一种用于混凝土坝中后期通水快速调控的方法，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，实时调控未来若干天的通水冷却，若干天后，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。本发明专利技术建立了一种快速、准确且计算工作量小的温度动态预测模型，温度动态预测模型的建立为温控措施的快速优选的实现提供了可行性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，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，实时调控未来若干天的通水冷却，若干天后，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。本专利技术建立了一种快速、准确且计算工作量小的温度动态预测模型，温度动态预测模型的建立为温控措施的快速优选的实现提供了可行性。【专利说明】
本专利技术涉及，属于大坝相关领域。
技术介绍
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?^-?； =20?25°C。研究指出，在二期冷却时，如果采用1挡水温，混凝土初温30°C，冷却水温 9°C，即混凝土初温与水温之差为21°C，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L 5mX L 5m)至0· 70m(水管间距3. OmX 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。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，提供， 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。 本专利技术采用的技术方案： -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； 混凝土浇筑仓内埋设冷却水管进行通水冷却，设等效冷却直径为D，长度为L，无 热源，混凝土初温为?；，进口水温为T w，则混凝土平均温度可表示为 T = Tw+(T〇-Tw) Φ (1) 函数Φ有如下两种计算式 (1)函数Φ计算式1 Φ = exp (_Pi τ s) (2) 其中，p! = ki (a/D2) % ki = 2. 08- 1. 1 74 ξ +0. 256 ξ 2, s = 0. 971+0. 1485 ξ -0. 0445 ξ 2, ξ = λ I7(cwP wqw)，式中：a为混凝土导温系数，D为浇筑仓水 管等效冷却直径，λ为混凝土导热系数，L为冷却水管长度,c w为冷却水比热，PWS冷却水 密度，qw为通水流量； (2)函数Φ计算式2 Φ = exp (-ρ2 τ ) (3) 其中，口2 = 1^/1)2，1^2 = 2.09-1.35 €+0.320 €2，式中：&、0和€含义同前， 当b/c尹100时，函数Φ的计算式中的导温系数a应采用等效导温系数a'，对于 金属水管，有 a1 = 1. 947 (α ^)2β (4) (b Y b 其中，α,/) = 0.926exp -0.03 丨4 - 20 ，20 S 二 S 丨30，式中：b 为等效冷却半 [ Vc J \ c 径，C为金属水管外半径， 对于塑料水管，有 , In 100 卜、 ? =-；---a {〇) L J \n(blc) + ai λ,)\η{α?ιι) 式中：λ i为塑料水管的导热系数，c为塑料水管外半径，r(1为塑料水管的内半径， 其余符号含义同前， 当冷却时间较大时，采用函数Φ的计算式1，当冷却时间不超过15天时，采用函数 Φ的计算式2， 当通水流量不变，采用多挡水温进行冷却时，混凝土的平均温度采用下式计算 1 = (6) 式中：Twi为第i挡通水温度，为第i-Ι挡水本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，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、垂直间距、水管材质和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；混凝土浇筑仓内埋设冷却水管进行通水冷却，设等效冷却直径为D，长度为L，无热源，混凝土初温为T0，进口水温为Tw，则混凝土平均温度可表示为：T＝Tw+(T0‑Tw)φ (1)函数φ有如下两种计算式(1)函数φ计算式1φ＝exp(‑p1τs) (2)其中，p1＝k1(a/D2)s，k1＝2.08‑1.174ξ+0.256ξ2，s＝0.971+0.1485ξ‑0.0445ξ2，ξ＝λL/(cwρwqw)，式中：a为混凝土导温系数，D为浇筑仓水管等效冷却直径，λ为混凝土导热系数，L为冷却水管长度，cw为冷却水比热，ρw为冷却水密度，qw为通水流量；(2)函数φ计算式2φ＝exp(‑p2τ) (3)其中，p2＝k2a/D2，k2＝2.09‑1.35ξ+0.320ξ2，式中：a、D和ξ含义同前，当b/c≠100时，函数φ的计算式中的导温系数a应采用等效导温系数a′，对于水管材质为金属水管，有a′＝1.947(α1b)2a (4)其中，α1b=0.926exp[-0.0314(bc-20)0.48],20≤bc≤130,]]>式中：b为等效冷却半径，c为金属水管外半径，对于水管材质为塑料水管，有a′=ln100ln(b/c)+(λ/λ1)ln(c/r0)a---(5)]]>式中：λ1为塑料水管的导热系数，c为塑料水管外半径，r0为塑料水管的内半径，其余符号含义同前，当冷却时间较大时，采用函数φ的计算式1，当冷却时间不超过15天时，采用函数φ的计算式2，当通水流量不变，采用多挡水温进行冷却时，混凝土的平均温度采用下式计算T＝Twi+(Ti‑Twi)φi (6)式中：Twi为第i挡通水温度，Ti为第i‑1挡水温通水结束且第i挡水温开始通水时的混凝土温度，φi为第i挡水温通水时的水冷函数，函数中的时间τ需要从0开始，当通水水温不变，采用多挡流量进行冷却时，混凝土的平均温度计算式与式(6)类同，同样地，水冷函数中的时间τ需要从0开始；2)混凝土坝中后期冷却期间浇筑仓温度动态预测模型无热源水管冷却计算式隐含了等效冷却直径为D的混凝土棱柱体的外表面为绝热边界，以及假设了混凝土棱柱体的水化热完全完成，处于无热源状态。由于中后期冷却阶段的混凝土浇筑块并非无热源状态；另外，中后期冷却阶段的混凝土浇筑块也不是绝热状态，外界环境温度对混凝土块内部的温度仍然存在一定的影响，即直接采用无热源水管冷却计算式(6)进行中后期冷却期间的混凝土浇筑仓温度预测，效果不理想，动态更新无热源水管冷却计算式中的Ti，从而克服无热源水管冷却计算式温度预测效果不理想的问题，可以准确地进行未来7‑10天混凝土浇筑仓温度信息的预测；3)混凝土坝中后期通水冷却快速调控方法的具体分析步骤(1)当前温度状态及当前通水可行域获得，首先获得中期冷却开始时或二期冷却开始时的典型坝段各混凝土浇筑仓温度Ti；然后根据工程经验，确定通水水温Tw、通水流量TQ和通水时间Tt等通水措施的初始值；(2)动态预测未来若干天的温度响应，采用无热源水管冷却计算式，进行混凝土降温曲线的计算，获得各混凝土浇筑仓在通水措施取值组合下的冷却最终温度Tiend和最大日降温速率(3)将计算的中冷或二冷下的最终温度和最大日降温速率，与中冷或二冷设计目标温度Tiobj和合适的降温速率的残差平方和作为目标函数，由此建立的通水措施优化模型为min f(Ti,Tw,TQ,Tt)=(Tiobj-Tiend)2+(T&Center...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄耀英，周绍武，周宜红，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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