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。通過對橡膠壩袋內(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，以推進橡膠壩建立與進步管理程度。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城市段上游河道上，是一個以攔河蓄水形成連續(xù)水面，開發(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“沈陽世界園藝博覽會的重點背景景觀工程，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401，底板高程43，壩高2.5，防洪標準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縫彩色壩袋，雙錨線螺栓錨固，壩袋平均厚度8，徑向強度520kn/、緯向強度260kn/，設(shè)計內(nèi)壓18.75kpa，設(shè)計內(nèi)壓比0.75，設(shè)計平安系數(shù)8.5。1問題的提出橡膠袋內(nèi)壓力是橡膠壩平安的重要觀測數(shù)據(jù)之一，對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，在橡膠壩實際使用過程中，存在壩頂不溢，直承受陽光曝曬的情況。通過觀察，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實際問題，但此部分在資料中卻未見相關(guān)記載。針對王家灣壩袋改造后的情況，經(jīng)過設(shè)置測溫設(shè)備，壩袋內(nèi)壓、水位等監(jiān)測措施，采用每小時記錄的方法，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，以推進橡膠壩建立與管理程度。王家灣橡膠壩改造后，設(shè)計高度為2.5，在不過水

4、狀態(tài)下，充起高度到達2.8。為此，氣壩充氣壓力的界定有一定困難，實際操作無法按原設(shè)計壓力操作，給運行控制帶來一些難度。確定橡膠壩的原始充氣壓力、正常運行壓力、最大壓力，是保證橡膠壩的平安高效運行的首要問題。2橡膠壩袋內(nèi)壓力模型的建立2.1運行觀測為解決實際問題，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：一處在陽光直接照射下，接近于壩袋朝陽面情況；另一處不受陽光直接照射，與壩袋背光面的情況相近。通過觀測記錄，試圖通過建立壓力與溫度變化關(guān)系，結(jié)合實際控制運用，確定實用的壩袋壓力值。2021年7月某日王家灣橡膠壩室外溫度、各壩袋壓力、水位24h觀測記錄如表1所示。2.2模型建立通

5、過觀察數(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那么來估計參數(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，不斷對原有的系統(tǒng)參數(shù)的估計量加以修正，從而計算出更能反映模型現(xiàn)狀的新參數(shù)估計量，據(jù)此可以推導(dǎo)出最小二乘的在線參數(shù)估計法。衰減記憶遞推最小二乘算法的原理：每當獲得一個新的數(shù)據(jù)，就將以前的所有

6、數(shù)據(jù)都乘上1個小于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計算結(jié)果曲線通過對曲線中溫度、壩袋內(nèi)壓、壩頂溢流水深3個影響因素進展比照分析，建立數(shù)學(xué)模型，采用衰減遞推最小二乘法進展遞推計算，得到結(jié)果并繪制曲線圖1。在原設(shè)計中，通過計算得出的設(shè)計壓力值為18.75kpa，是按照壩高2.5進展設(shè)計的結(jié)果，實際壩高為2.8，根據(jù)內(nèi)壓比等參數(shù)進展重新計算，得出修改壓力值為21kpa。但在實際工作中，單純的一個數(shù)值并不能滿足實際運用要求，不能因壓力值的

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