浑河闸垂直位移监测分析

孙浚凱，谢海亮，郭彩银，武　宇

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)



浑河闸垂直位移监测分析

孙浚凱，谢海亮，郭彩银，武宇

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)

摘要：浑河闸位于浑河中下游，距大伙房水库75 km，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。浑河闸工程以防洪、灌溉为主兼顾景观蓄水。工程始建于1958年，2008年工程开始进行加固重建，2011年9月工程主体完工，于2012年1月进行下闸蓄水验收工程投入使用。通过对浑河闸闸体的垂直位移数据的采集，分析闸体垂直位移的变化规律，并运用回归分析的方法建立数学模型。通过对垂直位移监测资料的分析，各点的垂直位移变化量均在允许范围内，闸体处于安全运行状态。

关键词：浑河闸；垂直监测；回归分析；统计模型

1工程概况

浑河闸位于浑河中下游，距大伙房水库75 km，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。浑河闸工程以防洪、灌溉为主兼顾景观蓄水。工程始建于1958年，2008年工程开始进行加固重建，2011年9月工程主体完工，于2012年1月进行下闸蓄水验收工程投入使用。新建的浑河闸工程等别为Ⅰ等，规模为大(1)型，主要水工建筑物为1级，按100 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核，并能通过500 a一遇的超标准洪水，最大的过闸流量为7 341 m2/s[1]。

浑河闸工程闸体是承受荷载的主要建筑物，闸体的安全关系到整个工程的安全运行，也关系到人民生命财产的安全，对闸体的安全监测十分重要，垂直位移的监测也是安全监测中的一个重要环节。

浑河闸工程共有32个垂直位移监测点[2]，其中闸体上有30个，上下游闸体各15个，编号分别为：C1-1，C2-1……C14-2，C15-2；闸肩有2个基准点，编号分别为Q1、Q2，正常情况下Q1作为工作基点，与闸上监测点构成一个闭合的水准路线，Q2作为备用点和水准网校核点使用。

2数据采集及处理

主要包括2个方面的内容：

2.1数据采集

浑河闸工程垂直位移采用几何水准法进行测量，即从已知点Q1出发，经过闸体上游点和下游点进行一站一站传递最后回到Q1点，构成闭合水准路线，测量过程中采取往返测量。

浑河闸工程垂直位移监测采用人工监测的方法，使用DNA05电子水准仪和铟钢尺对闸上的各监测点按二等水准进行测量，采集原始数据。并同时通过观测闸前的水尺，采集闸前水位；在测量当天通过用温度计采集当天上、中、下午的温度。浑河闸垂直位移的监测数据采集频率为每个月一次(均固定在每个月的月初)。

2.2数据处理

闸前水位均采用测量当天的10时水位；温度数据结果为上、中、下午数据的平均值；把采集的各测点的高程通过进行误差分析符合二等水准测量规范的限差要求后；把测量产生的误差按测点数进行平差计算等得到每个测点的高程值；各测点的垂直位移为本次测量的高程值和原始的高程(2011年9月)的差值，垂直位移的方向规定下沉为正，上升为负[3-4]。

3数据分析

主要包括空间位移的趋势和回归分析2个方面的内容：

3.1空间位移的趋势

浑河闸空间位移趋势的分析选取了7、8月份的垂直位移监测数据，其空间位移趋势见图1。

图1浑河闸7、8月份测点垂直位移变化过程线

通过图1可知浑河闸各测点的位移变化较小，各测点的变化趋势基本保持一致，8月份的位移与7月份相比，总体表现为下降的趋势，有个别的测点上升(C4—1和C5—2)这可能与外界的因素、测量误差和温度有关，但均在规定范围内，符合闸体变形的基本规律[5]。

3.2回归分析

主要包括数学模型的建立、统计分析方法和成果分析3个方面：

3.2.1数学模型的建立

浑河闸的垂直变形的影响因素很多，比如有温度、水位、时效、水压力、渗流、施工等，但主要由闸前水位分量、温度分量和时效分量3个部分构成。然而其他的一些分量也可以通过时效分量来考虑，所以建立其统计模型为：

St=B0+δh(t)+δt(t)+δθ(t)+ε

(1)

式中：St为对应世间的垂直位移量，mm；δh(t)为对应时间的变形水压分量，m；δt(t)为对应时间的变形温度分量，℃；δθ(t)为对应时间的变形时效分量，d；B0为常数项。

3.2.2统计分析方法

在统计过程中我们以C5—1点为例进行阐述，通过对垂直位移、温度、水位、时效等数据的整理得到表1(2013年浑河闸C5—1点监测数据)。

表1　2013年浑河闸C5-1点监测数据

通过matble进行编程，运行得到回归系数，负相关系数和剩余标准差并得到相关方程和垂直位移过程线。图2为浑河闸2013年C5—1垂直位移过程线。

2013年C5-1的垂直位移的回归方程为：H0= 0.126×T+ 0.4864×H-1.20×10-4×D-15.9768；复相关系数R：0.82剩余标准差S：1.80。

图2浑河闸2013年C5—1垂直位移过程线3.2.3成果分析

通过用上述方法进行回归分析，得到闸上各点的回归分析成果，以下列举了闸上有代表性的点进行分析，分析成果见表2。

表2　2013年浑河闸垂直位

注：Q1为坝肩上的点，C15—1、C15—2为浑浦进水闸上下游点；C10—1、C10—2、C5—1、C5—2分别为拦河闸上下游的点；C1—1、C1—2为浑沙进水闸上下游的点。E—04表示10的-4次方。

由表2可以看出复相关系数均>0.7，因此数据线性拟合的比较好；从单项回归分析中可以看出大坝垂直位移受温度、水位影响较明显。具体规律表现为：观测数据表现为温度升高闸体膨胀，位移点上浮，温度降低坝体冷却收缩，位移点下沉；垂直位移与水位成正相关。从表2可以看出，随着温度的变化，垂直位移量的变形规律较强。

4结语

4.1结论

1)通过对垂直位移变化量的回归分析可以看出:随着温度的升高闸体膨胀，位移量上升，温度降低位移量下降，随着温度的变化垂直位移量的变化规律较强。

2)通过对垂直位移变化量的回归分析可以看出：垂直位移量与闸前水位成正相关，并且对垂直位移的影响较大。

3)通过对垂直位移变化量的回归分析可以看出：时效因子对垂直位移变化量的影响较小，且随着时效因子的变化对垂直位移量的影响正逐渐减小。

4)浑河闸工程整体的运行状态良好，各个点的位移量变化都符合要求，个别点的位移量变化较大可能由于测量过程中误差引起的。

4.2建议

1)由于垂直位移受闸体的温度影响较大，建议浑河闸管理处建立气温及闸体的温度监测系统，并做好记录。

2)建议浑河闸管理处派专人定期对各观测点清理和除锈；并加强工作人员对对观测点位的保护意识，以免观测点因为人为因素发生位移或破坏，引起不必要的误差。

3)建议浑河管理处在进行环境的绿化和新建工程时考虑到测量通视的问题，以免为以后的测量工作造成不必要的麻烦。

参考文献：

[1]李燕，郭彩银，王刚.浑河闸下游生态与传统措施结合的护坡施工[J].东北水利水电，2014(06)：22。

[2]中华人民共和国水利部建设与管理司.DL/T 5178—2003混凝土坝安全监测技术规范．北京：中国电力出版社[S].2003．

[3]顾冲时，吴中如.大坝与坝基安全监控理论和方法及其应用[M] .南京: 河海大学出版社，2006.

[4]张博，陶家祥，曹其光.丰满大坝垂直位移监测资料分析[J].三峡大学学报，2010，32(06)：25-28。

[5]潘宣何，袁国金.某工程大坝垂直位移监测分析[J].湖南水利水电，2015(05)：10-12.

[作者简介]孙浚凱(1989-)，男，辽宁瓦房店人，助理工程师，从事工程管理工作；谢海亮(1988-)，男，辽宁兴城人，助理工程师，从事工程管理工作；郭彩银(1982-)，女，山西定襄人，工程师，从事工程管理工作；武宇(1987-)，男，辽宁黑山人 ，助理工程师，从事工程管理工作。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：P21

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)10-0079-03