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摘 要研究橡胶坝袋内压力,可以保证橡胶坝工程安全并使其稳定发挥效益.通过对橡胶坝袋内压与温度和坝顶溢流水深数据的分析,采用相关分析的方法,建立王家湾橡胶坝袋内压与温度和坝顶溢流水深关系.分析结果可供相关工程技术人员作为工作中的参考和借鉴,以推进橡胶坝建设与提高管理水平.
关 键 词充气式橡胶坝袋；袋内压力；温度；坝顶溢流水深；王家湾橡胶坝
中图分类号TV644文献标识码A文章编号1007-5739（2011）02-0281-01
王家湾橡胶坝工程位于浑河沈阳城市段上游河道上,是一个以拦河蓄水形成连续水面,开发旅游、美化环境、改善自然景观为目的的水利工程项目.作为2006年“沈阳世界园艺博览会”的重点背景景观工程,王家湾橡胶坝与已存在的5座拦河闸坝共同形成城市段梯级连续水面.工程始建于2004年,后经2007、2008年2年逐渐完善,形成了目前5孔单跨66m充气式橡胶坝与2孔单跨32.5m的充水式橡胶坝组成的拦河调蓄工程.橡胶坝长401m,底板高程43m,坝高2.5m,防洪标准50年一遇.坝底板采用C20钢筋混凝土结构,宽10.0m、厚1.5m.坝袋采用二布三胶堵头式无缝彩色坝袋,双锚线螺栓锚固,坝袋平均厚度8mm,径向强度520kN/m、纬向强度260kN/m,设计内压18.75kPa,设计内压比0.75,设计安全系数8.5.
1问题的提出
橡胶袋内压力是橡胶坝安全的重要观测数据之一,对于保证橡胶坝工程安全和效益的稳定发挥起着关键性作用[1-2].由于东北地区受气候特征影响,在橡胶坝实际使用过程中,存在坝顶不溢,直接受阳光曝晒的情况.通过观察,发现坝袋内压力受气温影响较大,如何确定气温对坝袋内压力的影响,保证工程安全和效益的稳定发挥,是摆在建设与管理单位面前的一个实际问题,但此部分在资料中却未见相关记载.针对王家湾坝袋改造后的情况,经过设置测温设备,坝袋内压、水位等监测措施,采用每小时记录的方法,绘制坝袋内压力与温度的变化曲线、坝顶溢流水深与坝袋内压的变化关系曲线以及通过线性回归模型,力求找出气温、坝顶溢流水深、坝袋内压力三者间的联系,供相关工程技术人员作为工作中的参考或借鉴,以推进橡胶坝建设与管理水平.
王家湾橡胶坝改造后,设计高度为2.5m,在不过水状态下,充起高度达到2.8m.为此,气坝充气压力的界定有一定困难,实际操作无法按原设计压力操作,给运行控制带来一些难度.确定橡胶坝的原始充气压力、正常运行压力、最大压力,是保证橡胶坝的安全高效运行的首要问题.
2橡胶坝袋内压力模型的建立
2.1运行观测
为解决实际问题,找到坝袋内压力受温度影响规律,在橡胶坝管理房外设置2处温度计：一处在阳光直接照射下,接近于坝袋朝阳面情况；另一处不受阳光直接照射,与坝袋背光面的情况相近.通过观测记录,试图通过建立压力与温度变化关系,结合实际控制运用,确定实用的坝袋压力值.2010年7月某日王家湾橡胶坝室外温度、各坝袋压力、水位24h观测记录如表1所示.
2.2模型建立
通过观察数据,选用温度和溢流水位作为参数,建立橡胶坝内袋压力模型,模型如下：
yi等于AXi+b（1）
式中,A等于[a1,a2]；b为模型参数,均采用最小二乘法率定；Xi等于tihi,ti为温度,hi为水位.
2.3衰减最小二乘法
根据式（1）,用最小二乘法估计参数,即根据已知模型的量yi、输入量Xi,依据残差的最小平方和的准则来估计参数向量,采用采取递推形式的最小二乘算法[3].递推最小二乘算法（RLS）就是在有新的系统输入、输出量的情况下,不断对原有的系统参数的估计量加以修正,从而计算出更能反映模型现状的新参数估计量,据此可以推导出最小二乘的在线参数估计法.衰减记忆递推最小二乘算法的原理：每当取得一个新的数据,就将以前的所有数据都乘上1个小于1的系数ρ（0<ρ<1）.递推公式如下：
Km+1等于RmXm+1(μ+XTm+1PmXm+1)-1
Pm+1[I-Km+1XTm+1]Pm
将观测数据代入递推公式,选取初值：A等于[a1,a2]等于[0.62,20.23],b等于1.5,μ等于0.98.
2.4计算结果曲线
通过对曲线中温度、坝袋内压、坝顶溢流水深3个影响因素进行对比分析,建立数学模型,采用衰减递推最小二乘法进行递推计算,得到结果并绘制曲线（图1）.在原设计中,通过计算得出的设计压力值为18.75kPa,是按照坝高2.5m进行设计的结果,实际坝高为2.8m,根据内压比等参数进行重新计算,得出修改压力值为21kPa.但在实际工作中,单纯的一个数值并不能满足实际运用要求,不能因压力值的微小变化而进行增加或减少.因此,通过数学模型、曲线分析等方法,结合实际运行状况确定了一个压力的上限值与下限值.从图1可以看出,压力数值并不是一个固定值,而是一条曲线,说明存在着安全运行状况下的最大值与最小值,可由此确定一个合适的压力值,以指导实际控制运用.
3结论
按照实际坝高数据进行计算,设计内压值将由18.75kPa调整为21kPa.通过分析,确定坝袋内压力控制参考值为18.75~26.00kPa,理想控制状态下的压力值为21~25kPa.为避免坝袋长时间曝晒,尽可能在坝顶溢流状态下运行,若不能实现,必要时采取减压运行或其他温控措施[4-6].
4参考文献
[1]何尚文.充气式橡胶坝装设和运行操作管理[J].水利科技,2003（1）：41-42.
[2]孙涌.充气式橡胶坝控制部分及运行管理[J].小水电,2002（5）：19-21.
[3]刘钦圣.最小二乘问题计算方法[M].北京：北京工业大学出版社,1989.
[4]夏爽英,刘洪飞.新型无缝自控充气式橡胶坝的设计与应用[J].治淮,2001（2）：36-38.
[5]朱军,马振文,丁立国.充气橡胶坝坝袋改造中复核方法的分析[J].东北水利水电,2010（1）：17-18,21.
[6]詹蓉,唐德善,刘子增.基于模糊一致矩阵的橡胶坝坝型优选方法[J].水电能源科学,2009,27（6）：107-109.
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