【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
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、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ρ（0<ρ<1）。递推公式如下：
Km+1=RmXm+1(μ+XTm+1PmXm+1)-1 　　
Pm+1[I-Km+1XTm+1]Pm
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，μ=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18.75 kPa调整为21 kPa。通过分析，确定坝袋内压力控制参考值为18.75~26.00 kPa，理想控制状态下的压力值为21~25 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.

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