1、试论王家湾充气式橡胶坝袋内压力与气温和坝顶溢流水深关系摘要研究橡胶坝袋内压力，可以保证橡胶坝工程安全并使其稳定发挥效益。通过对橡胶坝袋内压与温度和坝顶溢流水深数据的分析，采用相关分析的方法，建立王家湾橡胶坝袋内压与温度和坝顶溢流水深关系。分析结果可供相关工程技术人员作为工作中的参考和借鉴，以推进橡胶坝建设与提高管理水平。 关键词充气式橡胶坝袋；袋内压力；温度；坝顶溢流水深；王家湾橡胶坝 王家湾橡胶坝工程位于浑河沈阳城市段上游河道上，是一个以拦河蓄水形成连续水面，开发旅游、美化环境、改善自然景观为目的的水利工程项目。作为 2006 年“沈阳世界园艺博览会”的重点背景景观工程，王家湾橡胶坝与已存在
2、的 5 座拦河闸坝共同形成城市段梯级连续水面。工程始建于 2004 年，后经 2007、2008 年 2 年逐渐完善，形成了目前 5孔单跨 66 m 充气式橡胶坝与 2 孔单跨 32.5 m 的充水式橡胶坝组成的拦河调蓄工程。橡胶坝长 401 m，底板高程 43 m，坝高 2.5 m，防洪标准50 年一遇。坝底板采用 C20 钢筋混凝土结构，宽 10.0 m、厚 1.5 m。坝袋采用二布三胶堵头式无缝彩色坝袋，双锚线螺栓锚固，坝袋平均厚度 8 mm，径向强度 520 kN/m、纬向强度 260 kN/m，设计内压 18.75 kPa，设计内压比 0.75，设计安全系数 8.5。 1 问题的提出
3、 橡胶袋内压力是橡胶坝安全的重要观测数据之一，对于保证橡胶坝工程安全和效益的稳定发挥起着关键性作用1-2。由于东北地区受气候特征影响，在橡胶坝实际使用过程中，存在坝顶不溢，直接受阳光曝晒的情况。通过观察，发现坝袋内压力受气温影响较大，如何确定气温对坝袋内压力的影响，保证工程安全和效益的稳定发挥，是摆在建设与管理单位面前的一个实际问题，但此部分在资料中却未见相关记载。针对王家湾坝袋改造后的情况，经过设置测温设备，坝袋内压、水位等监测措施，采用每小时记录的方法，绘制坝袋内压力与温度的变化曲线、坝顶溢流水深与坝袋内压的变化关系曲线以及通过线性回归模型，力求找出气温、坝顶溢流水深、坝袋内压力三者间的联
4、系，供相关工程技术人员作为工作中的参考或借鉴，以推进橡胶坝建设与管理水平。 王家湾橡胶坝改造后，设计高度为 2.5 m，在不过水状态下，充起高度达到 2.8 m。为此，气坝充气压力的界定有一定困难，实际操作无法按原设计压力操作，给运行控制带来一些难度。确定橡胶坝的原始充气压力、正常运行压力、最大压力，是保证橡胶坝的安全高效运行的首要问题。 2 橡胶坝袋内压力模型的建立 2.1 运行观测 为解决实际问题，找到坝袋内压力受温度影响规律，在橡胶坝管理房外设置 2 处温度计：一处在阳光直接照射下，接近于坝袋朝阳面情况；另一处不受阳光直接照射，与坝袋背光面的情况相近。通过观测记录，试图通过建立压力与温度
5、变化关系，结合实际控制运用，确定实用的坝袋压力值。2010 年 7 月某日王家湾橡胶坝室外温度、各坝袋压力、水位24 h 观测记录如表 1 所示。 2.2 模型建立 通过观察数据，选用温度和溢流水位作为参数，建立橡胶坝内袋压力模型，模型如下： yi=AXi+b（1） 式中，A=a1，a2；b 为模型参数，均采用最小二乘法率定；Xi=tihi，ti 为温度，hi 为水位。 2.3 衰减最小二乘法 根据式（1） ，用最小二乘法估计参数，即根据已知模型的量 yi、输入量 Xi，依据残差的最小平方和的准则来估计参数向量，采用采取递推形式的最小二乘算法3。递推最小二乘算法（RLS）就是在有新的系统输入、
6、输出量的情况下，不断对原有的系统参数的估计量加以修正，从而计算出更能反映模型现状的新参数估计量，据此可以推导出最小二乘的在线参数估计法。衰减记忆递推最小二乘算法的原理：每当取得一个新的数据，就将以前的所有数据都乘上 1 个小于 1 的系数（01） 。递推公式如下： Km+1=RmXm+1(+XTm+1PmXm+1)-1 Pm+1I-Km+1XTm+1Pm 将观测数据代入递推公式，选取初值：A=a1，a2=0.62，20.23，b=1.5，=0.98。 2.4 计算结果曲线 通过对曲线中温度、坝袋内压、坝顶溢流水深 3 个影响因素进行对比分析，建立数学模型，采用衰减递推最小二乘法进行递推计算，得
7、到结果并绘制曲线（图 1） 。在原设计中，通过计算得出的设计压力值为18.75 kPa，是按照坝高 2.5 m 进行设计的结果，实际坝高为 2.8 m，根据内压比等参数进行重新计算，得出修改压力值为 21 kPa。但在实际工作中，单纯的一个数值并不能满足实际运用要求，不能因压力值的微小变化而进行增加或减少。因此，通过数学模型、曲线分析等方法，结合实际运行状况确定了一个压力的上限值与下限值。从图 1 可以看出，压力数值并不是一个固定值，而是一条曲线，说明存在着安全运行状况下的最大值与最小值，可由此确定一个合适的压力值，以指导实际控制运用。 3 结论 按照实际坝高数据进行计算，设计内压值将由 18
8、.75 kPa 调整为 21 kPa。通过分析，确定坝袋内压力控制参考值为 18.7526.00 kPa，理想控制状态下的压力值为 2125 kPa。为避免坝袋长时间曝晒，尽可能在坝顶溢流状态下运行，若不能实现，必要时采取减压运行或其他温控措施4-6。 4 参考文献 1 何尚文.充气式橡胶坝装设和运行操作管理J.水利科技，2003（1）：41-42. 2 孙涌.充气式橡胶坝控制部分及运行管理J.小水电，2002（5）：19-21. 3 刘钦圣.最小二乘问题计算方法M.北京：北京工业大学出版社，1989. 4 夏爽英，刘洪飞.新型无缝自控充气式橡胶坝的设计与应用J.治淮，2001（2）：36-38. 5 朱军，马振文，丁立国.充气橡胶坝坝袋改造中复核方法的分析J.东北水利水电，2010（1）：17-18，21. 6 詹蓉，唐德善，刘子增.基于模糊一致矩阵的橡胶坝坝型优选方法J.水电能源科学，2009，27（6）：107-109.
