版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:内蒙古呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:100010
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

基于熵值法在校核工况下坝体稳定的影响因子分析

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 136次


摘要:在水库筑坝过程当中,人们一直关注影响坝体的安全因素,本文运用熵值法定量确定出在校核工况下影响坝体稳定的影响因子的比重,计算得出在校核工况下,入库洪水流量、下泄流量、水库存水量、水库水位、初估末水位和气温等因子在不同时段对坝体影响的程度,分别是21%、3%、0.5%、0.006%、0.006%和75%。从而在一定程度上解决在校核工况下影响坝体稳定的影响因子可能出现的问题,并提出相应的解决措施。

关键词:校核工况下;熵值法;影响因子;温度影响

Based on The Entropy Value Method to Explore The Influence of The Dam Body Stability with Check Working Conditions is Factor and Countermeasure

 Zhu Xiaofeng1Fang Rongjie1,2

(1.Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology,Guang Xi Gui Lin 541004;2. Guangxi Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Area, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China)

Abstract:  In the process of reservoir dam, people always pay attention to the influence of dam safety factors. In this paper, the use of entropy statutory amount determined in verification conditions influence the proportion of the factors influencing the stability of the dam, obtained the school nuclear conditions, reservoir flood flow, discharge, reservoir water storage quantity, the water level of the reservoir, initially estimated at the end of the water level and temperature factor during different periods of the impact of the dam levels, respectively is 21%, 3% and 0.5%, 0.006%, 0.006% and 75%, respectively. To in some extent solve influence factor influencing the stability of the dam in verification conditions for, and puts forward the corresponding measures to solve .

Key Words:  Check condition; Entropy method; Influence factor; Temperature effect

 

随着我国国力的不断提升,国家整体发展对电能的需求逐年增加。水能发电作为绿色环保能源,也越来越被人们所重视。作为电力的主要输出者—大坝,影响其稳定性的重要因素一直被人们所重视。

熵的概念是一个热力学中表征物质状态的参量,在经济学中运用相对广泛。熵值法是根据数据间的差异性对评价对象进行权重确定[1],同类型的方法也包括层次分析法和模糊综合评价法,但二者求权值主观性比较大,而熵值法求权值相对比客观,因此,文中引用熵值法[4-5]定量测出影响水库坝体稳定的影响因子的权重。为了使检验的影响因子具有普遍性,检验罗列了在工程施工中经常涉及而且最易出现的影响因子,包括入库洪水流量,气温[6-7]等,使算法在实际运用中具有一定的科学性。文中以龙滩水库[8-9]为研究对象,研究其在校核工况下,构筑碾压混凝土重力坝,采用熵值法来检验影响坝体稳定性的重要因子的权重评价,从而为筑坝方案提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料概况

    在构筑大坝的过程当中,前期的来水、温度、入库洪水流量等都会直接或者间接的影响坝体的稳定,现采纳熵值法来检验这些因子对于坝体稳定的影响程度,以便在今后大坝设计的时候能综合考虑各种因素,避免大坝事故的发生。现以龙滩水库碾压混凝土重力坝作为研究对象,其基本情况如下:

        该流域面积138340km2,坝址河谷为较平坦的“V”形谷,宽高比为3.5。河流流向为S30°E,至坝址处转为S80°E。河床砂卵石厚0~6m,局部达17m。河床两侧均有基岩礁滩裸露,左岸宽10m,右岸宽40~70m。流域属副热带气候区,气候温和多雨,4~10月份为雨季,降水量占年降水量的89.5%,雨日占全年的71.2%,流域各地多年平均降水量在760~1860mm之间,总的趋势是东向西递减。径流主要由降雨形成,径流年内分配为:5~10月份占年总量的82.9%,11月~次年4月占年总量的17.1%。坝址以上流域面积为98500km2,占流域面积的71%。坝址以上流域,支流较大且多,地形复杂,汛期暴雨频繁发生,造成洪水连续、洪水总量较大。坝址多年平均气温为20.1℃,坝区多年平均降水量1343.5mm。

为更好地将熵值法应用于检验影响碾压混凝土重力坝稳定影响因子中,现取校核工况下入库洪水流量、下泄流量、水库存水量、水库水位、气温等因子,其中部分因子由调洪演[10]算求得,见表1。

1  不同时段影响因子的变化情况

Table.1 Change of factors in different time

时间           t (h)

入库洪水流量Q(m3/s)

下泄流量q(m3/s)

水库存水量              V(亿m3)

水库水位Z(m)

初估末水位h(m)

气温

0

25570

23838

168

377

377

15

6

28610

24069

168.68

377.17

377.16

20

12

27980

24389

169.56

377.39

377.38

34

18

26460

24607

170.14

377.54

377.53

26

24

24560

24680

170.33

377.58

377.58

16

30

22660

24592

170.11

377.53

377.52

21

36

21770

24418

169.61

377.40

377.4

33

42

22410

24243

169.13

377.28

377.28

27

48

26020

24243

169.12

377.28

377.28

15

54

30010

24519

169.91

377.48

377.47

21

60

33490

25075

171.41

377.85

377.85

34

66

35160

25784

173.33

378.33

378.33

25

72

35550

26530

175.32

378.83

378.83

15

78

34780

27193

177.11

379.28

379.27

19

84

33360

27740

178.54

379.63

379.63

33

90

31940

28122

179.56

379.89

379.88

24

96

29620

28337

180.11

380.03

380.02

15

 

1.2 坝体稳定性影响因子的研究方法 

熵可以用来度量已知数据所包含的有效信息量和确定权重,而且通过对熵的计算确定权重,就是根据各项指标检测值的差异程度,确定各个指标所占的权重。计算步骤如下。

第1步:原始数据归一化。假定有m个评价指标,n个评价对象的原始数据矩阵为,归一化后形成新的矩阵

假设形成矩阵如下:

                      (1-1)

                   

其中对大者为优的指标:

                   (1-2)

而对于小者为优的指标来说:

                   (1-3)

    第2步:原始数据标准化。

                        (1-4)

      

                        

    第3步:计算第j项研究指标的熵值。用ej来表示所有研究对象对研究指标xj QUOTE 的贡献总量:

                              (1-5)

其中,常数 QUOTE ,因此可以保证0≦ej QUOTE ≦1,即ej的最大值为1。从dj可知第j项研究指标的信息效用值如下:

                                                 (1-6) QUOTE 

第4步:评价指标权重的计算。            

 

                    (1-7)

 

 

                 

2 运算结果与分析

通过熵值法的运算过程,得出校核工况下入库洪水流量、下泄流量、水库存水量、水库水位、气温等因子对坝体稳定的影响程度,见表2。

 

各个影响因子的影响程度

Table.2 The influence of various factors

时间 t (h)

入库洪水流量Q(m3/s)

下泄流量q(m3/s)

水库存水量              V(亿m3)

水库水位Z(m)

初估末水位h(m)

气温(

0

-0.15

-0.159774

-0.163918

-0.166349

-0.166350

-0.124647

6

-0.17

-0.160786

-0.164349

-0.166398

-0.166396

-0.151556

12

-0.16

-0.162178

-0.164905

-0.166461

-0.166459

-0.211739

18

-0.16

-0.163122

-0.165271

-0.166503

-0.166502

-0.179665

24

-0.15

-0.163436

-0.165391

-0.166515

-0.166516

-0.130330

30

-0.14

-0.163057

-0.165252

-0.166500

-0.166499

-0.156527

36

-0.14

-0.162304

-0.164937

-0.166463

-0.166465

-0.208018

42

-0.14

-0.161544

-0.164634

-0.166429

-0.166430

-0.183983

48

-0.16

-0.161544

-0.164628

-0.166429

-0.166430

-0.124647

54

-0.17

-0.162741

-0.165126

-0.166486

-0.166485

-0.156527

60

-0.18

-0.165131

-0.166070

-0.166592

-0.166593

-0.211739

66

-0.19

-0.168138

-0.167271

-0.166729

-0.166730

-0.175250

72

-0.19

-0.171252

-0.168508

-0.166871

-0.166873

-0.124647

78

-0.19

-0.173980

-0.169615

-0.166999

-0.166998

-0.146458

84

-0.18

-0.176202

-0.170494

-0.167099

-0.167100

-0.208018

90

-0.18

-0.177739

-0.171119

-0.167173

-0.167171

-0.170733

96

-0.17

-0.178598

-0.171455

-0.167213

-0.167211

-0.124647

熵值ej

0.995635

0.999405

0.999905

0.999999

0.999999

0.984441

差异系数dj

0.004365

0.000595

0.000095

0.000001

0.000001

0.015559

权重wj

0.211726

0.028876

0.004586

0.000060

0.000060

0.754693

 

     将权重wj*10000与各影响因子的权重分析结果见表3所示。

影响因子权重分析表

Table.3 Analysis table of influence factor weight

影响因子

入库洪水流量Q(m3/s)

下泄流量q(m3/s)

水库存水量V(亿m3)

水库水位Z(m)

初估末水位h(m)

气温

Wj*10000

2117

289

46

1

1

7547

从表3可知,在校核工况下,入库洪水流量、下泄流量水库存水量水库水位初估末水位和气温等因子在不同时段对坝体影响的程度不一样,分别是21%,3%,0.5%,0.006%,0.006%和75%。结果说明,各个影响因子对坝体稳定皆有影响,其中筑坝过程中气温影响尤为明显,其次是入库洪水流量,也就是洪水的影响,再次就是在校核工况下的水库存水量也会影响坝体的稳定,而水库水位和初估末水位对坝体稳定影响不大。

3 应对措施

通过熵值法的应用确定了在校核工况下坝体稳定的影响因子。其中温度影响因子表示最大,其次是洪水流量和水库存水量。但就其温度影响可分析混凝土再受气温的影响时,会出现膨胀和裂缝,以至产生渗流影响坝体稳定。一是通过面板的分缝来避免防渗体产生过大的温度应力,通过布设钢筋来限制裂缝的发展,其防渗效果良好;二是二级配碾压混凝土防渗[11-12]。采用全断面碾压,在坝体上游面一定范围内使用骨料粒径较小,高掺粉煤灰的富胶凝材料的二级配碾压混凝土,层面加铺1~1.5cm厚的水泥粉煤灰砂浆,保证层面有良好的胶结,并在下层初凝之前铺好上一层再进行碾压就可以保证层面的胶结良好,其厚度为水头的1/15~1/30;三是二级配碾压混凝土+变态混凝土防渗和薄膜防渗结构。在混凝土浇筑的时候,可用水管通水或适当加冰对进行搅拌的混凝土循环冷却,减少坝体浇筑成型后热胀冷缩产生裂缝。

其次,洪峰流量会直接影响库容,从而影响坝体稳定。因此,在洪峰到来之前设计分洪措施,如在山体开挖溢洪隧洞,引流,通过让部分工作闸门开闸泄洪等都能对坝体稳定提供保障。

4 结论

在水库工程施工过程中,安全问题历来是人们考虑问题的重中之重。本文引入熵值法评价坝体稳定的影响因子权重是合理和可行的,熵值法是根据数据间的差异性进行权重确定的,运用无量纲化方法能够较好的保留原始数据的差异性,并适应熵值法的特殊性。最终得出,在校核工况下,入库洪水流量、下泄流量、水库存水量、水库水位、初估末水位和气温等因子对坝体影响的程度,分别所占比重是21%3%0.5%0.006%0.006%75%,显然温度的影响更为重要。因此,在水库工程施工中,控制好温度的影响对制定筑坝方案具有重要的意义。

 

参考文献

[1]陆添超,康凯. 熵值法和层次分析法在权重确定中的应用[J]. 电脑编程技巧与维护,2009,22:19-20+53.

[2]郭金玉,张忠彬,孙庆云. 层次分析法的研究与应用[J]. 中国安全科学学报,2008,05:148-153.

[3]张小飞,苏国韶,吴彰敦. 基于层次模糊综合评价的水库大坝安全评价法[J]. 广西大学学报(自然科学版),

    2009,03:321-325.

[4]徐玢玢.基于熵值法的我国区域创新能力评价研究[D]. 沈阳工业大学, 2013.

[5]宋建,杜曙光. 我国区域FDI吸收能力评价研究——基于熵值法模型评价[J]. 山东工商学 院学报,2015,06:

   72-79.

[6]王志臣,彭玉霞.特殊气候条件下某碾压混凝土重力坝温控技术与效果研究[J]. 中国农村水利水电,2011

     ,03:79-81+85.

[7]董福品,丁晓,李赵宇. 细骨料品种对混凝土大坝温度应力的影响[J]. 水利水电科技进展,2010,01:11-13+55.

[8]肖峰,欧红光,王红斌. 龙滩碾压混凝土重力坝设计[J]. 水力发电,2003,10:41-43+50.

[9]曹骏.哮天龙水库碾压混凝土重力坝设计[J].贵州水力发电, 2011,02:17-19.

[10]颜婷莉,钟平安,刘伟莉. 水库调洪演算方法比较与改进[J]. 水力发电,2007,03:26-28.

[11]顾世峰.论述碾压混凝土重力坝的抗渗性能和防渗措施[J]. 黑龙江科技信息,2013,02:227.

[12] 张凤德,李秀文,彭云枫,王万顺. 胶凝砂砾石坝防渗措施及应力分析[J]. 中国水利水电科学研究院学报,

      2015,03:194-200.

 



资助项目:广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目(002401013001 ,广西矿冶与环境科学实验中心资助项目(KH2012ZD004)资助.

作者简介:朱晓锋(1989—),男,安徽黄山人,硕士研究生,从事水文与水资源研究。 E-mail:792072374@qq.com.

通讯作者:方荣杰(1966—),男,广西桂林人,研究员,硕士生导师,从事水资源可持续利用与水环境保护研究. E-mail:glfrj@126.com.

 

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。