[发明专利]一种用于混凝土坝中后期通水快速调控的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于混凝土坝中后期通水快速调控的方法，属于大坝相关领域。

背景技术

混凝土坝水管中后期冷却问题是一个重要而复杂的问题。由于水管冷却是一把双刃剑，虽然通水冷却可以有效降低混凝土施工最高温度以及在较短时间内把坝体温度降低至目标温度，但在开始通水时在水管附近会引起较大拉应力，而且如果降温速率过快，仍可能引起裂缝。过去这个问题没有得到重视，实际施工中允许混凝土初温与水温之差T₀-T_w＝20～25℃。研究指出，在二期冷却时，如果采用1挡水温，混凝土初温30℃，冷却水温9℃，即混凝土初温与水温之差为21℃，在混凝土龄期90d时开始冷却，孔边最大拉应力约为5MPa，拉应力深度为0.33m(水管间距1.5m×1.5m)至0.70m(水管间距3.0m×3.0m)。这个拉应力足以引起裂缝。另外，以往对混凝土水管冷却的安排比较简单，控制手段单一；为了避免混凝土坝温度过高，往往采取加大通水流量的策略，这样不可避免造成通水资源浪费；此外，由于现有混凝土水管冷却安排比较简单，控制手段单一，导致实际混凝土坝温度控制与设计温度控制差异较大，仍然难以避免混凝土坝裂缝的产生。

为了有效地控制混凝土坝裂缝，有必要对后期水管冷却应进行规划，即考虑冷却区高度、水管间距、冷却分期及水温控制，进行细致分析和多方案比较，从中选择最优方案。严格来说，对于中后期通水冷却规划问题，应结合实测温度进行热学参数反演，然后进行多方案的含冷却水管问题的混凝土坝温度场和徐变应力场仿真分析对比，从中选择最优方案。

混凝土坝温控防裂是一个与温控措施和混凝土热力学参数相关的复杂多因素问题，宜采用优化理论来确定最优方案。当采用优化理论进行规模重大的混凝土坝工程温控措施的优化设计时，如果进行较精确的温度场和徐变应力场仿真分析，由于涉及到不同温控措施和混凝土热力学参数等多个因素的优选，其计算工作量极大。即使在进行混凝土坝中后期通水冷却时，水管间距，水管材质(金属水管或塑料水管)，混凝土热力学性能等完全确定，对于规模重大的混凝土坝工程，如果仍基于较精确的温度场和徐变应力场仿真分析，采用优化理论优选通水措施，计算工作量仍然很大。显然，如果不能方便地为混凝土坝中后期通水调控提供及时指导，这将导致大坝施工现场温控人员在具体实施通水措施时，存在较大的盲目性。

虽然关于混凝土通水冷却自动控制系统陆续已有一些报导，例如，周厚贵,谭恺炎等根据测控装置采集的温度、流量信号以及开度信息，然后实施对电动控制阀的开度控制，调节通水流量和通水水温。林鹏，李庆斌等在新浇筑仓内埋设数字温度传感器，在进出水管上安装一体流温控制装置，根据能量守恒和传热学原理确定实时通水流量，采用最高温度、温度变化率和异常温度的控温原则，建立了大体积混凝土通水冷却智能温度控制方法与系统。赵恩国，郭晨等研发了一套大坝混凝土内部温度、冷却水温、冷却水流量等信息的实时采集以及冷却水流量的自动控制的仪器设备，并在鲁地拉水电站开展了实用研究。但在这些混凝土通水冷却自动控制系统中尚未引入优化算法，仍然难以避免造成通水资源浪费。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提供一种用于混凝土坝中后期通水快速调控的方法，引入优化算法，从通水措施可行域空间中，优选获得当前最优的通水措施,实时指导现场通水冷却。

本发明采用的技术方案：

一种用于混凝土坝中后期通水快速调控的方法，其特征在于：它包括如下步骤，首先建立混凝土坝中后期通水快速预测模型，然后基于混凝土浇筑仓实测温度，动态更新混凝土坝中后期通水快速预测模型的重要项，以消除不确定性因素引起的误差，然后动态预测待优选通水措施下未来若干天的温度响应，以动态预测温度响应和设计温度监控指标建立目标函数，引入优化算法，从通水措施可行域空间中，优选获得当前最优的通水措施，实时调控未来7-10天的通水冷却，7-10天后，再次获得浇筑仓当前实测温度，再次动态更新-预测-优化调控；

具体包括：1)中后期通水冷却期间混凝土坝温度快速预测模型

为了对混凝土块中后期通水冷却期间进行快速、准确地温度预测，必须采用一种计算工作量小的先验性模型，由于在进行混凝土块中后期通水冷却时，大部分的水泥水化热已经释放完成，且上下游表面一般粘贴了保温苯板，此时，水管水平间距和垂直间距，水管材质，混凝土热力学性能也是已知的，即可以认为大坝混凝土的中后期冷却仅是一个与通水水温、通水流量和通水时间有关的复杂多因素问题；