試論王家灣充氣式橡膠壩袋內(nèi)壓力與氣溫和壩頂溢流水深關(guān)系

1、試論王家灣充氣式橡膠壩袋內(nèi)壓力與氣溫和壩頂溢流水深關(guān)系摘要研究橡膠壩袋內(nèi)壓力，可以保證橡膠壩工程平安并使其穩(wěn)定發(fā)揮效益。通過(guò)對(duì)橡膠壩袋內(nèi)壓與溫度和壩頂溢流水深數(shù)據(jù)的分析，采用相關(guān)分析的方法，建立王家灣橡膠壩袋內(nèi)壓與溫度和壩頂溢流水深關(guān)系。分析結(jié)果可供相關(guān)工程技術(shù)人員作為工作中的參考和借鑒，以推進(jìn)橡膠壩建立與進(jìn)步管理程度。關(guān)鍵詞充氣式橡膠壩袋；袋內(nèi)壓力；溫度；壩頂溢流水深；王家灣橡膠壩王家灣橡膠壩工程位于渾河沈陽(yáng)城市段上游河道上，是一個(gè)以攔河蓄水形成連續(xù)水面，開(kāi)發(fā)旅游、美化環(huán)境、改善自然景觀為目的的水利工程工程。作為2022年“沈陽(yáng)世界園藝博覽會(huì)的重點(diǎn)背景景觀工程，王家灣橡膠壩與已存在的5座攔河

2、閘壩共同形成城市段梯級(jí)連續(xù)水面。工程始建于2022年，后經(jīng)2022、2021年2年逐漸完善，形成了目前5孔單跨66充氣式橡膠壩與2孔單跨32.5的充水式橡膠壩組成的攔河調(diào)蓄工程。橡膠壩長(zhǎng)401，底板高程43，壩高2.5，防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。壩底板采用20鋼筋混凝土構(gòu)造，寬10.0、厚1.5。壩袋采用二布三膠堵頭式無(wú)縫彩色壩袋，雙錨線螺栓錨固，壩袋平均厚度8，徑向強(qiáng)度520kn/、緯向強(qiáng)度260kn/，設(shè)計(jì)內(nèi)壓18.75kpa，設(shè)計(jì)內(nèi)壓比0.75，設(shè)計(jì)平安系數(shù)8.5。1問(wèn)題的提出橡膠袋內(nèi)壓力是橡膠壩平安的重要觀測(cè)數(shù)據(jù)之一，對(duì)于保證橡膠壩工程平安和效益的穩(wěn)定發(fā)揮起著關(guān)鍵性作用1-2。由于東北地區(qū)受

3、氣候特征影響，在橡膠壩實(shí)際使用過(guò)程中，存在壩頂不溢，直承受陽(yáng)光曝曬的情況。通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)壩袋內(nèi)壓力受氣溫影響較大，如何確定氣溫對(duì)壩袋內(nèi)壓力的影響，保證工程平安和效益的穩(wěn)定發(fā)揮，是擺在建立與管理單位面前的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，但此部分在資料中卻未見(jiàn)相關(guān)記載。針對(duì)王家灣壩袋改造后的情況，經(jīng)過(guò)設(shè)置測(cè)溫設(shè)備，壩袋內(nèi)壓、水位等監(jiān)測(cè)措施，采用每小時(shí)記錄的方法，繪制壩袋內(nèi)壓力與溫度的變化曲線、壩頂溢流水深與壩袋內(nèi)壓的變化關(guān)系曲線以及通過(guò)線性回歸模型，力求找出氣溫、壩頂溢流水深、壩袋內(nèi)壓力三者間的聯(lián)絡(luò)，供相關(guān)工程技術(shù)人員作為工作中的參考或借鑒，以推進(jìn)橡膠壩建立與管理程度。王家灣橡膠壩改造后，設(shè)計(jì)高度為2.5，在不過(guò)水

4、狀態(tài)下，充起高度到達(dá)2.8。為此，氣壩充氣壓力的界定有一定困難，實(shí)際操作無(wú)法按原設(shè)計(jì)壓力操作，給運(yùn)行控制帶來(lái)一些難度。確定橡膠壩的原始充氣壓力、正常運(yùn)行壓力、最大壓力，是保證橡膠壩的平安高效運(yùn)行的首要問(wèn)題。2橡膠壩袋內(nèi)壓力模型的建立2.1運(yùn)行觀測(cè)為解決實(shí)際問(wèn)題，找到壩袋內(nèi)壓力受溫度影響規(guī)律，在橡膠壩管理房外設(shè)置2處溫度計(jì)：一處在陽(yáng)光直接照射下，接近于壩袋朝陽(yáng)面情況；另一處不受陽(yáng)光直接照射，與壩袋背光面的情況相近。通過(guò)觀測(cè)記錄，試圖通過(guò)建立壓力與溫度變化關(guān)系，結(jié)合實(shí)際控制運(yùn)用，確定實(shí)用的壩袋壓力值。2021年7月某日王家灣橡膠壩室外溫度、各壩袋壓力、水位24h觀測(cè)記錄如表1所示。2.2模型建立通

5、過(guò)觀察數(shù)據(jù)，選用溫度和溢流水位作為參數(shù)，建立橡膠壩內(nèi)袋壓力模型，模型如下：yi=axi+b1式中，a=a1，a2；b為模型參數(shù)，均采用最小二乘法率定；xi=tihi，ti為溫度，hi為水位。2.3衰減最小二乘法根據(jù)式1，用最小二乘法估計(jì)參數(shù)，即根據(jù)模型的量yi、輸入量xi，根據(jù)殘差的最小平方和的準(zhǔn)那么來(lái)估計(jì)參數(shù)向量，采用采取遞推形式的最小二乘算法3。遞推最小二乘算法rls就是在有新的系統(tǒng)輸入、輸出量的情況下，不斷對(duì)原有的系統(tǒng)參數(shù)的估計(jì)量加以修正，從而計(jì)算出更能反映模型現(xiàn)狀的新參數(shù)估計(jì)量，據(jù)此可以推導(dǎo)出最小二乘的在線參數(shù)估計(jì)法。衰減記憶遞推最小二乘算法的原理：每當(dāng)獲得一個(gè)新的數(shù)據(jù)，就將以前的所有

6、數(shù)據(jù)都乘上1個(gè)小于1的系數(shù)01。遞推公式如下：k+1=rx+1(+xt+1px+1)-1p+1i-k+1xt+1p將觀測(cè)數(shù)據(jù)代入遞推公式，選取初值：a=a1，a2=0.62，20.23，b=1.5，=0.98。2.4計(jì)算結(jié)果曲線通過(guò)對(duì)曲線中溫度、壩袋內(nèi)壓、壩頂溢流水深3個(gè)影響因素進(jìn)展比照分析，建立數(shù)學(xué)模型，采用衰減遞推最小二乘法進(jìn)展遞推計(jì)算，得到結(jié)果并繪制曲線圖1。在原設(shè)計(jì)中，通過(guò)計(jì)算得出的設(shè)計(jì)壓力值為18.75kpa，是按照壩高2.5進(jìn)展設(shè)計(jì)的結(jié)果，實(shí)際壩高為2.8，根據(jù)內(nèi)壓比等參數(shù)進(jìn)展重新計(jì)算，得出修改壓力值為21kpa。但在實(shí)際工作中，單純的一個(gè)數(shù)值并不能滿足實(shí)際運(yùn)用要求，不能因壓力值的

7、微小變化而進(jìn)展增加或減少。因此，通過(guò)數(shù)學(xué)模型、曲線分析等方法，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況確定了一個(gè)壓力的上限值與下限值。從圖1可以看出，壓力數(shù)值并不是一個(gè)固定值，而是一條曲線，說(shuō)明存在著平安運(yùn)行狀況下的最大值與最小值，可由此確定一個(gè)適宜的壓力值，以指導(dǎo)實(shí)際控制運(yùn)用。3結(jié)論按照實(shí)際壩高數(shù)據(jù)進(jìn)展計(jì)算，設(shè)計(jì)內(nèi)壓值將由18.75kpa調(diào)整為21kpa。通過(guò)分析，確定壩袋內(nèi)壓力控制參考值為18.7526.00kpa，理想控制狀態(tài)下的壓力值為2125kpa。為防止壩袋長(zhǎng)時(shí)間曝曬，盡可能在壩頂溢流狀態(tài)下運(yùn)行，假設(shè)不能實(shí)現(xiàn)，必要時(shí)采取減壓運(yùn)行或其他溫控措施4-6。4參考文獻(xiàn)1何尚文.充氣式橡膠壩裝設(shè)和運(yùn)行操作管理j.水利科技，20221：41-42.2孫涌.充氣式橡膠壩控制部分及運(yùn)行管理j.小水電，20025：19-21.3劉欽圣.最小二乘問(wèn)題計(jì)算方法.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1989.4夏爽英，劉洪飛.新型無(wú)縫自控充氣式橡膠壩的設(shè)計(jì)與應(yīng)用j.治淮，2001