基于SPSS 的皂市水利枢纽工程大坝水平位移多元回归分析

程 诚，曾兴颖，陈 荃

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南 长沙 410004）

1 工程概况

皂市水利枢纽位于湖南省石门县境内，距皂市镇约2km 的澧水流域Ⅰ级支流渫水上，下游距河口16.5 km，控制流域面积为3 000 km2，占渫水流域面积的93.7%。工程主要任务以防洪为主，兼顾发电、灌溉、航运等其他综合利用要求，是澧水流域骨干防洪工程之一。

水库总库容为14.39 亿m3，防洪库容为7.83 亿m3，坝顶高程为148 m，河床建基面高程为60 m，最大坝高88 m。死水位为112 m，汛期限制水位为125 m，正常蓄水位为140 m，设计水位为143.5 m，校核水位为144.6 m。灌溉农田5.4 万亩，通航建筑物规模为50 t 级（预留）。

皂市水利枢纽属一等工程，大坝、泄水建筑物等为1 级建筑物。2000 年项目建议书经国家批准，工程于2004 年2 月正式开工，2004 年9 月成功截流，于2007年10 月下闸蓄水，2008 年4 月、5 月电站1#、2#机组相继完成72 h 试运行，并投产发电，2016 年通过水利部与湖南省人民政府共同主持的竣工验收。

大坝全长351 m，共分为18 个坝段，即：1#～6#坝段为左岸非溢流坝段、7#～12#坝段为溢流坝段、13#～14#坝段为厂房坝段、15#～18#坝段为右岸非溢流坝段。

2 测点布置情况

皂市水利枢纽水平位移主要由垂线及引张线进行观测。位于6#、9#、14#坝段各布置一套正倒垂线，其中6#坝段垂线分别在廊道▽74.4 m、▽90 m、▽118 m 高程布设测点，9#坝段垂线分别在廊道▽64 m、▽90 m、▽116 m高程布设测点，14#坝段垂线分别在廊道▽90 m、▽118 m高程布设测点，双金属标作为垂线的工作基点。

位于大坝▽90 m 高程廊道及坝顶▽148 m 高程沿坝轴线方向分别布设一条引张线系统，观测相应高程7#～13#坝段的水流方向位移，引张线以6#和14#坝段的垂线作为工作基点。（枢纽变形监测布置图见图1）引张线自2012 年4 月开始以自动化观测为主，经过运行调试，引张线系统在2013 年运行基本稳定，因此本文主要针对2013 年1 月1 日至2018 年12 月31 日的引张线数据进行分析坝体上、下位移的变化特点，水位过程线见图2。

图1 皂市水利枢纽变形监测布置图

图2 库水位过程线

3 统计模型建立

3.1 软件介绍

SPSS（Statistical Product and Service Solutions）可以提供全面高级的统计分析，方便易用，可快速操作，可缩小数据科学与数据理解之间的差距，本文对监测数据分析时即选用该软件。

3.2 模型建立

为分析坝体水平位移随库水位、温度及时间的变化规律，检验自动化系统引张线观测成果是否合理，需要对引张线向下游水平位移观测成果进行统计模型分析。大坝水平位移监测量的统计模型表达如下：

式中 δH——上游水位变化引起的位移分量；

δT——温度变化引起的位移分量；

δt——时效位移分量。

根据皂市大坝的具体特点，确定大坝的水平位移统计模型表达式为：

式中 a0——常数项；

H——库水位变化量，即库水位与2013 年1 月1 日库水位差值；

a1～a3——水位分量的待定系数；

b1～b4——温度分量的待定系数；

c1～c9——时效分量的待定系数；

k1～k7——常数，依次为50、100、200、300、600、1 000、1 500。

4 结果分析

根据皂市水利枢纽水平位移统计模型表达式建立的大坝▽90 m 廊道及坝顶▽148 m 高程溢流坝段向下游水平位移统计模型，计算所处坝段的拟合、实测与残差值过程线见图3，各位移分量过程线见图4、图5，典型坝段水平位移统计模型计算成果见表1。

表1 典型坝段水平位移统计模型特征值

图3 坝顶▽148 m 高程10#坝段处向下游实测、移拟合值及残差过程线

图4 坝顶▽148m 高程10#坝段处向下游水平位移各位移分量过程线

图5 大坝▽90m 廊道10#坝段处向下游水平位移各位移分量过程线

根据计算结果可知，大坝▽90 m 及坝顶▽148 m引张线10#坝段测点位移拟合模型的复相关系数分别为0.90 和0.96，方程高度显著，拟合度较好。从各分量来看，大坝▽90 m 廊道10#坝段温度位移分量为0.30 mm（-0.16 mm～0.14 mm）；水位位移分量为0.73 mm（-0.16 mm～0.57 mm）；时效位移分量为0.19 mm（-0.18 mm～0.01 mm）。坝顶▽148 m 高程10#坝段温度位移分量为3.33 mm（-1.60 mm～1.73 mm）；水位位移分量为0.57 mm(-2.57 mm～-2.00 mm)；时效位移分量为1.61 mm（-0.70 mm～0.91 mm）。

5 结 语

通过对皂市水利枢纽大坝▽90 m 廊道及坝顶▽148 m 高程10#坝段引张线数据回归模型的分析，得到如下结论：

1）通过回归模型分析，可以看到坝体水平位移具有较好整体性，符合重力坝基本变化规律，大坝▽90 m廊道处位移主要受水库水位变化影响较为明显，大坝坝顶▽148 m 高程处位移主要受坝体温度影响较为明显，总体来说，大坝水平位移与库水位正相关，且存在一定的滞后性，与坝体温度负相关。具体表现为：上游库水位升高、低温季节，坝体向下游位移，反之坝体向上游回弹。此外，通过现有分析数据来看，时效位移分量均较小，结果表明皂市大坝坝体水平位移工作性态正常合理，挡水建筑物是安全可靠的。

2）计算结果表明，通过使用SPSS 进行多元逐步回归分析对重力坝变形预报所计算结果精度较高，计算过程较为简捷，可应用到大坝水平位移及其他分析计算中。