負, 直線斜率為負, 稱為負相關。|r|接近于0, 則測量數據點分散或?h、?hp之間為非線性。不論測量數據好壞都能求出a和b, 所以我們必須有一種判斷測量數據好壞的方法, 用來判斷什么樣的測量數據不宜擬合, 判斷的方法是|r|
在進行一元線性回歸之前應先求出r值, 再與r0比較, 若|r|>r0, 則?h、?hp具有線性關系, 可求回歸直線;否則反之。測壓管相關系數計算值見表2。
根據表2分析結果, 對測壓管數據采用最小二乘法對?h和?hp進行直線擬合。最小二乘法就是將一組符合?hp=a+b?h關系的測量數據, 用計算的方法求出最佳的a和b。
設直線方程的表達式為:
要根據測量數據求出最佳的a和b。對滿足線性關系的一組等精度測量數據 (?hi, ?hpi) , 假定自變量?hi的誤差可以忽略, 則在同一?hi下, 測量點?hpi和直線上的點a+b?h的偏差di如下:
D對a和b分別求一階偏導數為:
再求二階偏導數為:
滿足最小值條件, 令一階偏導數為零:
將式 (3) 和式 (4) 聯立即可求得a、b值, 帶入線性方程?hp=a+b?h, 即得到回歸方程。
3 分析結論
(1) 上下游水頭差?h和上下游測壓管水位差?hp之間線性關系明顯, 與滲透壓力分布理論一致, 說明閘基防滲設施及排水設施工作狀況良好。
(2) 水閘底板部位的基礎保持平穩。
對2003年至2009年2#、6#、13#、17#閘墩的測壓管擬合方程比較, 各年間方程直線的斜率相差不大 (見表3) , 反映閘基防滲設施 (包括基礎粘土層、鋼筋混凝土底板、縫墩的水平止水、邊墩的垂直止水、反濾層等) 及閘后排水孔狀態平穩, 各部位材料的空隙率、滲透系數沒有發生變化, 說明水閘基礎部位的基礎趨于平穩。
(3) 2#和13#閘墩的測壓管運行靈敏度較低。
對2003年至2009年2#、6#、13#、17#閘墩的測壓管進行分析, 發現部分測壓管讀數有異常: (1) 上下游水位相近時, 測壓管水位高于上游水位, 最高達0.5m; (2) 上下游水位差增大時, 測壓管讀數小于計算水位; (3) 枯水期 (上游無水) 時, 下游測壓管水位低于下游水位。
對擬合方程進行精度估算, 見表3, 其中2#、6#測壓管標準差明顯高于其它測壓管, 結合實測數據情況, 不排除2#、6#測壓管可能有淤堵情況。
4 建議
(1) 對測壓管進行處理排除堵塞問題, 同時在兩岸各增設一排或二排測壓管, 以掌握兩岸繞流的滲透情況。
(2) 在上游護坦入滲端、下游反濾層上補設測壓管和滲壓計, 同時在中間加三四根測壓管, 以掌握閘基滲透沿地下輪廓線的變化情況和下游水位對閘基揚壓力的影響。
(3) 在其中一組測壓管中裝上自記水位計, 以便及時掌握閘基滲透情況、滯后情況和溫度影響情況。
(4) 加強資料管理工作, 及時對觀測資料進行分類整理。
摘要：本文以彭家道口多年測壓管觀測成果為依據, 對2003年至2009年時段中常規測壓管觀測成果進行分析, 采用最小二乘法對數據進行線性擬合, 得到各年份的測壓管水頭差與水閘上下游水位差二元一次回歸方程。分析結果顯示, 上下游水頭差和上下游測壓管水位差之間線性關系明顯, 與滲透壓力分布理論一致, 說明閘基防滲設施及排水設施工作狀況良好;水閘底板部位的基礎保持平穩;2#和13#閘墩的測壓管運行靈敏度較低。分析結果為水閘的安全調度運用提供了理論支持。
關鍵詞：測壓管,線性
參考文獻
[1] 水利部.水利水電工程施工測量規范SL52-93[S].北京:水利電力出版社, 1993.
[2] 江蘇省水利廳.江蘇省水閘、抽水站觀測工作細則[S].南京:江蘇省水利廳, 2001.
[3] 陳德亮.水工建筑物[M].北京:水利電力出版社, 1994.