CN106592533A - 利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法 - Google Patents

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郑克勋
余波
马聪
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PowerChina Guiyang Engineering Corp Ltd
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
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    • E02B3/16—Sealings or joints

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Abstract

本发明公开了一种利用渗流变量间相关系数随时间的变化评估渗控系统衰减的方法，利用水库大坝工程的渗流监控数据，挖掘帷幕后观测水位与大坝上游库水位数据集间隐藏的信息，基于不同时间段两者间的相关系数的变化趋势来评估大坝防渗系统的衰减程度，为及时采取帷幕加固措施，防止大坝防渗系统失效提供参考与依据。本发明与现有技术相比，原理简单，操作简便。

Description

利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法
技术领域
本发明属于水利水电工程技术、水文地质技术领域，本发明涉及水利水电工程渗控系统可靠性评价和渗漏监测、数据分析、处理。
背景技术
据本世纪初统计，我国已建有各类大坝约8.6万余座，其中在国际大坝委员会登记的坝高大于30m的达4421座，居世界首位。平均坝龄为22.87年，从运行年龄上看，我国多数大坝已进入中～老龄阶段，与之相伴的老化问题逐趋突出而成为一个需要深入研究的问题。
针对防渗帷幕的老化问题，在实际工作中，或采用原位监测方法，或采用取样室内检测、化验分析等方法，开展探讨并取得了一些进展。如根据坝址环境水质特征及其潜在的侵蚀(或腐蚀)作用特性进行了研究，并提出了一些保护措施；也有根据幕后渗水析出物的基本组成，对其物质来源以及对帷幕体防渗性能的影响进行了评价；还有根据坝基幕后渗漏水的动态及其变化，对帷幕体的防渗性能及其时效进行了分析和评价，等。
对渗控系统的渗流场，一般通过渗漏量、幕后水位(扬压力)和库水位之间的变化一致性程度来直接判断渗控系统的可靠性，具体手段为分析各渗流变量随时间的变化，或者建立渗流变量之间的函数关系，以寻找突变点和变化趋势。
发明内容
水库建设运行后，库水位变动、渗控系统的渗漏、水位监测是日常管理中的基础性工作内容，一般的水利水电工程都积累了从建坝之初持续至今的水位和渗漏量等渗流数据，因此，本发明的目的是建立一种利用这些渗流数据去评估渗控系统衰减程度的方法。
本发明的技术方案是通过分时段建立渗流变量与库水位之间的函数关系，获取各变量与库水位之间的相关系数，根据相关系数随时间的变化特点来研究渗控系统的可靠性和发展趋势，评估渗控系统的衰减程度。
水库的渗控系统包括防渗帷幕、幕后排水系统和渗流渗压监测系统等，防渗帷幕幕后坝体廊道中布置有水位观测孔和排水孔，通过压力表或者扬压力计观测幕后的水位，排水孔一般都会进行流量观测。幕后的水位和流量一般跟库水位同步变化，可以通过长期观测幕后的水位和流量，以一定的水文周期与库水位建立函数关系，该函数关系是一个统计拟合的函数，可以得到对应函数关系的两个变量之间的相关系数，根据相关系数随时间的变化趋势来研究渗控系统的可靠性和发展趋势，评估渗控系统的衰减程度。具体的实现步骤为：
对幕后水位观测数据：
1.搜集并获取研究工程的幕后观测孔的水位观测数据h；
2.去除h中明显异常的数据；
3.搜集并获取与各h观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H；
4.以一定的水文周期时间段T(一般为一年)，以H为横坐标，h为纵坐标绘制(H，h)散点图；
5.根据散点图的分布趋势，拟合得到h和H之间的函数关系，并计算该数据序列对应函数关系的相关系数R2。
6.以(T，R2)绘制相关系数与时间的关系曲线，根据曲线特征判断防渗帷幕的衰减程度。
对幕后流量观测数据：
1.搜集并获取研究工程的幕后排水孔的流量观测数据q；
2.去除q中明显异常的数据；
3.搜集并获取与各q观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H；
4.以一定的水文周期时间段T(一般为一年)，以H为横坐标，q为纵坐标绘制(H，q)散点图；
5.根据散点图的分布趋势，拟合得到q和H之间的函数关系，并计算该数据序列对应函数关系的相关系数R2。
6.以(T，R2)绘制相关系数与时间的关系曲线，根据曲线特征判断防渗帷幕的衰减程度。
本发明具有以下有益效果：本发明利用水库大坝工程的渗流监控数据，挖掘帷幕后观测水位与大坝上游库水位数据集间隐藏的信息，基于不同时间段两者间的相关系数评估大坝防渗系统的衰减程度，为及时采取帷幕加固措施，防止大坝防渗系统失效提供参考与依据。本发明与现有技术相比，原理简单，操作简便。
附图说明
图1是实施例1中大坝渗控系统示意图；
图2是实施例1中2008年库水位与扬压力的相关关系图；
图3是实施例1中2009年库水位与扬压力的相关关系图；
图4是实施例1中2010年库水位与扬压力的相关关系图；
图5是实施例1中2011年库水位与扬压力的相关关系图；
图6是实施例1中2012年库水位与扬压力的相关关系图；
图7是实施例1中相关系数随时间变化曲线；
附图标记说明：1-大坝，2-上游灌浆廊道，3-坝基观测廊道，4-下游灌浆廊道，5-坝基，6-上游防渗帷幕，7-上游幕后观测孔或排水孔，8-下游防渗帷幕，9-下游幕后观测孔或排水孔，10-库水位。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
水库的渗控系统包括防渗帷幕、幕后排水系统和渗流渗压监测系统等，防渗帷幕幕后坝体廊道中布置有水位观测孔和排水孔，通过压力表或者扬压力计观测幕后的水位，排水孔一般都会进行流量观测，大坝部位的渗控系统示意图见图1，从图中可以看到，大坝1中设有上游灌浆廊道2、坝基观测廊道3、下游灌浆廊道、坝基5、上游防渗帷幕6、上游幕后观测孔或排水孔7、下游防渗帷幕8和下游幕后观测孔或排水孔9，大坝1上游的水位为库水位10。幕后的水位和流量一般跟库水位10同步变化，可以通过长期观测幕后的水位和流量，以一定的水文周期与库水位10建立函数关系，该函数关系是一个统计拟合的函数，可以得到对应函数关系的两个变量之间的相关系数，根据相关系数随时间的变化趋势来研究渗控系统的可靠性和发展趋势，评估渗控系统的衰减程度。
具体的实现步骤为：
步骤1：搜集研究工程的幕后观测孔的水位观测数据h。
搜集并获取该大坝工程帷幕后扬压力计监测数据，以某坝段为例，将2008年～2012年该坝段坝基扬压力值输入至Excel中。
步骤2：去除坝基扬压力数据集中明显异常的数据。
在Excel中去除由于扬压力计更换或人为误操作引起的明显异常的数据，得到扬压力计样本集h。
步骤3：搜集并获取与各h观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H。
将与各h观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H输入Excel中。
步骤4：选取年为时间段，以H为横坐标，h为纵坐标绘制(H，h)散点图。在Excel中绘制(H，h)散点图，2008年～2012年库水位与扬压力的相关关系分别见图2～图6。
步骤5：根据散点图的分布趋势，拟合得到h和H之间的函数关系，并计算相关系数R2。
根据图2～图6不同时间段库水位与扬压力的相关关系散点图，拟合h和H之间的函数关系，计算其相关系数。
2008年：h＝0.1756H+710.92 R2＝0.1235；
2009年：h＝0.5381H+351.45 R2＝0.2204；
2010年：h＝0.1587H+711.15 R2＝0.3776；
2011年：h＝0.2941H+581.33 R2＝0.8526；
2012年：h＝0.1047H+755.47 R2＝0.8412。
步骤6：绘制(T，R2)关系曲线，根据曲线特征判断防渗帷幕的衰减程度。
以时间T为横坐标，以相关系数R2为纵坐标，绘制(T，R2)关系曲线，见图7。
从图7可以看出，随着时间的增加，坝基扬压力与库区上游水位间的相关系数呈增大趋势，说明大坝防渗系统逐步衰减，2011年相关系数R2从0.3776突增至0.8526，此坝段防渗帷幕可能遭到破坏，工程人员应尽早查看，及时采取帷幕加固措施。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法，其特征在于：该方法通过分时段建立渗流变量与库水位之间的函数关系，获取各变量与库水位之间的相关系数，根据相关系数随时间的变化特点来分析渗控系统的可靠性和发展趋势，评估渗控系统的衰减程度。
2.根据权利要求1所述的利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法，其特征在于：在水库防渗帷幕幕后坝体廊道中布置有水位观测孔和排水孔，通过观测孔处的压力表或者扬压力计观测幕后的水位，并对排水孔进行流量观测，获得幕后水位观测数据和幕后流量观测数据；通过长期观测幕后的水位和流量，以水文周期与库水位建立函数关系，该函数关系是一个统计拟合的函数，从而得到对应函数关系的两个变量之间的相关系数，根据相关系数随时间的变化趋势来分析渗控系统的可靠性和发展趋势，评估渗控系统的衰减程度。
3.根据权利要求2所述的利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法，其特征在于：对幕后水位观测数据按照以下步骤评估渗控系统衰减程度：
步骤1：搜集并获取研究工程的幕后观测孔的水位观测数据h；
步骤2：去除h中明显异常的数据；
步骤3：搜集并获取与各h观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H；
步骤4：以一定的水文周期时间段T，以H为横坐标，h为纵坐标绘制(H，h)散点图；
步骤5：根据散点图的分布趋势，拟合得到h和H之间的函数关系，并计算该数据序列对应函数关系的相关系数R2；
步骤6：以(T，R2)绘制相关系数与时间的关系曲线，根据曲线特征判断防渗帷幕的衰减程度。
4.根据权利要求2所述的利用渗流变量间相关系数评估渗控系统衰减的方法，其特征在于：对幕后流量观测数据按照以下步骤评估渗控系统衰减程度：
步骤1：搜集并获取研究工程的幕后排水孔的流量观测数据q；
步骤2：去除q中明显异常的数据；
步骤3：搜集并获取与各q观测值相同观测时间的库水位变化观测数据H；
步骤4：以一定的水文周期时间段T，以H为横坐标，q为纵坐标绘制(H，q)散点图；
步骤5：根据散点图的分布趋势，拟合得到q和H之间的函数关系，并计算该数据序列对应函数关系的相关系数R2；
步骤6：以(T，R2)绘制相关系数与时间的关系曲线，根据曲线特征判断防渗帷幕的衰减程度。
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