基于SPSS 的皂市水利樞紐工程大壩水平位移多元回歸分析

程 誠，曾興穎，陳 荃

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410004）

1 工程概況

皂市水利樞紐位于湖南省石門縣境內(nèi)，距皂市鎮(zhèn)約2km 的澧水流域Ⅰ級支流渫水上，下游距河口16.5 km，控制流域面積為3 000 km2，占渫水流域面積的93.7%。工程主要任務(wù)以防洪為主，兼顧發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等其他綜合利用要求，是澧水流域骨干防洪工程之一。

水庫總庫容為14.39 億m3，防洪庫容為7.83 億m3，壩頂高程為148 m，河床建基面高程為60 m，最大壩高88 m。死水位為112 m，汛期限制水位為125 m，正常蓄水位為140 m，設(shè)計(jì)水位為143.5 m，校核水位為144.6 m。灌溉農(nóng)田5.4 萬畝，通航建筑物規(guī)模為50 t 級（預(yù)留）。

皂市水利樞紐屬一等工程，大壩、泄水建筑物等為1 級建筑物。2000 年項(xiàng)目建議書經(jīng)國家批準(zhǔn)，工程于2004 年2 月正式開工，2004 年9 月成功截流，于2007年10 月下閘蓄水，2008 年4 月、5 月電站1#、2#機(jī)組相繼完成72 h 試運(yùn)行，并投產(chǎn)發(fā)電，2016 年通過水利部與湖南省人民政府共同主持的竣工驗(yàn)收。

大壩全長351 m，共分為18 個(gè)壩段，即：1#～6#壩段為左岸非溢流壩段、7#～12#壩段為溢流壩段、13#～14#壩段為廠房壩段、15#～18#壩段為右岸非溢流壩段。

2 測點(diǎn)布置情況

皂市水利樞紐水平位移主要由垂線及引張線進(jìn)行觀測。位于6#、9#、14#壩段各布置一套正倒垂線，其中6#壩段垂線分別在廊道▽74.4 m、▽90 m、▽118 m 高程布設(shè)測點(diǎn)，9#壩段垂線分別在廊道▽64 m、▽90 m、▽116 m高程布設(shè)測點(diǎn)，14#壩段垂線分別在廊道▽90 m、▽118 m高程布設(shè)測點(diǎn)，雙金屬標(biāo)作為垂線的工作基點(diǎn)。

位于大壩▽90 m 高程廊道及壩頂▽148 m 高程沿壩軸線方向分別布設(shè)一條引張線系統(tǒng)，觀測相應(yīng)高程7#～13#壩段的水流方向位移，引張線以6#和14#壩段的垂線作為工作基點(diǎn)。（樞紐變形監(jiān)測布置圖見圖1）引張線自2012 年4 月開始以自動(dòng)化觀測為主，經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試，引張線系統(tǒng)在2013 年運(yùn)行基本穩(wěn)定，因此本文主要針對2013 年1 月1 日至2018 年12 月31 日的引張線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析壩體上、下位移的變化特點(diǎn)，水位過程線見圖2。

圖1 皂市水利樞紐變形監(jiān)測布置圖

圖2 庫水位過程線

3 統(tǒng)計(jì)模型建立

3.1 軟件介紹

SPSS（Statistical Product and Service Solutions）可以提供全面高級的統(tǒng)計(jì)分析，方便易用，可快速操作，可縮小數(shù)據(jù)科學(xué)與數(shù)據(jù)理解之間的差距，本文對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析時(shí)即選用該軟件。

3.2 模型建立

為分析壩體水平位移隨庫水位、溫度及時(shí)間的變化規(guī)律，檢驗(yàn)自動(dòng)化系統(tǒng)引張線觀測成果是否合理，需要對引張線向下游水平位移觀測成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)模型分析。大壩水平位移監(jiān)測量的統(tǒng)計(jì)模型表達(dá)如下：

式中 δH——上游水位變化引起的位移分量；

δT——溫度變化引起的位移分量；

δt——時(shí)效位移分量。

根據(jù)皂市大壩的具體特點(diǎn)，確定大壩的水平位移統(tǒng)計(jì)模型表達(dá)式為：

式中 a0——常數(shù)項(xiàng)；

H——庫水位變化量，即庫水位與2013 年1 月1 日庫水位差值；

a1～a3——水位分量的待定系數(shù)；

b1～b4——溫度分量的待定系數(shù)；

c1～c9——時(shí)效分量的待定系數(shù)；

k1～k7——常數(shù)，依次為50、100、200、300、600、1 000、1 500。

4 結(jié)果分析

根據(jù)皂市水利樞紐水平位移統(tǒng)計(jì)模型表達(dá)式建立的大壩▽90 m 廊道及壩頂▽148 m 高程溢流壩段向下游水平位移統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算所處壩段的擬合、實(shí)測與殘差值過程線見圖3，各位移分量過程線見圖4、圖5，典型壩段水平位移統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算成果見表1。

表1 典型壩段水平位移統(tǒng)計(jì)模型特征值

圖3 壩頂▽148 m 高程10#壩段處向下游實(shí)測、移擬合值及殘差過程線

圖4 壩頂▽148m 高程10#壩段處向下游水平位移各位移分量過程線

圖5 大壩▽90m 廊道10#壩段處向下游水平位移各位移分量過程線

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，大壩▽90 m 及壩頂▽148 m引張線10#壩段測點(diǎn)位移擬合模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.90 和0.96，方程高度顯著，擬合度較好。從各分量來看，大壩▽90 m 廊道10#壩段溫度位移分量為0.30 mm（-0.16 mm～0.14 mm）；水位位移分量為0.73 mm（-0.16 mm～0.57 mm）；時(shí)效位移分量為0.19 mm（-0.18 mm～0.01 mm）。壩頂▽148 m 高程10#壩段溫度位移分量為3.33 mm（-1.60 mm～1.73 mm）；水位位移分量為0.57 mm(-2.57 mm～-2.00 mm)；時(shí)效位移分量為1.61 mm（-0.70 mm～0.91 mm）。

5 結(jié) 語

通過對皂市水利樞紐大壩▽90 m 廊道及壩頂▽148 m 高程10#壩段引張線數(shù)據(jù)回歸模型的分析，得到如下結(jié)論：

1）通過回歸模型分析，可以看到壩體水平位移具有較好整體性，符合重力壩基本變化規(guī)律，大壩▽90 m廊道處位移主要受水庫水位變化影響較為明顯，大壩壩頂▽148 m 高程處位移主要受壩體溫度影響較為明顯，總體來說，大壩水平位移與庫水位正相關(guān)，且存在一定的滯后性，與壩體溫度負(fù)相關(guān)。具體表現(xiàn)為：上游庫水位升高、低溫季節(jié)，壩體向下游位移，反之壩體向上游回彈。此外，通過現(xiàn)有分析數(shù)據(jù)來看，時(shí)效位移分量均較小，結(jié)果表明皂市大壩壩體水平位移工作性態(tài)正常合理，擋水建筑物是安全可靠的。

2）計(jì)算結(jié)果表明，通過使用SPSS 進(jìn)行多元逐步回歸分析對重力壩變形預(yù)報(bào)所計(jì)算結(jié)果精度較高，計(jì)算過程較為簡捷，可應(yīng)用到大壩水平位移及其他分析計(jì)算中。