水库管理论文范文1
英那河水库位于辽宁省大连市庄河地区的英那河中游，是一座以农业灌溉为主的中型水库。最大库容6053万m3。工程始建于1972年，1974年建成蓄水，坝型为浆砌石重力坝，最大坝高28m，坝长276m。为了满足大连城市供水的需要，大坝于2001年5月进行扩建，在原有的大坝上加高培厚，扩建后坝长346.6m。其中左挡水坝段长123.33m，右挡水坝段长108.27m，溢流坝长115m；挡水坝坝顶高程为83.1m，比原坝增高15.1m，溢流堰顶高程72.60m，比原坝增高13.60m，坝底扩宽11.12m，既由原坝25.54m扩至36.66m。总库容为2.87亿m3，扩建后的水库为大Ⅱ型水库。具体剖面如下所示：
扩建工程要在原坝基础上进行加宽、培厚，所以要对基础进行扩宽开挖，对老坝原有砼进行拆除。
施工区岩石为细粒角闪石黑云母花岗闪长岩（T3j）和似斑状花岗岩（T3Q），坝基除微风化～未风化外，尚有部分为弱风化岩，还有（f1，f2）的断层破碎带及断层影响带。
2、开挖主要措施
溢流坝扩建基础开挖采用手风钻浅孔按保护层开挖施工，建基预留50cm保护层进行风镐或人工撬挖，与老坝结合部位采取防震措施，并小药量松动爆破。
下游挑流鼻坎部位大体积砼（桩号0+22－0+26）采取爆破法施工。
2.1．溢流坝扩建基础开挖
爆破施工采用火花起爆方式，毫秒微差导爆管联接，炸药采用乳化炸药。为了减轻爆破地震效应对老坝体的影响，在扩建基础开挖时，距老坝下游边界2米处布设垂直防震孔一排。（该2米范围采用人工撬挖）；防震孔直径42mm，间距20cm。施工时先进行距老坝5m以外的下游石方开挖，然后用防震孔做预裂孔进行老坝下游边界25m范围的施工。与老坝体结合部位采取防震措施，并小药量松动爆破。爆破分层高度为1.0m。爆破分区见2－1－1溢流坝段开挖分区示意图。
爆破参数如下表所示：
（1）一般松动爆破参数
浅孔爆破施工采用手提式手风钻打垂直孔，分层高度1.0m，每一爆区沿坝横方向为1m，爆破参数如下：
表2－1－1
钻孔深度
（m）
底板抵抗线
（m）
炮孔间距
（m）
炮孔排距
（m）
单孔装药量
（kg）
总药量
（kg）
1.2
1.0
1.0
0.8
0.30
24
（2）浅孔预裂爆破参数
浅孔预裂爆破包括防震孔兼作预裂孔施工及建基面水平预裂施工。防震孔间距20cm，作预裂孔时装药孔间距为40cm，中间不装药孔作导向孔，按开挖分区每一预裂区预裂长度沿坝横方向为10m，为减轻爆破的地震效应，爆破时分两段进行。爆破参数如下：表2－1－2
孔径
（mm）
炮孔间距
（cm）
不偶合系数
线装药密度
（g/m）
孔口不装药长度
（m）
同段预裂爆破总药量
（kg）
42
40
2.63
225
0.4
3.69
水平建基面预裂施工时，设计水平预裂孔深为1.0m，为减轻爆破地震效应，爆破时分两段进行。爆破参数如下：
表2－1－3
孔径
（mm）
炮孔间距
（cm）
不偶合系数
线装药密度
（g/m）
同段预裂爆破总药量
（kg）
40
50
2.63
240
2.4
2.2．原溢流坝段挑流鼻坎大体积砼拆除
挑流鼻坎部位砼拆除施工时，先沿拆除轮廓线预留20cm处布设防震孔一排，孔距15cm，孔深2.5m，然后进行松动爆破区切断钢筋及钢筋砼的松动爆破，最后利用防震孔作为切割爆破孔进行切割爆破。拆除施工按两作业面分向两岸方向同时进行施工采用ф38气腿式手风钻钻孔，导爆管进行微差爆破控制，炸药采用乳化炸药。该爆破如2.2－1图所示，分为减弱松动爆破区，切割爆破区及凿除区。凿除区为20cm，切割爆破区厚50cm，与凿除区共同组成保留砼在松动爆破时的保护层。其爆破参数如下表：
表2－2－1：
孔号
抵抗线
（cm）
炮孔倾角
孔距
（cm）
孔深
（cm）
装药量
（g）
装药方式
Ⅰ号
50
70°
65
70
225
一节
Ⅱ号
50
70°
65
100
300
一节
Ⅲ号
50
70°
65
140
375
一节
Ⅳ号
50
60°
65
170
375
二节
Ⅴ号
50
60°
65
200
400
二节
切割孔Ⅵ
50
50°
15
250
150
三节
注：切割爆破时切割孔装药间距为30cm。
装药：Ⅳ、Ⅵ号孔采用导爆索下孔二节间隔装药方式。因钢筋处于上部，故上部适当多分配一些药量，由上至下按0.6g、0.4g，堵孔长度为40cm。
联线：导爆管联接分段起爆，控制最大一响药量不超过1.2kg。各排炮孔同段导爆管下孔，各排炮孔间分段微差，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ排孔每排3孔共9孔为一组，其中Ⅳ、Ⅴ排孔每排2孔共4孔为一组，Ⅵ排孔（切割孔）5孔为一组，组间分段微差。
起爆：爆破施工时，先进行第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三排孔施工，然后进行Ⅳ、Ⅴ排孔施工，最后进行Ⅵ排孔（切割孔）施工。每一爆区长约30m。
3、安全监测
3.1．爆破实验
为了保证在新建结构的施工过程中不会对原建大坝产生破坏影响，特别是为了重点保护老坝体上游防渗墙不受破坏（防渗墙仅1m，高18m，桩号0+1.0）。爆破施工过程中委托大连理工大学振动与强度测试中心进行的砼拆除的监测工作，以施工期大坝安全，并根据监测结果调整爆破参数。
爆破实验分别在桩号0+119～0+124、0+124～0+130及0+130～0+135处进行。
3.2．爆破监测结果
在砼爆破拆除过程中进行爆破震动反映实测数据如下：
桩号0+119～0+124段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－1
测点位置
拾振方向
同组最大药量
（g）
爆心距
（m）
最大反映振速
（cm/s）
挑流面底
水平
2100
10
1.9
挑流面中间
水平
18
1.5
闸门底
水平
25
1.0
闸门底
垂直
25
0.8
桩号0+124～0+130段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－2
测点位置
拾振方向
同组最大药量
（g）
爆心距
（m）
最大反映振速
（cm/s）
挑流面底
水平
2700
10
2.4
挑流面中间
水平
18
1.4
闸门底
水平
25
0.8
闸门底
垂直
25
0.6
桩号0+130～0+135段挑流面爆破震动反映实测结果表3－2－3
测点位置
测振方向
爆心距
（m）
反映振速峰值
（cm/s）
同响最大药量
（kg）
备注
爆破点下排水孔
水平
5.5
0.94
1.125
共11响
爆破点侧下排水孔
水平
15
0.86
溢洪面顶
水平
18
0.31
溢洪面顶
垂直
18
0.84
3.3爆破监测结论
通过对英那河水库爆破施工时大坝振动影响的几次监测，大连理工大学振动与强度测试中心工程质量检测报告得出以下结论：
1）爆破影应速度2.0cm/s的指标只相当于Ⅴ度地震裂度，按照该振速指标控制大坝防渗墙的振动幅度，可以保证心墙结构的安全。
2）监测得到的大坝防渗心墙附近最大振动速度响应幅值均小于2.0cm/s的设计限制值。监测的几次爆破方案均为设计合理方案。
3）按照所提供并进行监测爆破方案进行施工不会威胁大坝防渗心墙结构的运行安全。
4、施工质量控制
爆破施工中严格进行施工质量控制，具体措施有：
1）．覆盖层放样，平面位置点误差不大于200mm，高程点误差不大于100mm。
2）．基岩放样，平面位置点误差不大于100mm，高程点不大于100mm。
3）．测量交底，特别重视现场当面交底，将拆除范围、深度及要点交待清楚。
4）．专人旁站监督，发现问题及时解决。
5）．对于溢流坝挑流鼻坎大体积砼拆除，先进行砼拆除实验，取得成果后将详细方案交监理工程师审批后实施。各道质量层层把关。
6）．孔位布置、钻孔角度、孔径、孔深都严格按爆破设计要求进行。
7）．钻孔完毕后先清除孔内岩粉，并保护好孔口，检查合格后装药。
8）．炮孔装药、堵塞、爆破网络联接严格按爆破设计早先，严格检查最磊一响药量。
5、结语
1）．砼拆除及扩建基础开挖采用控制爆破工艺，有效地加快了施工进度，提高了工程施工质量。
2）．在砼拆除实验中分别进行先预裂后松动法及先松动后切割法施工。从爆破监测及现场爆破效果看，先松动后切割法施工既有利于减轻爆破地震效应，且施工时易于操作控制。在以后类似工程中当优先选用。
3）．在起爆方式上，同时起爆虽然爆破效果好，但是装药量大，爆破震动影响大；该工程采用毫秒微差导爆管联接，分段微差起爆，起爆时不断创造了辅助临空面，提高能量利用率，起到了减震作用，并且改善破碎块度，提高了清碴装车效率。
4）．砼拆除施中用斜孔爆破，有效提高了能量的利用率。但在施工过程中一定要严格控制孔的斜度，及钻孔深度。
主要参考文献：
水库管理论文范文2
1采用离散的马尔可夫随机过程描述径流
1.1用马尔可夫过程描述径流
为了计算和应用的方便，将时间序列离散化(即分为若干时段：月)，相邻时段存在着依赖关系，以水库来水的3个相邻时段t1、t2、t3间径流关系进行分析。用X1、X2、X3表示3个时段的径流，三者之间的相关情况可分为2种情况：(1)直接相关。即不管X2取值怎样(或不计X2取值的影响)的条件下，X1与X3相关，称为偏相关，其相关程度用相关系数表征，可用数量表示为γ13。(2)间接相关。即因存在着X1和X2、X2和X3之间的相邻时段相关关系，故X1的大小影响着X2的大小，从而又影响着X3的大小。这种相关是由中间量X2传递的，不是直接的，因此叫间接相关。
1.2计算相应条件概率
当一年分成K个时段(月)，每个时段的径流以平均值来表示，记作QK(K=1,2,3,……,K)。
应用相关理论分析，可以确定相邻时段径流QK,QK-1(如图1所示)的条件概率分布函QK,QK-1的条件概率分布函数示意数F(QK/QK-1)。其条件概率分布是一个二维分布，用概率理论及水文统计原理来推求径流的条件概率计算式。
图1相邻时段径流
研究相邻时段的径流相关联系时，应用相关系数R及回归方程式求得
(1)
隔时段相关系数则为：
(2)
式中：Q1i,Q2i,Q3i为第i年相邻时段的实测径流值；为平均值；n为径流实测系列年数。本时段径流的相关关系，应用相关中的直线相关，以自回归线性公式来表示：
(3)
式中：σK,σK-1分别为时段tk,tk-1的径流均方差；R1为相邻时段径流之间的相关系数。
相邻时段径流之间应用自回归线性相关时，其间隔时段的径流对回归线的偏离值即误差的分布，经刚性和弹性相关比较后，采用了弹性相关处理方法即偏态分布，按皮尔逊Ⅲ型曲线分布。相应于条件概率的流量QPK可由下式求得：
(4)
式中：条件变差系数，其中Cvk为变差系数。一年划分为K个时段，每个时段的径流划分为M级(即M个状态)，则相邻时段的转移概率：Pkij(k=1,2,3,……,k;i,j=1,2,3,……,M)表示的含义是tk-1时段径流为状态i时，tk时段径流为状态j时的概率
而矩阵
(5)
则表示tk-1时段到tk时段状态的转移概率矩阵，显然，这个矩阵的每行各非负元素之和为1，即：
(6)
为了计算Pkij转移概率的方便，取等分的10个概率5%，15%，……95%，这样转移概率的值都为0.1，则相应的条件概率的流量Qpi由式(4)即可求得。
2动态规划
动态规划法是美国数学家贝尔曼提出的，是一种研究多阶段决策过程的数学方法。近年来广泛应用于水资源规划管理领域中
2.1动态规划数学模型
把径流当作随机过程的水库优化调度图的计算是一个多阶段的随机决策过程。它的计算模型如下。
(1)阶段：将水库调度图按月(或者旬)划分成12个相互关连的阶段(时段)，以便求解
(2)状态：因相邻两个阶段的入库平均流量Qt和Qt+1之间有相关关系，以面临时段初的库水位和本时段预报径流量Qt为状态变量St(Zt-1，Qt)
(3)决策：在时段状态确定后，作一个相应的决定，即面临时段的供水量qt，同时确定了时段末水位，进行状态转移。水库水位分M级，故有M个状态转移，按0.618法在决策域内优选，对每一个状态变量St要选择一最优供水量qt，St～qt关系曲线为时段t的调度线，决策域为(QDmin,t;Qxmax,t)
对决策变量供水量qt进行所有状态优选计算时，还要进行库水位限制的检查判别，若时段末蓄水量V2大于允许的最高蓄水位或限制水位，则在水库蓄满前供水量仍按qt放水计算，当水库蓄满后则按入库水量供水。当入库水量大于电厂最大过水能力时，超过部分作为弃水
(4)状态转移：水库状态和调度图形式有关，因考虑当时入库径流和短期径流因素，水库调度中将一年划分为K个时段，每个时段由时段初库水位Z初和时段流量Qt组成水库的运行状态，而每一种状态有一个相应的决策变量供水流量qt，用函数关系表示为：
qt=q(Z初,Qt,tk)
(7)
tk为时段数，每一个决策就有一个相应的时段末库水位，水库进行了状态转移，若将水库的水位划分为Z级，径流划分为M级。一个时段的水库面临状态有Z×M种，全年水库运行状态有K×Z×M种，水库优化调度图就是对全年各种运行状态作出相应决策变量的关系图。
由式(7)可知，当时段tk的初始库水位和径流量已定时，时段的最优决策供水量是一个定值，因而下一时段tK+1的初始库水位(即时段tk末的水位)也就是一个确定值。由于下一时段tK+1的径流不是一个确定值，而是依时段tK的径流Qt变化的随机值，其值由条件概率分布函数(弹性相关)决策。因此，水库在时段tK处于状态i，而时段tK+1处于状态j的状态转移概率为Pkij，则有，而矩阵Pk=(Pkij)则表示从时段tK到时段tK+1的水库状态转移概率矩阵，Pk完全由时段tK的调度方式和径流状态转移矩阵决定。经过多年运行后，水库的运行状态达到一个稳定的概率分布
(5)效益函数：水库进行状态转移，伴随着产生了效益函数(包括了工业用水、生活用水、灌溉用水、发电用水及三个保证率)
其中灌溉用水：因灌溉需水量每年、每月、每天都不相同，因此是随机变量，极难编制计算机程序计算，故首次引入《农田水利学》的“有效雨量”概念，使整个优化计算大大简化，完全解决了水量平衡问题，整个优化计算，水量平衡达到100%
有效雨量的计算：从水库灌区试验站获取资料Mij即从1952～1999年历年(i=1952～1999，j为第i年各月(或旬))的灌溉定额(是由历年灌溉试验站实测作物需水量采用通用电算程序计算出的)，而Mmax是48年中最枯水年的灌溉定额。Mmax-Mij=P0ij,i=1952,…,1999,j=1,…,12,逐一列表进行计算。把每年每月的有效雨量加到每年每月的来水量Qt中，因Mmax是常数，所以仅有随机变量Mij。其数学表达式如下：Cixj=Aixj-Bixj，即：
(8)
式中Cij为i年系列j时段(月)的有效雨量，aij为i年系列j时段农作物需水量(j可按日计算后归纳成各农作物生长期所需水量，再换算成月)。bij为i年系列j时段各类农作物综合灌溉水量。
(6)目标函数：根据水库水资源不足的具体情况，拟定在满足生活用水和工业用水保证率的条件下，尽量满足农业用水。目标函数可表示为：满足用水量保证率条件下供水量最大。目标函数计算可用下列分段线性函数求得：
f(st,qt)=qt
Qxmax≥qt≥Qxmin
(9)
f(st,qt)=qt+CA(qt-Qxmin)
Qxmin≥qt≥QDmin
f(st,qt)=Qxmax+CE(qt-Qxmax)
QDmax≥qt≥Qxmax
式中：qt为水库供水量，QDmin为系统供水下限，即保证城市生活用水和工业用水的下限；Qxmin为农业保证供水量与QDmin之和；QDmax为电厂的最大过水能力；Qxmax为农业供水量上限与QDmin之和；CE为发电专用水量小于Qxmin时的折算系数，CA为供水量小于Qxmin时的折算系数，在计算中，可先任意假设CA、CE,CA、CE与Qxmin的保证率成正比。给定一个CA、CE就可递推得出一张优化调度图，用水库多年入库流量资料按调度图进行历时操作计算，若计算结果所得保证率低于要求的保证率，则修改CA、CE重新递推计算(一般递推2～3次即可)，求得另一优化调度图，再进行历时操作，直至所得保证率符合要求为止。即经过试算选择满足保证率要求的CA、CE值。
2.2动态规划递推方程以qt为t阶段的决策变量，St(Zt-1,Qt)为t阶段的状态变量，则其逆时序动态规划最优递推方程为：
Ft(St,qt)=max｛ft(St,qt)+Ft+1(St+1)｝qt∈Qtt=1,2,…,N
(10)
式中：Ft(St,qt)代表水库从时刻t处于状态St出发至水库运行终了时刻N(计算周期末)的目标函数值；ft(St,qt)代表时刻t水库处于状态St取供水量qt时面临时段效益期望值；Ft+1(St+1)代表水库从时刻t+1处于St+1(j状态)出发至时刻期间各时段均采用最优决策时所得的效益期望值；Qt表示计算中t时段所用的入库径流序列；pi,j为t时刻采取qt决策，系统由第t阶段的第i种状态St转移为第t+1阶段的第j种状态St+1时的条件概率，Ft+1相应St+1状态最优决策的效益。
递推方程的约束条件如下：①库水位约束Vmin,t≤Vt≤Vmax,t，即各时段的库水位不低于死水位Vmin,t，也不能超过该时段允许的最高蓄水位Vmax,t。②水量平衡约束Vt+1=Vt+(Qt-qt)·Δt-yt-Et,式中Vt+1、Vt代表时段t末、初的蓄水量；Qt、qt代表t时段平均入库径流量和供水量；yt为弃水量，Et为水库蒸发渗漏损失。③供水约束和输水能力约束QDmax,t≥qt≥QDmin,t。t时段内供水量不能超过水轮机的最大过水能力QDmax,t，也不能小于下限QDmin,t
2.3动态规划递推计算采取逆时序逐时段动态规划递推计算，即每时段对所有状态逐一地优选对应的最优决策。对时段的多个入库流量代表值所产生的效益期望值。优选方法采用0.618法，规定搜索点为20个
2.4优化调度图Howard用Z变换方法证明式(10)随年数t增加计算是收敛的，进行递推计算采取逆时序递推，即从N时段开始递推到1时段，只要知道FN(SN)即可按式(10)递推计算。开始可取库水位(库容)～蓄水量关系曲线作为初始递推线FN(SN)。当对第一个时段的所有状态优选出最优决策后，即可往前递推一个时段。当第一年逐个时段全部递推计算完毕后，还要进行第二年周期的递推计算，是因为初始递推FN(SN)是任意假设的，故第一年周期递推所得的策略并非稳定的最优策略，必需继续递推至各时段的递推线均收敛为止，这时所得的策略才是稳定的最优策略。递推线收敛的准则是：前后两年周期中同一时段的递推线相差小于规定的相对误差ε即：
|Ft(Si)n-Ft(Si)(n+1)|/Ft(Si)(n+1)≤ε
(11)
式中：Ft(Si)n代表第n年时段t递推线上相应于状态Si的未来效益值；Ft(Si)(n+1)则是第n+1年时段t递推线上同一状态Si相应的未来效益值，ε取0.001。一般最多递推两年就可以收敛，即可得出12时段或36个时段(旬)的最优调度线。这时各时段的最优决策构成一个最优策略，即为优化调度图。显然，因考虑月(或旬)、相隔月(旬)的相关，即多用了一项概率预报，则相应增加了经济效益。由于采用了马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，使水库调度图从二维坐标变成三维坐标，形成空间水库优化调度图，再由调度图换成一组以Qt为参数的方程，递推线也由一条变成一组，即优化调度线由一条线变成一组，形成一族调度曲线图，为便于实际调度时使用。
2.5动态规划计算程序动态规划的计算是一个非常复杂的过程，不同的规划问题，要用不同的计算程序。我们根据最优化(opt)问题的数学模型［2］，用VISULC编制了计算程序，用递推方程找出最优解。该程序在PⅡ微机上调试成功，经实践证明其具有功能强大，使用方便，运行速度快等特点，并能自动绘出三维空间水库优化调度图及带有一组参数的调度曲线图。
3应用示例
本方法已应用于山东沐浴、跋山和黄前等几个大中型水库，都取得理想效果。仅以沐浴水库多目标优化调度的应用情况来说明。
沐浴水库位于山东省烟台地区莱阳市，控制流域面积455km2，总库容1.87亿m3。兴利库容1.07亿m3，年平均来水量6900万m3。水库每年向莱阳市供水180.0多万m3，灌溉面积0.93万hm2，水电站分东西电厂，装机容量共为1800kW，是一座具有灌溉、防洪、城市工业、生活供水、发电、养殖等综合利用的大型水利工程。如图2所示。
在沐浴水库优化调度过程中，我们用马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，将供水流量作为决策条件，在引入有效雨量的基础上，采用优选迭代试算来满足3个保证率(生活用水保证率、工业用水保证率和灌溉用水保证率)的动态规划算法，协调了生活、工业、灌溉和发电之间的关系。
图2沐浴水库运用系统示意
应用满足用水保证率条件下供水量最大为目标函数合理地解决3个保证率的计算问题；建立了动态规划数学模型［5］，利用其优化调度程序计算，计算结果理想，输出了大量的表格，(如表1所示，限于篇幅，仅列一小部分)，并自动绘出了水库优化调度空间图及多族调度曲线图(如图3、4所示)。利用优化调度图进行综合调节计算，在几乎不增加投资的情况下，增加了巨大的经济效益。
表1沐浴水库优化调度年序：1月份：8(单位：亿m3)
水位／m
来水量(Q)
0.6396
0.4368
0.3252
0.2591
0.2108
0.1671
0.1269
0.0938
0.0616
0.0295
最优决策水量(qt)
63.00
64.00
65.00
...
81.00
82.00
...
0.02950
0.04650
0.06650
...
0.12262
0.13155
...
0.02929
0.04617
0.06603
...
0.13063
0.05824
...
0.02909
0.04585
0.06557
...
0.12971
0.05784
...
0.02888
0.04553
0.06511
...
0.12880
0.05743
...
0.02868
0.04521
0.06466
...
0.12790
0.05703
...
0.02848
0.04490
0.06420
...
0.12701
0.05663
...
0.02828
0.04458
0.06376
...
0.12612
0.05663
...
0.02808
0.04427
0.06331
...
0.12523
0.05584
...
0.02789
0.04396
0.06287
...
0.12436
0.05546
...
0.02769
0.04365
0.06243
...
0.12349
0.05506
...
年序：48月份：12(单位：亿m3)
水位／m
来水量(Q)
0.0223
0.0170
0.0134
0.0116
0.0107
0.0089
0.0063
0.0054
0.0045
0.0027
最优决策水量(qt)
63.00
64.00
...
81.00
82.00
0.00270
0.01545
...
0.01441
0.01545
0.00268
0.01535
...
0.01535
0.01535
0.00266
0.01524
...
0.01524
0.01524
0.00264
0.0153
...
0.01553
0.01553
0.00263
0.01503
...
0.01503
0.01503
0.00261
0.01492
...
0.01492
0.01492
0.00259
0.01482
...
0.01482
0.01482
0.00257
0.01471
...
0.01471
0.01471
0.00255
0.01461
...
0.01461
0.01461
0.00253
0.01451
...
0.01451
0.01451
依据制定的水库优化调度图即马尔可夫调度图，对1952～1999年共48年水文年度的径流资料进行长系列操作计算，计算结果表明，综合利用水库优化调度后，工业用水保证率为95%，生活用水保证率为97%，灌溉保证率为80.5%；多年平均年发电量为384.7万kW·h。灌溉保证率较常规调节计算的保证率75%增加到80.5%。如维持常规计算的灌溉保证率75%，则灌溉面积可从0.97万hm2扩灌到1万hm2。原沐浴水电站设计书的多年平均年发电量为311.3万kW·h，优化调度后年发电量净增73万kW·h，增加发电量24%。常规水量平衡48年总弃水量为40102.27万m3，优化调度后弃水量大大减少，仅弃水2335.14万m3。
图3水库优化调度空间
图4水库优化调度曲线
4结语
对水库进行最优化调度过程中，须对径流过程进行正确描述，采用马尔可夫单链弹性相关理论对径流进行处理，将供水量作为决策的条件，用优选迭代试算来满足3个保证率的动态规划算法，大大加强了利用优化调度图进行综合调节计算的灵活性和针对性。本方法及计算程序也应用于山东雪野水库、黄前水库等几个大中型水库，都取得了理想效果，实践证明，本方法具有适用性和可靠性。
参考文献：
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［2］魏权，等.数学规划与优化调度［M］.北京：水利电力出版社，1984.
［3］廖昭懋，杨文礼.概率论与数理统计［M］.北京：师范大学出版社，1988.
水库管理论文范文3
金盆水库是西安黑河引水工程的主要水源工程，是一项以西安市供水为主，兼顾周至、户县37万亩农田灌溉，还有发电、防洪和养鱼等多种功能的大型综合利用水利工程。如何合理的调度金盆水库，发挥其最大效益，对缓解西安市供水紧张的局面以及实现社会经济的可持续发展和人民生活稳步提高都具有极其重要的意义和价值。
水库优化调度是一典型的多维非线性函数优化问题，目前常用的方法有模拟法、动态规划及其系列算法、非线性规划等等。这些方法各具特色，但应用中也常有一些问题，模拟法不能对问题直接寻优，动态规划（DP）随着状态数目的增加会出现所谓“维数灾”问题，增量动态规划（IDP）可能收敛到非最优解，逐步优化算法（POA）需要一个好的初始轨迹才能收敛到最优解[1]。因此，这些方法还有待进一步的完善。
遗传算法（GA）作为一种借鉴生物界自然选择思想和自然基因机制的全局随机搜索算法，可模拟自然界中生物从低级向高级的进化过程，GA在优化计算时从多个初始点开始寻优，对所求问题没有太多的数学约束，而且优化求解过程与梯度信息无关[2]，因此在多个不同领域得到了广泛应用。而GA在水库优化调度方面GA应用相对较少[3]，马光文等[4]使用基于二进制编码的遗传算法对水库优化调度进行了研究。由于二进制编码存在的编码过长、效率低及需要反复的数据转换等问题，畅建霞、王大刚分别提出了基于整数编码的遗传算法[5-6]，并将GA与动态规划的计算结果进行了比较。
自适应遗传算法（AdaptiveGA，AGA）使得交叉概率Pc和变异概率Pm能够随个体适应度的大小以及群体适应度的分散程度进行自适应的调整，因而AGA能够在保持群体多样性的同时，保证遗传算法的收敛性。本文根据黑河金盆水库的具体情况，建立了水库长期优化调度的自适应遗传算法模型，并将其与动态规划的计算结果进行了比较。
2.水库优化调度数学模型的建立
金盆水库为多功能水库，其优化调度应使其达到城市供水量最大、灌溉缺水量最小、年发电量最大和弃水量最小等目标要求。但此多目标优化模型如果直接采用多维多目标动态规划或其它方法求解，则可能因为目标、状态、和决策变量较多的占用计算机内存和时间，因而有必要先做适当处理，将多目标问题转化为单目标，再进行求解。考虑到城市供水和灌溉用水要求保证率高，因此将水库优化调度目标定为年发电量最大，而将城市与灌溉供水当作约束条件进行处理。
这样，金盆水库优化调度的目标函数就可以描述为：在满足水库城市供水、灌溉用水和蓄水要求条件下，使水库年发电量最大。
目标函数：F=max（1）
上式中，N（k）为各时段的发电量。
约束条件：
①水量平衡约束：（2）
②水库蓄水量约束：（3）
③电站水头约束：（4）
④水轮机最大过流量约束：（5）
⑤电站出力约束；（6）
⑥城市供水约束：（7）
⑦灌溉供水约束：（8）
⑧非负约束。
其中，Nmin与Nmax分别为电站允许的最小及最大机组出力，Hmin与Hmax分别为电站最小及最大工作水头，qmax为机组过水能力，WCt、WIt分别为第t时段城市和灌溉供水量。DIt为第t时段灌溉需水量，DCt,max与DCt,min分别为第t时段城市需水上下限。
3.自适应遗传算法的实现
在水库优化调度中，水库的运行策列一般用发电引用流量序列来表示，而该序列又可以转换为水库水位或库容变化序列。对于水库优化调度的遗传算法可以理解为：在水位的可行变化范围内，随机生成m组水位变化序列,,…,，其中，m为群体规模，n为时段数，再通过一定的编码形式分别将其表示为称作染色体（个体）的数字串，在满足一定的约束条件下，按预定的目标函数评价其优劣，通过一定的遗传操作（选择、交叉和变异），适应度低的个体将被淘汰，只有适应度高的个体才有机会被遗传至下一代，如此反复，直至满足一定的收敛准则。
3.1个体编码
为简化计算，本文采用实数编码。个体的每一向量（基因）即为水库水位的真值。表示
为：（9）
式中，分别为时段t水库水位的最大值和最小值。m为控制精度的整数，Nrand为小于m的随机数。
3.2适应度函数
在遗传算法中，用适应度函数来标识个体的优劣。通过实践，采用如下适应度函数，效果更好。
（10）
式中为目标函数值，c为目标函数界值的保守估计，并且≥0,≥0。水库优化调度为约束优化问题，关于约束条件的处理，本文采用罚函数法,
（11）
式中，为原优化问题的目标函数值，M为罚因子，Wi为与第i个约束有关的违约值，p为违约数目。
3.3遗传操作
交叉运算交叉的目的是寻找父代双亲已有的但未能合理利用的基因信息。设x和y是两父代个体，则交叉产生的后代为=ax+(1-a)y和=ay+(1-a)x，这里，a为[0,1]内均匀分布的一个随机数。
变异运算通过变异可引入新的基因以保持种群的多样性，它在一定程度上可以防成熟前收敛的发生。具体方法为：个体Z的每一个分量Zi,i=0,1…,n以概率1/n被选择进行变异。设对分量ZK进行变异，其定义区间为（ZK,min,ZK,max）,则
=（12）
式中，Rand为0到1之间的随机数，rand（u）函数产生最大值为u的正整数。
3.3参数的自适应调整
遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法行为和性能的关键所在，直接影响算法的收敛性，Pc越大，新个体产生的速度就越快。然而，Pc过大，遗传模式被破坏的可能性越大。对于变异概率Pm，如果Pm过小，不易形成新的个体；如果Pm过大，则遗传算法就成了纯粹的随机搜索算法。自适应遗传算法（AGA）使得Pc和Pm能够随适应度按如下公式自动调整：
Pc=（13）
Pm=（14）
式中，为群体中最大的适应度值；为每代群体的平均适应度值；为要交叉的两个个体中较大的适应度值；为要变异的的个体的适应度值。,,,为自适应控制参数，其变化区间为（0,1）。
综上所述，算法的运算步骤为：
(1)初始化，设置控制参数，产生初始群体；
(2)计算各个体的目标函数，应用(5)式进行适应度变换；
(3)按随机余数选择法对母体进行选择；
(4)对群体进行交叉和变异操作pc和pm分别按式(2)与(3)计算，得到新一代群体；
(5)检验新一代群体是否满足收敛准则，若满足，输出最优解，否则转向步骤2。
4.模型求解及成果分析
金盆水库坝高130米，总库容2亿方。该水库是以给西安供水为主（按照设计年均向西安供水3.05亿方），兼顾周至、户县共37万亩农田灌溉（年均灌溉供水1.23亿方），还有发电、防洪等多功能的大型综合利用水利工程。水库的特征参数为：正常蓄水位594m，死水位520m，电站出力系数8.0，装机容量2万KW，保证出力4611KW，水轮机过流能力32.6m3/s，汛限水位591米，汛期7-9月，以某中水年为例，入库径流已知，用上述算法按年发电量最大求解水库优化调度，结果见表一。
表一自适应遗传算法计算结果
Table1.Resultsbyadaptivegeneticalgorithm
月份
入库水量(108m3)
月末水位(m)
城市需水(108m3)
城市供水(108m3)
灌溉需水(108m3)
灌溉供水(108m3)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
7
1.5160
572.63
0.3050
0.3050
0.2301
0.2301
20.10
40.04
6437.88
8
1.3178
591.00
0.2898
0.2898
0.2196
0.2196
24.75
68.87
13637.35
9
0.6973
591.00
0.2593
0.2593
0.1342
0.1342
26.90
77.50
16679.24
10
0.8464
594.00
0.2410
0.2410
0.0000
0.0000
30.05
78.69
18918.95
11
0.2063
589.33
0.2349
0.2349
0.0879
0.0879
12.47
76.88
7667.76
12
0.1963
587.96
0.2257
0.2257
0.0440
0.0440
10.08
75.26
6069.95
1
0.1513
585.61
0.2257
0.2257
0.0000
0.0000
8.43
73.38
4947.77
2
0.1260
582.23
0.2349
0.2349
0.0000
0.0000
9.72
70.31
5467.50
3
0.3000
581.54
0.2410
0.2410
0.0810
0.0810
12.20
68.38
6673.10
4
0.3732
581.75
0.2440
0.2440
0.1206
0.1206
14.07
68.14
7671.54
5
0.2373
561.68
0.2593
0.2593
0.0226
0.0226
31.83
59.00
15023.79
6
0.1776
520.00
0.2898
0.2898
0.2900
0.2900
32.56
32.06
8350.21
注：年发电量E=8608.3万KW·h；POP=100；Gen=200；==0.85；==0.01。
作为比较，本文又使用了基本遗传算法（SGA）、动态规划法（DP）进行计算，其目标函数、约束条件完全相同。对应的计算结果见表二，其中，DP的离散点为300。
表二动态规划及基本遗传算法计算结果比较
parisonofResultsofDPandSGA
月份
动态规划（DP)计算结果
基本遗传算法（SGA）计算结果
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头(m)
出力
(KW)
月末水位(m)
弃水(m3/s)
发电流量(m3/s)
水头
(m)
出力
(KW)
7
572.5
20.23
39.95
6466.38
572.65
20.08
40.05
6433.56
8
591
24.62
68.82
13553.20
591.00
24.77
68.88
13650.11
9
591
26.90
77.50
16679.20
591.00
26.90
77.50
16679.24
10
593.5
30.02
78.72
18905.40
594.00
30.05
78.69
18918.97
11
588.5
13.10
76.68
8037.72
589.33
12.46
76.88
7663.79
12
586.5
10.53
74.83
6303.83
587.96
10.09
75.26
6075.39
1
584.5
8.79
72.28
5084.92
585.21
8.85
73.20
5180.34
2
581.5
9.82
69.17
5434.83
581.83
9.88
69.90
5524.98
3
580.5
12.46
67.30
6706.82
581.04
12.39
67.93
6733.84
4
580.5
14.40
66.90
7705.63
580.87
14.66
67.46
7911.34
5
562
29.42
58.24
13706.00
561.62
30.56
58.38
14273.88
6
520
0.32
32.60
32.31
8426.54
520.00
32.50
32.02
8323.96
注：DP年发电量8568.9万KW·h；SGA年发电量8581.3万KW·h，POP=100,Gen=200。
比较表一和表二可见，动态规划在控制精度为0.5m时，优化结果为8568.9万KW·h，低于SGA的8581.3万KW·h和改进本文算法的8608.3万KW·h，主要是因为DP的离散点数较后两类算法少。为了说明本文算法的优越性，将其与SGA在不同的进化代数时分别进行10次计算，结果列于表三。
表三不同进化代数的两类算法年发电量比较比较
parisonofResultsoftheTwoAlgorithmsinDifferentGeneration
编号
本文算法（AGA）
基本遗传算法（SGA）
Gen=200
Gen=500
Gen=200
Gen=500
1
8607.1
8596.8
8374.1
8594.2
2
8597.5
8607.2
8581.6
8571.9
3
8604.7
8612.7
7957.2
8433.1
4
8601.2
8603.5
8593.4
8475.3
5
8596.6
8595.4
8599.1
8596.2
6
8606.8
8607.2
7837.2
8608.4
7
8608.3
8608.4
8365.9
7892.1
8
8525.4
8611.3
8521.5
8592.6
9
8605.9
8551.6
8575.3
8610.3
10
8603.4
8603.7
8121.6
8441.2
注：表中年发电量单位为万KW·h。
从上表可以看出，随着进化代数的增加，两算法计算结果都越接近最优解；无论是自适应遗传算法还是基本遗传算法，其计算结果明显优于动态规划；在进化代数相同时，AGA的计算结果优于SGA，并且未收敛次数也有明显减少，表明AGA能够有效加快收敛速度。
5.结论
本文建立了水库优化调度的自适应遗传算法模型，并将其用于黑河金盆水库优化调度。与动态规划相比，遗传算法能够从多个初始点开始寻优，能有效的探测整个解空间，通过个体间的优胜劣汰，因而能更有把握达到全局最优或准全局最优；自适应遗传算法通过参数的自适应调整，能更有效的反映群体的分散程度以及个体的优劣性，从而能够在保持群体多样性的同时，加快算法的收敛速度。
ApplicationofAdaptiveGeneticAlgorithmstotheoptimaldispatchingofJinpenreservoir
FuYongfeng1ShenBing1LiZhilu1ZhangXiqian1
(1Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,
2HeadquartersofHeiheWaterDiversionProject,Xi’an,710061)
AbstractBasedontheanalysisofthecharacteristicsituationofJinpenreservoir,acomprehensiveoptimaloperationmodelisdevelopedwithconsiderationofitsmulti-objectiveandnonlinearfeatures.Themodelissolvedbythethreemethodsofdynamicprogram,thesimplegeneticalgorithmandtheadaptivegeneticalgorithm.Itisshowedthattheadaptivegeneticalgorithm,withthecharacterofitsparametercanbeadjustedadaptivelyaccordingtothedispersiondegreeofpopulationandthefitnessvalueofindividuals,hasthefastestconvergencevelocityandthebestresultcomparedtoothertwoalgorithms.
Keywords:optimaloperation；geneticalgorithms；dynamicprogram
参考文献
[1]方红远,王浩,程吉林.初始轨迹对逐步优化算法收敛性的影响[J].水利学报,2002,11:27-30.
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水库管理论文范文4
1．1施工准备工作不充分
通常来说，水库加固施工都是由一个个小施工项目组合在一起的，一般都比较分散，无法统一管理，若没有做好相应的施工准备工作，必将无法保持一致的施工进度，进而为施工协调工作带来一定困难，从整体上影响到工程施工效率。同时，在项目施工之前，一般都需业主提供工程技术交底，并由监理部门就设计图纸展开相关审核工作，然而，在实际施工中，施工方普遍都会忽略这个问题，从而使得施工中时常遇到这样或那样的问题，影响到施工进度。
1．2施工管理工作不到位
对于水库加固工程，其施工管理工作主要包括了施工材料的管理、人员的管理与关键施工环节的控制管理等几个环节，然而在施工中这些工作却得不到科学的管理。比如，对于施工材料的管理，所购进的材料，要不是价格过高，过不是质量太差，很难让施工方满意，特别是一些劣质材料的购进，更是为水库加固工作带来相应的安全隐患;对于人员管理，因受到施工项目分散的影响，施工时，即使是一些施工人员违背施工章程，监理人员也很难全部发现，从而影响到施工的质量。
2强化水库除险加固工作的必要性
众所周知，水库在蓄水灌溉、农业用水与防洪减灾等方面均发挥着重要的作用，在我国社会经济的发展与各项水利工程的建设中占据着举足轻重的地位。自20世纪60、70年代，我国兴建了大量的中小型水库，然后那时因受到资金、材料与技术、设计等因素的影响，水库的施工质量并不是很理想，加之后期在水库加固维修方面的投入也比较少，使得众多水库都面临着年久失修的近况，无法发挥出其泄洪、灌溉的作用，在一定程度上威胁到人们的日常生活与生产，基于此，积极做好水库的加固工作就显得很有必要了。同时，据相关数据项目，小型水库垮坝事故占了事故发生总数的96%，且74%的事故发生在水库管理运行阶段，26%事故发生在水库的施工阶段，可见，因施工不当而诱发的水库安全事故占了水库垮坝事故总数的30%左右，为此，强化水库加固工程的施工管理工作，对减少水库垮坝事故发生，有着重要的作用。
3强化水库除险加固工作的管理控制策略
3．1做好工程施工前期的各项准备工作
由于目前关于病险水库，可查阅的资料较少，故在水库加固施工前，施工人员需积极做好施工前的实地测量与勘察工作。首先，对水库大坝进行安全鉴定，即由工程项目的法人组织人员进行实地勘察，以明确当前水库存在的问题与相应的安全系数;其次，委托相关单位，就鉴定结果再次进行考察，以制定出相应的水库加固方案与施工管理对策，从而在确保加固工程顺利实施的基础上，最大限度确保施工安全;比如加固工程施工中，结合工程实际情况，收集各种相关资料以设定相应的设计标准，并在确保施工质量的同时，逐步优化其设计方案，力求经济的合理化、技术的先净化与管理的方便化;最后，对水库综合功能进行有效定位，以推动各类新技术与新工艺在施工中的应用。同时，在工程施工之前，施工方需组织相关技术人员就设计图纸同设计方做好交底工作，并就设计图纸中可能存在的问题提出相应看法，尽量在正式施工前将问题解决，以做好工程施工的各项管理工作，而在各分项目正式施工之前，相关施工负责人也需在当前施工安全环境的基础上，制定出完整的施工方案，并要求各施工员与操作员在施工前对设计图纸、项目的质量标准与施工的安全章程等规定有个全面的把握，进而在施工中加以落实，以此来进一步提升施工管理的效率。
3．2做好施工安全管理工作
安全管理，作为任何一项工程项目施工管理工作中的一个首要任务，同样在水库加固工程的安全管理工作中占据着重要地位，基于此，在实际施工中，工程项目负责人必须严格遵循“安全第一，预防为主”的原则，积极落实相应的安全生产管理机制。第一，构建完善的安全生产日常管理与监管机制，本着“以人为本”的理念，定期做好安全检查工作，及时反馈总结问题与经验，做好奖惩分明有度;第二，严格落实安全生产的相关规章机制，以逐步规范施工安全生产管理工作。比如，在安全生产同生产成本出现冲突的时候，将安全生产放在首位，极大投入，以确保每道安全生产工序的有序进行;第三，定期召开相应的安全生产培训教育活动，使每位施工人员都能明白安全生产的重要性，从而在实际施工中规范自己的行为，自我控制;第四，落实安全事故报告机制，一旦施工过程中，出现了安全生产事故或是未遂事故，都应及时反馈给相关安全生产部门，本着“四不放过”的原则做好事故反馈工作。同时，针对工程施工区域的交通安全管理工作，相关负责人需对施工车辆数目与行驶速度进行有效控制，严禁人员站立在吊运或起重设备的下方，并安全专人在现场指挥，以确保施工现场的安全。
3．3强化监理部门的监管管理工作
对于水库加固工程的施工管理，需重点落实监督管理工作，对于那些不符合施工的材料、设备或施工工艺，必须坚决抵制，同时严格审核施工的进度，确保工程的准期完工。比如，在实际施工环节中，相关监理部门需对工程的施工质量实施全过程的跟踪调查与监督，相应的，施工方也需遵照“三检制”配备相应的技术监管人员，从而做好施工中各工序自检工作，只有在自检合格之后，方可交于监理工程师进行再次确定，并接受监管部门人员的再次复检，一旦出现问题，则需立即组织专家探讨，寻出问题所在，并要求施工方立即更改施工方案，以从源头上杜绝违规施工现象的存在。同时，监理人员还需做好对施工原材料与中间产品的技术把关工作，严禁任何不合格产品进入施工现场，比如在开展混凝土浇筑工程时，进行现场抽样与跟踪调查，若抽样发现不合理，立即予以纠正，只有在上一道工艺满足要求施工要求后，方可开展下一道工艺。
4结束语
水库管理论文范文5
1工程概况
务坪水库位于云南省西北部的华坪县境内，为中型三等工程，水库总库容4990万m3，主要用于农业灌溉。拦河坝为黏土心墙碾压堆石坝，设计坝高52.00m，坝轴线长210.00m，坝体最大横断面282.00m，坝体典型剖面见图1。
图1务坪水库大坝剖面
务坪水库坝址区的地质条件十分复杂，分布着滑坡群和深厚湖积软土层。坝轴线上游左岸分布有体积达10万m3的3号滑坡、9号滑坡，右岸分布有5号滑坡及可能滑坡体积达23万m3的不稳定山体。右坝肩存在2号和4号滑坡，右坝肩下游侧为滑动面宽42m、体积123万m3的1号滑坡。坝轴线上游分布着面积超过0.4km2湖积层软土，其最大埋深33.0m，一般埋深达20.0m，而且这种软土远远没有达到自重固结，孔隙比在1.5～2.0之间，天然含水量一般为60%～80%，呈流塑状，不排水抗剪强度cu不到20kPa。
在软土地基上修建最大坝高52m的大坝，国内外还没有先例，已建成的加拿大Lornex尾矿坝坝高43m[5]、我国浙江绍兴汤浦水库坝高37.2m[2]，均小于务坪大坝的高度。国内外软基筑坝工程实例见表1。
表1国内外软基筑坝工程实例
工程名称
最大坝高
地基情况
处理方法
资料来源
云南务坪水库
52.0m
33.0m厚的湖积软土与滑坡堆积体
振冲碎石桩，预压固结，分期施工
本文
浙江慈溪杜湖水库
17.5m
16m厚软黏土，含水量45%，塑性指数16%，有效内摩擦角28°
正三角形分布砂井，直径42cm,间距3.0m
文献［2］
浙江绍兴汤浦水库
37.2m
3.0～5.0m厚的淤泥质黏土
振冲碎石桩
文献［3］
阿尔伯特MildredLake
11～43m一系列坝
1m多厚的泥炭土，长120m(湖的西边)和220m(湖的东边)。1～4m厚很软的有机粉土
挖除部分泥炭土，分期施工
文献［4］
Lornex尾矿坝
43m
夹杂透水砂层的黏土，不排水强度为5～90kPa，最上面4m的工程性质较差，下面两层相对较好
坡度3∶1，分期施工，砂井排水系统
文献［5］
阿尔伯特FortyMileCoulee
东西两座坝均为28m
湖积软土，东部坝下60m厚，西部35m厚。塑限18%～25%，有效内摩擦角19.5°
分期施工，1∶8的坡度，下游砂井排水
文献［6］
SaskatchewanRafferty
20m高，700m长
20～24m厚高塑性软土
袋装砂井
文献［7］
由于没有其它可以比选的坝址，坝体不得不座落在相对较强的滑坡堆积体土层和软弱的湖积软土层这两种强度和变形特性相差很大的不均匀地基上。如何处理极为软弱的淤泥质黏土地基，提高地基承载力和抗剪强度，解决两种不同地基土层的差异沉降是务坪工程中最大的难题。
湖积层软土分布于坝轴线上游的务坪盆地，沉积于老河床的砂卵砾石之上。为查明湖积层软土的组成、性质、分布范围以及物理力学性质，从20世纪70年代开始，先后在20多年的时间里对坝轴线上游的湖积层软土区进行了68孔共1593m的钻孔勘探工作。根据勘探结果，由岸坡至河床软土层厚度逐渐变大，最大厚度33m，一般8～20m。典型地质剖面如图1所示。从地表至老河床冲积层共分3个大层，即：①粉土层，厚10m，夹黏土、树叶及砂砾层；②粉质黏土层，厚7～12m，夹透镜状粉砂、树叶层；③粉砂层，厚5～7m，夹树叶层。
湖积层软土的主要物理力学指标见表2。从表2可以发现，湖积层软土孔隙比、含水量、压缩性和有机质含量都很高，抗剪强度很低。因此，对湖积层软土必须进行谨慎有效的地基处理，才能满足工程安全的需要。
表2原状软土主要工程特性
含水量(%)
干容重/(kN/m3)
孔隙比
压缩系数/(MPa-1)
有机质含量(%)
饱和快剪
φ/(°)
c/kPa
最大值
136.00
16.90
18.85
3.10
21.75
19.05
24.50
最小值
13.00
6.70
0.39
0.20
4.30
4.60
4.40
平均值
66.99
9.93
1.87
1.35
10.70
12.20
14.03
2基础加固处理设计
湖积层软基处理的好坏直接关系到大坝的安全，要改善软土的物理力学性质，必须采取行之有效的工程措施。在综合考虑各方面的因素和多个方案的对比论证之后，确定采用振冲碎石桩和预压固结相结合同时控制加载速率的处理方案。在1.51万m2的软基上布置75kW和30kW两种振冲功率的碎石桩，碎石桩呈三角形分布。由于整个振冲区湖积层软基埋深及受力有一定的差别，因此将振冲区划分为主要应力区和次要应力区。主要应力区设计振冲置换率为40%，起保护作用的次要应力区，设计置换率为32%。具体的设计参数见表3。
表3振冲碎石桩的设计
振冲区域
振冲器类型
桩距/m
排距/m
桩数/根
单位填料量/(m3/m)
主要应力区
30kW
1.6
1.40
380
≥0.891
75kW
1.8
1.56
2501
≥1.125
次要应力区
30kW
1.8
1.56
1241
≥0.891
75kW
2.0
1.73
1757
≥1.125
3方案验证
3.1加固方案验证针对振冲碎石桩加固处理方案，通过物理模型、数值模型以及生产性试验论证软基筑坝的可行性。同时为碎石桩设计方案、大坝填筑速率以及生产工艺的控制与改进提供科学依据和参考。
3.1.1物理模型使用中国水利水电科学研究院450g·t的大型土工离心机进行了比尺为1∶200的6组模型试验，再现了原型的应力和变形情况。试验对采用不同的碎石置换率对软基的加固效果以及坝体填筑速率对坝体的变形影响进行了研究。从离心模型试验的结果看，若湖积层软基不处理直接建坝，在筑坝过程中坝基、坝体均发生很大的变形破坏，其中坝体迎水坡脚淤泥隆起达4m，基础明显破坏，防渗心墙与坝壳严重分离，心墙水平位移4.0m，垂直位移8.6m，坝体的整体稳定已遭到破坏。离心模型对不同置换率的方案进行了比较，当置换率达到30%时，位移与置换率关系曲线明显变缓，尤其是水平位移已趋于水平。再增大置换率，位移减小量不大。在置换率34%左右时，上游不发生隆起。软基在经40%振冲置换率加固后，复合地基的强度满足设计要求，若同时辅以分期施工，效果更好，总体沉降量将减少80%～90%。
3.1.2数学模型采用基于比奥固结理论的有限元方法对大坝和地基的应力应变与固结过程进行预测和分析。本文采用的二维平面应变固结程序CON2D由美国著名学者邓肯等开发[8]，后经中国水利水电科学研究院陈祖煜等人的改进[9]，能更好地模拟大坝的分层、分期施工过程，进行大坝施工和蓄水过程的固结计算分析。该程序曾在美国NewMelones大坝和我国小浪底大坝中应用。
在分析中采用了修正剑桥模型和邓肯张非线性模型，有限元网格如图2所示。通过固结计算预测了碎石桩加固方案施工过程和蓄水后坝体与地基中孔压、应力和位移的变化过程。计算成果表明采用加固方案后，软基内的超静孔压较小，最大值约为120kPa，出现在反压平台中心下软基中部的粉质黏土层中。图3为粉质黏土层中某3个代表单元的孔压历时曲线，单元在地基中的位置见图2。其中244号单元为碎石桩，由于碎石桩桩径较大，渗透性好，因此超静孔压消散较快。245号、246号单元为粉质黏土。图3中出现3个峰值是因为施工过程中有两次停工度汛。经过反压平台预压14个月后，软基内的超孔隙水压力基本消散。软基最大沉降为0.33m，坝体最大沉降为0.84m。有关固结计算的详细内容可参见文献［10］。
图2有限元计算网格
图3软基中部孔压随时间变化曲线
在大量的物理力学特性试验成果和固结计算的基础上，采用中国水利水电科学研究院陈祖煜开发的边坡稳定程序STAB95[9]，进行不同条件下坝体的稳定性分析。除进行常规的确定性分析外，还引入概率论和风险分析的概念，应用Rosenblueth法对大坝稳定的可靠度和风险进行研究。采用有效应力法计算发现，按设计施工进度，软基振冲处理和反压平台施工结束半年后开始坝体填筑，1年后大坝封顶，水库不蓄水，此时上游坝坡施工期稳定安全系数达1.82(见图4)，可靠度指标为4.81(见图5)，均超过了相应的规范要求。因而，从确定性模型和风险分析两个方面论证了坝坡的稳定性。
图4设计施工进度下上游坝坡的稳定计算结果
图5设计施工进度下上游坝坡的稳定可靠度计算结果
3.1.3振冲处理的生产性试验在振冲区域内选择代表性较好的场地(面积340m2)分别进行了30kW及75kW两种不同功率的生产性振冲试验，共布置30kW桩49根、75kW桩34根，试桩深度8～20m。振冲制桩结束4周后，对施工质量及效果进行检验，在试验区内进行了双桥式静力触探、十字板剪切试验、重(2)型动力触探和标贯试验，以及压水试验检查成孔质量。同时进行现场直剪三组和大型静载试验30kW区与75kW区各一组，并取原状样25组进行室内物理力学试验。根据这些试验得出，在强度恢复期后实测复合地基天然容重1.83g/cm3，干容重1.41g/cm3，凝聚力(饱和快剪)c=8kPa，内摩擦角=23°；复合地基承载力，30kW振冲区191.4kPa，75kW振冲区达256.6kPa；实测30kW置换率31.7%；75kW置换率32.5%。
从以上方案验证结果看，振冲碎石桩置换处理务坪湖积软土有明显提高承载力、增加抗剪强度、加快软土排水固结和减少软基沉降的效果。
3.2振冲碎石桩施工及效果检测振冲碎石桩的桩距、排距与设计值(见表3)完全一致。振冲碎石料采用新鲜的灰岩加工而成。30kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为80mm，75kW振冲设备的振冲碎石最大粒径为120mm，粒径小于5mm的颗粒含量不大于10%。振冲碎石桩实际工程量见表4，共加固湖积软土1.52万m2，制桩4834根，总进尺52357m，碎石桩最大深度22.0m。
为全面检查碎石桩成桩质量，桩间土及复合地基各项指标是否符合设计要求，并对振冲碎石桩加固软基质量作出全面评价，1996年9月和10月对振冲碎石桩复合地基质量进行了两次质量检测试验。根据这些检测结果得知：(1)桩体承载力。16组单桩静载试验表明，其中13根桩的桩体承载力达到了较高水平，最高达500～800kPa，少数几根承载力较低的桩也达到320～400kPa。42根桩的重(2)型动力触探试验表明，桩体的承载力为248～512kPa。由于湖积软土工程性差，加之地下水丰富，桩间土难以固结，对桩身施加的侧限小，在此情况下能保持这样高的承载力，充分说明了施工质量是可靠的；(2)各单元钻孔抽芯检查结果表明，碎石桩体连续，桩体材料基本为灰岩碎石，仅有个别桩在8m以下处夹有少量黏土。桩斜、桩深均满足要求；(3)桩体容重和动力触探结果表明，桩体密实，基本达到N63.5>9击，天然容重基本达到20kN/m3的标准；(4)桩间土室内试验及现场原位试验成果表明，由于碎石的挤入，分布范围和深度最广的桩间粉质黏土，承载力在86～101kPa左右；(5)复合地基承载力标准值大于200kPa。
表4振冲碎石桩实际完成工程量
振冲区域
振冲器类型
桩数/根
进尺/m
单位填料量/(m3/m)
主要应力区
30kW
224
2243
≥0.891
75kW
2253
2567
≥1.125
次要应力区
30kW
1016
8275
≥0.891
75kW
1341
16162
≥1.125
4结语
长期以来学术界对使用振冲法加固饱和软土存在不同看法，认为过软的地基可能无法对碎石桩提供足够的侧向约束力。务坪水库是使用振冲技术成功加固特软地基的实例，工程中方案验证和针对加固后地基进行的质量检测试验为全面评价振冲加固软土地基效果提供了翔实的资料，丰富了振冲软土地基加固的技术。
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水库管理论文范文6
为满足水库防洪调度的需要，提高运行管理水平和经济效益，建成了水情自动化测报系统及洪水预报调度系统。系统采用了超短波传输数据等一系列成熟的高科技技术，提高了奎屯水库水文信息采集、传输、处理和调度决策的准确性和时效性[1]，确保灌区工程安全运行和汛期防洪。
1系统设计原则
奎屯水库水情自动测报系统的设计原则如下[2]：
（1）、系统稳定性、可靠性较高，采用较成熟的产品、精度高，性能稳定，系统结构的开放性数据库的兼容性，应用软件的可移植性，具有强大的决策功能。
（2）、实用性强，能及时的让水管机构掌握水库的水位、库容及进库、泄出流量的实时数据。以便于水管机构对玛纳斯河水资源的合理利用，提供可靠的信息，同时还可以进行历史数据的查询，及通过历史曲线的观察，更快地掌握玛纳斯河的规律性。
（3）、实时性与兼容性，实时反映各水库及渠道的水位及闸位的高度；测报系统在不改变水库原有的操作的情况下，系统一旦出现故障，水库按原操作运行，便于管理及维护。
（4）、多样性，系统可实现多种功能，在完成整个实时测报外，还具有参数存储、越限报警、即时打印、报表打印、故障打印等其他科室功能。
（5）、扩展性，预留数据接口，便于奎屯河自动化管理发展的需要，且维修方便，易操作等原则。
2水情自动测报系统组成
新疆建设兵团农七师奎屯河流域奎屯水库水情自动测报及防洪调度系统以农七师水利局为防洪调度中心，奎屯河流域水利二处布设分中心，建有将军庙、新龙口、西泄水闸及车奎调节渠等9个遥测监控站。中心站包括中心监控工作站、SQLSERVER数据库以及建立在以太网基础上MIS系统。水情自动测报系统的所有遥测数据由遥感设备及前置机实时收集后，前置机软件对数据进行解码、纠错、合理性检测，以开放式数据库的形式存储，供查询、统计、显示和打印，最终通过共享方式提供给后台主机进行洪水预报和调度决策。系统组成框图及遥测站布置图如图1、图2所示。
奎屯水库分中心
图2奎屯水库遥测站布置图
Fig.2Planofthetelemeteringstationsdisposal
3系统工作原理及功能
3.1系统工作原理
水位传感器和闸位传感器采集到数据并上传到RTU(RemoteTelemetryUnit)，RTU经过汇总和逻辑处理后，采用水利部规定频点的无线超短波传输方式或通过有线MODEM将数据上传，超短波数字传输电台可以在不加中继的情况下通信。中心监控站读取实时数据并进行实时监控，将实时数据写入SQLSERVER水文数据库，用户管理信息系统（MIS）基于以太网可浏览及修改数据库中的各种数据。
3．2遥测站功能
遥测站由遥测终端机、电源（太阳能系统、蓄电池和直流稳压电源）组成。主要用于水库的水文数据采集、存储和传输控制，与无线电台、微波系统或有线信道连接完成对水位、雨量和其它水文数据的传输。主要技术指标为：水位测量范围：0-10m；水位测量精度：小于5mm；水位变率范围：0-40厘米/分钟；连续不间断工作时间（MTBF）大于100000小时。适应的环境条件：温度范围（-22℃~55℃）；相对湿度：98%；电源：交流电压（380V/50Hz,220V/50Hz）,直流电压（10V~14V）。基本功能如下所述：
（1）设置功能。包括站号、测站类型、自动和增量定点报数间隔、增量随机自报报值、时钟和传输数据方式设置。
（2）数据采集和存储功能。采集各现场设备的水文数据，采用5位LED数码显示及自适应采集水位（当水位在所设定的范围内无变化时，按设定的时间间隔发送数据，当水位变化超过设定的变幅时，则实时发送数据）。
（3）具有信道侦听，遇忙禁发，减少阻塞及电源切换和充电控制等功能[3]。
3.3中心站功能
中心站是全系统的信息收集和调度中心，遥测站采集到水文数据并经长距离传送后在此进行处理、存储，并做出洪水预报和洪水调度方案。中心站由数据采集处理机（前置机）、洪水预报主机（后台机）、无线调制调解器、打印机、交流稳压器及不间断电源（UPS）等主要硬件设备构成。
中心站前置机主要功能有：
（1）系统初始化：对新建系统的站号、站名、测站属性、水位计类型、水位基值、水位上限、水位下限及终端机等参数进行初始化设定。
（2）通信状态显示：监视与遥测站的通信状况，显示原始信息及处理后的有关水文数据，动态报警显示和查看报警。
（3）实时数据显示：接收到各遥测站的实时数据后，前置机进行正误性判别，消去误码．实时测报和存储各个遥测站点的水位、流量和库容等水情信息并以表格的形式显示出来；流域图则显示出流域及各测站的动态水情，包括该站的时段降雨总量、平均雨量、最大雨量等参数。
（4）数据查询：可按单站、多站、查询起止时间、不同时段来查询上述记录及历史曲线及历史数据查询。
（5）系统管理：由时间设置、测站参数设置、系统参数设置等几个子模块构成，其特点是可远程修改各测站相关参数，完成中心站对遥测站的实时管理。
（6）打印输出：可按时间和测站号(或测站名)的组合打印输出附设、水位、通信记录数据等报表。
（7）窗口管理：可同时运行多个窗口，并进行水平平铺、垂直平铺。
（8）电子地图方式显示流域灌区全貌和实时数据。
（9）从监控中心工作站自动读取水位、闸位、库容、流量数据，并根据用户设定从数据库中读取某时间段内的水位、库容、闸位、流量数据生成各种日报表、月报表、年报表。
（10）设置所有用户访问数据库的权限。
（11）支持访问水库调度运行计划及调度方案，支持访问闸门量水、断面量水水位流量关系表及方程。
中心站后台主机的主要功能有：
后台主机与前置机可以通过局域网互联，共享数据，实现奎屯河水库群的洪水预报和调度功能。局域网采用10兆比特以太网络，C/S（客户/服务器）工作方式，最大可带16台计算机，覆盖玛管处决策机构及职能科室。
后台主机主要由预报、调度和检索3部分组成。
预报部分采用自适应修正系统模型和日水量平衡的概念性模型，在系统控制下完成奎屯水库入库洪水的预报。为增强预报的交互性，系统提供了大小洪水预报方案的选择、误差系列校正法和基流设定等交互功能。
调度部分的功能是：
（1）洪水预报过程会商调整；
（2）实时洪水调度演算；
（3）按水位控制和调度原则进行调洪演算，给出相应调度方案。
奎屯水库是重要的防洪水库，其调度是分级的，水库水位或入库洪水超过某种限制时，调度权归上级防汛指挥部门。指令调度模型只考虑泄洪设备的泄洪能力约束，通过调洪演算给出相应调度方案。
为使预报作业人员对流域的降雨水情有一个总体的把握，系统为用户提供了等雨量线图、水位和入库流量过程线、水量自动计量，以及基于有关数据库表格的检索和一系列报表生成、打印功能。
4数据库设计[4]4.1数据库功能
数据库主要功能为存储水情信息数据、水库工况及相关的水利技术文档，实现数据的查询、检索和索引等功能。数据库是系统所有应用软件的核心模块，支持客户机/服务器（Client/Server）结构，支持并行处理技术及面向目标的综合信息查询，且安全可靠，稳定性高。
4.2数据库内容
奎屯水库水情自动化测报系统数据库内容主要有：
（1）站点数据水情管理信息系统中的最为重要的数据，用于各应用系统中，包括各个站点的信息数据、工程资料、引水渠和泄水渠或溢洪道的基本数据（设计尺寸、高程、流量等）。
（2）文本数据包括各类技术资料、水情自动测报系统有关的规定、政策法规文件、收发文件、各类档案和技术标准等。
（3）监测数据遥测站点的日常水情监测资料，如水位、流量、累计流量等。
5系统技术特点
奎屯水情自动测报系统功能较完善，由于使用的仪器和软件均为成熟的品牌，系统可靠性良好、工作稳定；主要特点简述如下：中心站采用工控机，24小时不间断实时监测；数据传输通过智能可编程控制器RTU，对数据进行逻辑处理后，利用超短波数传电台通信；传感器精度较高，压力传感器精度可达到1厘米；实时监控，SQLSERVER数据库的数据操作及历史数据查询；方便的防洪会商及水库调度运行决策；基于以太网的C/S服务；方便的报表生成和打印功能；系统的扩展性非常好。
6系统的运行情况和效益分析
6.1系统的运行情况
奎屯河水库群水情自动测报系统已经运行两年。根据水文自动测报系统规范的要求，在实际需要设定的时段内，9个遥测站向中心站发送水文数据，以中心站收到的正确数据来计算，系统畅通率为96．4％，运行状况良好。
6．2效益分析
建设水情自动化测报系统不仅为安全度汛和优化调度提供可靠的保障，还具有较好的经济效益和社会效益。如经济上可以节约管理经费，降低管理人员的劳动强度[5]。系统投入运行后，管理人员由原来1人管1闸变为1人管多闸，不再需要上闸启闭闸门和跑上跑下看水位、记录数据、计算流量，且数据的精度和准确性较人工记录完整可靠。同时，系统的运行有利于加强用水管理，提高水库的管理水平，实现水情信息的无纸办公、闸门自动化等，在兵团及自治区范围内起到示范性作用。
7结语
综上所述，在奎屯河流域水库建立自动化测报系统，具有以下优点：
（1）系统的应用，规范了水利管理工作，使各种水管资料从原始数据录入到最终形成档案资料，对水库、渠系、工程资料查询实现了自动化，工作效率和质量大大提高减少了调水损失，争取了调度时间，降低水库的防洪风险度。
（2）减轻了工人的劳动强度，运行测报系统后，原本由各基层分别上报的实时数据，集中到了监测系统中心控制室和各领导部门的计算机的屏幕上，增强了实时性，使操作人员和领导干部随时了解水库水文的实时数据。
（3）数据的可靠性和实时性大大增强了，并方便管理，测报系统对水库进行全方位的监控，实时数据每两分钟上传一次，使领导机构能快捷地了解水库的实时信息，对水资源的合理利用和分配提供可靠的依据；
（4）维护方便，根据数据的显示情况便可判断出故障的原因，便于检修人员掌握准确情况，缩短了检修时间；
（5）杜绝了人情水、关系水等人为因素造成的水资源的浪费和流失。
（6）奎屯河流域水情自动测报系统的建立为水库的安全度汛和优化调度提供了可靠的保障，提高了水库的防洪效益和经济效益。同时，也为兵团、自治区推广建立水情自动测报系统探索了一条新的途径，积累了一些成功的经验。
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