水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定

水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定

20世紀末，中國的許多主要水庫為監(jiān)測水庫建設(shè)的早期蓄水和正常運營時間的安全性提供了科學合理的方法，同時也為提高和提高設(shè)計、施工和管理的技術(shù)水平提供了科學和實用技術(shù)。建立相對完整的安全監(jiān)督系統(tǒng)?，F(xiàn)如今安全監(jiān)測系統(tǒng)已運行數(shù)年,存在一定數(shù)量的監(jiān)測儀器損壞?，F(xiàn)有的監(jiān)測儀器工作是否正常,其測值是否能夠真實反映大壩的實際情況,需要對安全監(jiān)測系統(tǒng)進行一次鑒定,全面地掌握系統(tǒng)的運行狀況。由于目前大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定尚無辦法和評價導(dǎo)則,也無相應(yīng)的專業(yè)性軟件。對于不同的壩型,其監(jiān)測儀器的檢測手段及相關(guān)的信息分析方法略有區(qū)別,但安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定的總體思路基本一樣。本文以黃河小浪底水利樞紐工程安全監(jiān)測系統(tǒng)鑒定為例,詳細介紹系統(tǒng)鑒定的框架、鑒定方法、及其軟件開發(fā)的相關(guān)技術(shù),以供類似工程之鑒。1系統(tǒng)評估1.1儀器質(zhì)量控制依據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL60-94)、《土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程》(SL169-96)、《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL/T5178-2003)、《大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范》(DL/T5211-2005)、《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本條件》(SL268-2001)、《土石壩監(jiān)測儀器系列型譜》(DL/T947-2005)、《混凝土壩監(jiān)測儀器系列型譜》(DL/T948-2005)等規(guī)程規(guī)范以及儀器生產(chǎn)廠家各儀器參數(shù)的質(zhì)量控制進行。1.2監(jiān)測儀器的狀態(tài)為了評價現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)是否滿足監(jiān)測需要,同時便于以后的監(jiān)測系統(tǒng)更新改造,因此,將監(jiān)測儀器的工作狀態(tài)分為三大類,即正常(A類)、留待觀察(B類)和報損(C類)。且將上述三大類細化為6小類,見表1。1.3評估和分析系統(tǒng)的過程監(jiān)測系統(tǒng)鑒定流程見圖1所示。1.4鑒定方法1.4.1監(jiān)測儀器的認證向現(xiàn)場觀測人員咨詢大壩監(jiān)測儀器的運行狀況,并收集儀器的埋設(shè)資料、原始參數(shù)、觀測數(shù)據(jù)及有關(guān)設(shè)計圖紙,并對部分儀器的損壞原因進行考證。采用經(jīng)計量認證有效的讀數(shù)儀、VWP頻率計、位移計讀數(shù)儀、萬用表、兆歐表、電纜檢測儀等對所有監(jiān)測儀器進行一次現(xiàn)場檢測。所讀取的數(shù)據(jù)應(yīng)該相對穩(wěn)定,數(shù)據(jù)跳動一般不超過±1字(即個位數(shù)1個字)。1.4.2與設(shè)計結(jié)果的比對監(jiān)測成果的合理性評價可采用比較法、繪圖法、特征值統(tǒng)計法、數(shù)學模型以及力學模型分析法等。如比較法。比較法主要包括監(jiān)測物理量的相互對比、監(jiān)測成果與理論或試驗成果的對比、與警戒界限值的對比等,如與設(shè)計計算值比較、同一物理量的各次測值比較、同一測次鄰近同類物理量的比較等。此外,還包括與類似工程的類比。如通過軟件繪制并比較小浪底工程的堤應(yīng)變計串ES1-9的兩支儀器測值過程線圖,可直觀地看出測值在1999年9月18日產(chǎn)生突變,即可鑒定出兩支傳感器相互接反(見圖2)。2評估軟件的功能模塊2.1可靠性分析模塊(1)等精度觀測與真誤差觀測誤差是客觀存在、不可避免的。產(chǎn)生誤差的原因有屬于觀測者方面的因素,有屬于測量的儀器和工具方面的因素,也有外界條件的影響,如溫度、濕度、大氣折光等。這三方面綜合起來即為觀測條件。在同樣的觀測條件下所進行的觀測稱為等精度觀測。通過計算觀測值與真值之差,即真誤差,可判斷測值系列的可靠性。由于觀測值的真誤差一般是未知的,為此,通常用觀測值的殘差代替真誤差。編制相應(yīng)的誤差分析程序,對觀測資料進行誤差分析,并以此評價各監(jiān)測量的精度和可靠性。(2)輸出“不合格”通過軟件計算平均無故障工作時間和采集數(shù)據(jù)缺失率來評價采集單元可靠性。根據(jù)《大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范》(DL/T5211-2005),平均無故障工作時間大于6300h,則輸出“合格”,若平均無故障工作時間小于6300h,則輸出“不合格”;采集數(shù)據(jù)缺失率小于3%,則輸出“合格”,采集數(shù)據(jù)缺失率大于3%,則輸出“不合格”。2.2壩高、滲流壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析由測值繪制相應(yīng)的過程線、相關(guān)圖、分析圖、綜合分析圖等,包括測值隨時間變化的過程線、測值沿壩軸線分布、測值沿斷面分布、測值空間分布、測值沿壩高分布等,直觀地了解和分析測值變化大小和規(guī)律。以滲流壓力監(jiān)測為例,由軟件繪制帷幕前測點P28的2001年～2006年逐年測值與庫水位相關(guān)關(guān)系圖(圖3)。從圖中可以判斷出:帷幕前滲壓計測值與庫水位相關(guān)性較好,在高水位下,隨著時間推移滲壓計測值有逐年減小的趨勢。2.3極端環(huán)境量的測定特征值統(tǒng)計模塊統(tǒng)計測值序列中的最大值、最小值、年變幅、年均值等,此外還包括極端環(huán)境量下的測值。將測值與特征值出現(xiàn)的時間進行相互間的對比,查看其出現(xiàn)的規(guī)律性,從而判定測值的一致性和合理性。2.4測值突變基本理論(1)啟動數(shù)學模型模塊,建立原因量(庫水位、氣溫、降雨量等)與效應(yīng)量(變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等)之間的監(jiān)控模型,定量分析測值的規(guī)律性和可靠性。本軟件建立了變形、滲流、應(yīng)變等觀測項目回歸分析模型。如變形模型數(shù)據(jù)表達式為:δ=∑i=13[a1i(Hiu?Hiu0)]+∑i=13[a2i(Hid?Hid0)]+∑i=12[b1i(sin2πit365?sin2πit0365)+b2i(cos2πit365?cos2πit0365)]+c1(θ?θ0)+c2(lnθ?lnθ0)+a0(1)式中:Hu為壩前水深;Hu0為壩前起測日水深;Hd為壩下游水深;Hd0為壩下游起測日水深;t為測值當天至初始日的累計天數(shù);t0為起測日至初始日的累計天數(shù);θ從測值當天至初始日的累計天數(shù)除以100;θ0從始測日至初始日的累計天數(shù)除以100;a1i、a2i、b1i、b2i、c1、c2為回歸系數(shù);a0為常數(shù)項。(2)對于測值中出現(xiàn)的因更換觀測儀器引起的測點測值突變,軟件中設(shè)置突變模型,在時效分量公式中引用單位階躍函數(shù),即δθ=c1(θ?θ0)+c2(lnθ?lnθ0)+d1f(θ?θ1)+d2f(θ?θ2)(2)式中:f(x)為單位階躍函數(shù),f(x)={01x<0x≥0;θ1為第一次突變發(fā)生的時間至起測日的累計天數(shù)乘以0.01;θ2為第二次突變發(fā)生的時間至起測日的累計天數(shù)乘以0.01。(3)通過“3S”法則判定測值的合理性。2.5“異?！爆F(xiàn)象—力學模型模塊對于測值不符合一般規(guī)律但測值穩(wěn)定性較好的測值,需要結(jié)合相應(yīng)的力學知識分析,從而評價其合理性。軟件中設(shè)置了平面應(yīng)變固結(jié)計算程序Plaxis8.2的接口,方便高效地采用土石壩有限元模型模擬相應(yīng)的施工及加載過程。以小浪底心墻部位的滲壓計為例,測值過程線非常穩(wěn)定,但表現(xiàn)出測值高于庫水位的“異常”現(xiàn)象。鑒于此,啟動力學模型模塊,計算該部位的孔隙水壓力分布情況(見圖4),從而得到真正庫水位的影響程度。通過計算結(jié)果便可判定:小浪底心墻1區(qū)的滲壓計測值高于庫水位的現(xiàn)象是由于施工時產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力引起的,測值是合理的。3軟件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)3.1關(guān)于庫的聯(lián)系用程序要訪問一個數(shù)據(jù)庫,通常先用ODBC管理器注冊一個數(shù)據(jù)源,管理器根據(jù)數(shù)據(jù)源提供的數(shù)據(jù)庫位置、數(shù)據(jù)庫類型及ODBC驅(qū)動程序等信息,建立起ODBC與具體數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系。并需要應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)源名提供給ODBC,ODBC才能建立起與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的連接,即每一個數(shù)據(jù)庫就需要設(shè)置一個數(shù)據(jù)源。而水利工程安全監(jiān)測系統(tǒng)往往有較多數(shù)據(jù)庫(原始數(shù)據(jù)庫、整編數(shù)據(jù)庫、圖形數(shù)據(jù)庫等),往往在數(shù)據(jù)庫連接上較為復(fù)雜。因此,本軟件采用OLEDB組件的可視化圖形界面,直接填寫數(shù)據(jù)庫信息,可以自動生成連接字串,并且可任意連接SQLServer、Access、dBase、FoxPro等格式數(shù)據(jù)庫,以及根據(jù)需要隨時更改數(shù)據(jù)庫。圖5為連接數(shù)據(jù)庫的部分代碼。3.2es控制流程圖坐標軸的設(shè)置在系統(tǒng)鑒定過程中,各種圖形的繪制與輸出是相當頻繁和重要的。因此,在繪圖方面,軟件采用TeeChart圖表組件,通過Axes控制圖表坐標軸的屬性設(shè)置,坐標軸可以自動地根據(jù)不同的數(shù)據(jù)設(shè)置好標度范圍和間隔,或采用手工調(diào)整;通過Panel屬性來設(shè)置圖表的背景等。圖6為圖形繪制部分代碼。軟件繪制的各種圖形(測值過程線、相關(guān)分析圖、等值線圖等),支持圖形放大縮小、打印預(yù)覽、數(shù)據(jù)實時捕捉功能(圖7),且圖表可多種格式導(dǎo)出到JPEG、EPS、PDF、GIF、Bitmap和Word文件。4基于輔助分析的鑒定軟件采用先進的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析理論和方法,并嚴格遵守我國水工建筑物安全監(jiān)測和軟件開發(fā)的有