寶興河銅頭水電站監(jiān)測預(yù)警值分析研究

靳瑋濤 補(bǔ)忠琴

作者簡介：靳瑋濤（1983-），男，陜西西安人，高級工程師，研究方向?yàn)樗そY(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與控制。

摘 要： 本文對寶興河銅頭水電站監(jiān)測預(yù)警值進(jìn)行了分析研究，對類似工程具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 銅頭水電站;安全監(jiān)測;預(yù)警值;回歸分析

【中圖分類號(hào)】U214.7+5 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.37.132

1 概述

四川華能銅頭水電站為青衣江支流寶興河梯級開發(fā)最后一級，距離雅安市45km，距離蘆山縣9km。由混凝土雙曲拱壩、泄洪隧洞、引水建筑物和廠房等建筑物組成，總庫容2250m3，裝機(jī)8萬kw。壩體體形采用等截面三心圓弧雙曲拱壩加拱端墊座體型方案。其基礎(chǔ)處理高程686.5m，起拱高程694.0m，壩頂高程761.5m，最大壩高75m（其中墊座高6.5m），壩頂厚3.50m，壩底厚15.30m，墊座寬22.50m。頂拱中心角94.60°，最大中心角95.72°，最小中心角70.02°，對稱布置。

銅頭拱壩是國內(nèi)著名的軟基上修建的薄拱壩，全面總結(jié)拱壩運(yùn)行規(guī)律，確定拱壩當(dāng)前工作性態(tài)，對大壩安全運(yùn)行、提高軟基上拱壩筑壩水平具有重要意義。

2 重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域及監(jiān)測預(yù)警值分析

重點(diǎn)對壩體外部變形觀測資料（C01-C16的X橫河向、Y順河向、Z垂直向）進(jìn)行多元回歸分析，對每個(gè)觀測點(diǎn)的三個(gè)觀測方向均建立了回歸模型?；貧w自變量選用水位、等效溫度以及時(shí)效分量等，回歸效果評價(jià)用復(fù)相關(guān)系數(shù)表示，預(yù)警值分析采用含有觀測量標(biāo)準(zhǔn)差的置信區(qū)間估計(jì)法，回歸結(jié)果給出了各模型的自變量的系數(shù)、復(fù)相關(guān)系數(shù)以及觀測值標(biāo)準(zhǔn)差，用于評價(jià)回歸效果和進(jìn)行預(yù)警值預(yù)測。、

2.1 銅頭拱壩外部變形觀測資料回歸分析

2.1.1 壩體位移測值統(tǒng)計(jì)分析

通過分析，對于拱壩來說，其位移主要由三方面因素造成：水壓變化、溫度變化、時(shí)效。水壓位移變化分量分別與水位變化H的1～4（或5）次方成線性關(guān)系，即：δH=∑biHi。溫度位移變化分量與溫度變化Ti呈線性關(guān)系，即δT=∑ciTi。時(shí)效位移變化分量的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)很多工程經(jīng)驗(yàn)選用對數(shù)函數(shù)模型：δθ=d1θ+d2lnθ。（bi、ci、di均為系數(shù)）

式中：

a1、a2……a13——為回歸模型各自變量的系數(shù);

T720、T730、T740、T750、β720、β730、β740、β750——為720、730、740、750高程的等效平均溫度和等效溫度梯度。

t——為時(shí)間，每100天增加1.0。

H——為壩上游水深。

2.1.2 位移觀測點(diǎn)C01-C16Y向（順河向）測值變化回歸分析

壩體各高程位移測點(diǎn)Y向測值分析。

（1）C01Y、C10Y、C16Y、C5Y、C9Y（靠近壩底、壩肩）數(shù)據(jù)較分散，回歸效果較差。但基本上可看出所在處位移受壩體溫度變化影響較大。

（2）其它壩體各點(diǎn)回歸效果較好，其所在處位移表現(xiàn)出與溫度變化很強(qiáng)的相關(guān)性。

（3）由于水位變化不大，其所引起的位移量變化很小，時(shí)效所引起的位移變化也趨于收斂。位移的變化主要受壩體溫度變化的影響，壩體夏季溫升時(shí)向上游移動(dòng)，冬季溫降時(shí)向下游移動(dòng)。與實(shí)際規(guī)律相符。

（4）壩體順河向位移的變化規(guī)律是拱冠附近最大（4～9mm），至兩岸拱端逐漸減?。?～1.5mm）。位移的變幅隨高程增加而增加，（從C01的4.5mm到C13、C14的9mm）。拱冠梁至壩肩的位移變化規(guī)律性逐漸減弱，從與溫度很強(qiáng)的相關(guān)性到無明顯的變化規(guī)律。

2.1.3 位移觀測點(diǎn)C01-C16Z向（垂直向）測值變化回歸分析

壩體各高程位移測點(diǎn)Z向測值分析。

（1）C01-C05（壩體下半部分）回歸效果較差。所在處Z向位移變化受時(shí)效、壩體溫度變化影響均較大。

（2）C06-C16（壩體上半部分，除C07外）回歸效果很好，其所在處Z向位移主要與溫度變化相關(guān)，時(shí)效、水位的影響很小。

（3）大壩運(yùn)行期壩體位移點(diǎn)普遍處于沉陷狀態(tài)，沉陷量在1～4mm之間，同時(shí)位移點(diǎn)隨溫度做周期變化（特別對于壩體上部的測點(diǎn)），年波動(dòng)幅度在1.5～4.5mm之間。夏季溫升時(shí)壩體膨脹向上發(fā)展，冬季溫降時(shí)壩體收縮沉陷。

2.1.4 位移觀測點(diǎn)C01-C16X向（橫河向）測值變化回歸分析

壩體各高程位移測點(diǎn)X向測值分析。

（1）C06、C11、C12、C14、C15、C16（靠近或位于壩頂）回歸效果較好。所在處X向位移變化主要受壩體溫度變化影響。

（2）其它壩體、壩肩各點(diǎn)回歸效果較差，但基本上可看出其所在處X向位移與溫度變化有一定的相關(guān)性。

（3）水位、時(shí)效所引起的位移變化很?。ň鶠?.5mm左右）。

（4）壩體橫河向位移普遍較?。?～3mm）。壩頂拱冠梁附近稍大（3～5mm）

2.2 主要結(jié)論

本文主要依據(jù)銅頭拱壩的水位、溫度觀測資料，結(jié)合時(shí)效影響，對壩體位移測值進(jìn)行多元回歸計(jì)算和分析，得出各觀測項(xiàng)的回歸模型和預(yù)警值區(qū)間，并根據(jù)回歸結(jié)果，對測值變化規(guī)律進(jìn)行了分析，得出壩體運(yùn)行狀態(tài)與水位、溫度、時(shí)效變化的關(guān)系。

（1）銅頭拱壩壩體16個(gè)位移測點(diǎn)測值變化總的回歸結(jié)果是Y向（順河向）和Z向（垂直向）效果較好，X向（橫河向）效果較差。測點(diǎn)高程越高，越接近拱冠梁，位移的變化越有規(guī)律，回歸結(jié)果越好。壩體位移測點(diǎn)測值變化無論在哪個(gè)方向上，都與壩體溫度的變化有很強(qiáng)的相關(guān)性。夏季溫升時(shí)壩體向上游移動(dòng)，且膨脹向上發(fā)展，冬季溫降時(shí)向下游移動(dòng)，且向下收縮沉陷。順河向位移的變幅拱冠附近最大（4～9mm），至兩岸拱端逐漸減?。?～1.5mm），且隨高程增加而增加（從715高程C01的4.5mm到761.5高程C13、C14的9mm）。垂直向位移年波動(dòng)幅度在1.5～4.5mm之間，主要隨溫度做周期變化（特別對于壩體上部的測點(diǎn)）。由于拱壩上游水位的變幅很小，壩體位移變化的水位分量很小，由于位移量普遍較小，故可認(rèn)為壩肩岸坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）從各高程位移觀測點(diǎn)測值變化可以看出，761.5、750高程拱冠梁附近位移變化較大，兩岸壩肩處較小;735高程處C2、C3、C4測值變化幅度較接近，即拱冠梁、壩肩位移均較大。

（3）由于壩體沿不同高程的位移分布規(guī)律性不強(qiáng)，735高程以下拱冠梁和壩肩位移變化數(shù)值接近，對拱壩受力不利，因此以后的重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域除拱冠梁測點(diǎn)外，還應(yīng)注意壩肩和低高程處的位移測點(diǎn)，尤其應(yīng)注意735高程以下拱冠梁和壩肩處的位移變化值是否接近。

（4）優(yōu)化參數(shù)計(jì)算位移相對于設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算位移：拱冠最大順河向位移均有所減?。p小值分別為1.8mm）;左右拱端最大順河向位移均有所減小（左拱端減小值分別為0.5mm，右拱端增減小值0.3mm）。右拱端在壩頂附近位移稍有增加，這與實(shí)際觀測位移相符。優(yōu)化參數(shù)計(jì)算位移相對于設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算位移左拱端橫河向位移均有所減小;右拱端位移在壩頂處稍有增加，這與實(shí)際觀測位移相符。橫河向位移整體趨勢是大壩整體左岸偏移。拱端順河向位移較大，在720高程，拱端位移和拱冠梁位移已基本相當(dāng)。優(yōu)化參數(shù)對順河向位移擬合較好，對橫河向位移較差。

（5）對銅頭位移測點(diǎn)測值變化均進(jìn)行全面的回歸分析，其回歸方程即為監(jiān)測值預(yù)警值的基礎(chǔ)。銅頭拱壩壩體16個(gè)位移測點(diǎn)測值變化總的回歸結(jié)果是Y向（順河向）和Z向（垂直向）效果較好，X向（橫河向）效果較差。測點(diǎn)高程越高，越接近拱冠梁，位移的變化越有規(guī)律，回歸結(jié)果越好。壩體位移測點(diǎn)測值變化無論在哪個(gè)方向上，都與壩體溫度的變化有很強(qiáng)的相關(guān)性。由于拱壩上游水位的變幅很小，壩體位移變化的水位分量很小，位移的時(shí)效分量較小。

結(jié)束語：在強(qiáng)調(diào)水電站全壽命周期安全管理的今天，安全監(jiān)測作為大壩安全管理的重要組成部分，其重要性日益凸顯。監(jiān)測資料整編分析是大壩安全監(jiān)測工作的最后一環(huán)，是評價(jià)大壩安全狀況的重要技術(shù)資料。在保證監(jiān)測儀器埋設(shè)埋設(shè)質(zhì)量和及時(shí)觀測的基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測資料整編和分析，加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警值的分析研究，使安全監(jiān)測真正發(fā)揮工程“耳目”的作用。

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