— Все документы — Отраслевые и ведомственные нормативно-методические документы — Проектирование и строительство гидротехнических сооружений — П 53-90 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛОВ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

П 53-90 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛОВ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

П 53-90 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛОВ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ
имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ
СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛОВ
НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

П 53-90

ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД 1991

Применение Рекомендаций предусматривается при наблюдениях за тектоническими и техногенными деформациями земной поверхности в районах крупных гидроузлов, а также в процессе геодезического контроля за поведением водоподпорных сооружений и агрегатных блоков зданий строящихся и эксплуатируемых ГЭС.

Рекомендации предназначены для сотрудников предприятий и экспедиций ГУГК СССР, выполняющих работы на геодинамических полигонах ГЭС, а также для сотрудников проектно-изыскательских экспедиций Минэнерго СССР, технических руководителей гидроцехов ГЭС, инженеров-гидротехников и инженеров-математиков, занимающихся моделированием наблюдаемых процессов деформаций сооружений ГЭС.

Разработка Рекомендаций выполнена во Всесоюзном производственном объединении «Инженерная геодезия» и в Алтайском политехническом институте Минвуза РСФСР коллективом авторов: доктором техн. наук Ю.П. Гуляевым, канд. техн. наук Е.А. Васильевым при участии канд. техн. наук А.Б. Васильева (раздел 3). Программное обеспечение разработано Л.А. Васильевой, М.В. Крайвановой, канд. техн. наук А.Д. Слободяном. Общее редактирование Рекомендаций выполнено Н.С. Чирятьевым.

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3. ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНЫМ ДАННЫМ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИЙ, ОСНОВЫ ИХ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ

5. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Приложение 1 ПОЯСНЕНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТЕРМИНОВ 1

Приложение 2 ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ  ПРОЦЕССА ОСАДКИ НА НИЖНЕКАМСКОЙ ГЭС И ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Приложение 3 ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРЕБНЯ ПЛОТИНЫ КРАСНОЯРСКОЙ ГЭС НА СЕКЦИИ № 22

Приложение 4 ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАБЛИЦ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА И ОЦЕНКИ ЕГО ТОЧНОСТИ

Приложение 5 ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


1. ВВЕДЕНИЕ

В Рекомендациях изложены основные принципы и методика прогнозирования наблюдаемых геодезическими методами процессов вертикальных и горизонтальных перемещений деформационных знаков, заложенных в сооружения ГЭС. Поскольку по этому виду работ предварительно не разрабатывались основные положения и инструкции, то они и нашли свое отражение в Рекомендациях.

Настоящие Рекомендации основываются на положениях прогностики, на теории динамических систем, теории случайных функций, теории статистического оценивания и требуют от пользователя соответствующей подготовки. В целях повышения доступности материала при его изложении даются необходимые исходные понятия, допускаются упрощенные описания и приводится в Приложении 1. пояснение используемой терминологии. В этих же целях математические модели демонстрируются в общей и наиболее понятной форме, а технология оценивания параметров моделей и прогнозирования показывается в приложениях на примере наиболее простых моделей. Такой характер представления материала позволяет читателю освоить на простых моделях технологию прогнозирования и использовать ее при построении более сложных моделей, которые можно осуществить лишь на ЭВМ. С этой целью разработано соответствующее программное обеспечение для ЕС ЭВМ. Описание программ и инструкция по их использованию даются в Приложении 5. Дополнительные сведения по программам, а также тексты исходных модулей могут быть получены по адресу: г. Новосибирск, Красный проспект, 35, НИИПГ.

Главное управление геодезии и картографии при СМ СССР и Министерство энергетики и электрификации СССР

Рекомендации по прогнозированию деформаций сооружений гидроузлов на основе результатов геодезических наблюдений

ВНИИГ

П 53-90

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Объектом прогнозирования 1(здесь и далее цифры сносок - порядковые номера терминов, приведенных в Приложении 1) является процесс деформации основания и несущих конструкций гидротехнического сооружения. Все изучаемые виды деформаций выражаются через линейные вертикальные и горизонтальные перемещения наблюдаемых, геодезических знаков, заложенных в характерных местах так, чтобы по значениям перемещений можно было вычислить любой необходимый конкретный вид деформации.

Прогнозирование производится на основе результатов геодезических наблюдений за деформациями статистическим методом прогнозной экстраполяции 2 и может выполняться с помощью кинематических или динамических моделей в зависимости от полноты и вида имеющихся исходных данных. Кинематические модели отражают зависимость величин деформаций отвремени, а динамические модели описывают процессы деформаций с учетом совместного влияния времени и главных возмущающих факторов. Следовательно, кинематические модели строятся только по геодезическим данным, динамические модели по количественным данным комплексных натурных наблюдений.

2.2. Эндогенной переменной 3 объекта прогнозирования служит величина перемещения, получаемая из геодезических наблюдений в форме динамического ряда.4 Геодезические данные рассматриваются как дискретное представление непрерывного случайного процесса, за отдельные реализации которого принимаются изменяющиеся от времени значения перемещения каждой наблюдаемой точки, а за сечение - случайная величина перемещения в данном цикле наблюдений. Таким образом, значения перемещений всех наблюдаемых деформационных знаков образуют семейство реализаций) случайного процесса, по которому можно в каждом цикле наблюдений установить эмпирический закон распределения случайной величины перемещения, а по распределению случайной величины перемещения в ряде циклов наблюдений - определить закон распределения случайного процесса перемещения. В результате будет получена наиболее полная математическая модель наблюдаемого процесса перемещения, которая может быть выражена через характеристики случайного процесса.

Внесены Всесоюзным производственным объединением «Инженерная геодезия» и ВНИИГом им. Б.Е. Веденеева

Утверждены решением ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева № 19 от 15.06.90 по согласованию с Главным управлением геодезии и картографии при СМ СССР

Срок введения

III кв. 1991 г.

Эндогенная переменная в динамической модели является выходной переменной 5. При этом в построенной на основе геодезических данных динамической модели в качестве выходной переменной может использоваться не только процесс перемещения, но и связанный с ним функционально какой-либо другой наблюдаемый процесс, характеризующий напряженно-деформированное состояние конструкций сооружения.

2.3. В кинематических моделях за экзогенную переменную 6 принимается фактор времени, а к прогнозному фону 7 относятся инженерно-геологические, конструктивные, строительно-эксплуатационные и другие условия работы сооружений. Влияние прогнозного фона учитывается априорно при выборе периодов основания прогноза 8 и упреждения 9, так чтобы оба периода схватывали одинаковую природу развития процесса деформации. В динамических моделях экзогенной переменной служат наряду с фактором времени наблюдаемые факторы прогнозного фона, используемые апостериорно в виде входных воздействий 10.

При использовании кинематических моделей их гибкое реагирование на изменения, происходящие в объекте прогнозирования, должно обеспечиваться за счет выполнения принципа непрерывности прогнозирования 11 с учетом дисконтирования информации 12. Для динамических моделей также следует соблюдать принцип непрерывности, однако способность гибкого реагирования на изменения входных воздействий заложена в самих динамических моделях, и необходимость их корректировки возникает лишь в случаях недопустимого возрастания фактических ошибок прогноза 13 на контрольных периодах упреждения. 14

2.4. Прогнозирование деформаций гидротехнических сооружений, выполняемое на основе геодезических данных, обеспечивает получение всех предусмотренных современной прогностикой видов прогнозов: поискового 15, нормативного 16, интервального 17, точечного 18, оперативного 19, краткосрочного 20, среднесрочного 21, долгосрочного 22, дальнесрочного 23. При этом продолжительность периодов упреждения прогнозов различной срочности в основном согласуется с принятой для других видов объектов.

Поисковое и нормативное прогнозирование должно осуществляться в целях своевременного принятия мер, повышающих надежность, долговечность гидротехнических сооружений, обеспечивающих безопасность их эксплуатации, а также для оптимизации объемов геодезических наблюдений за деформациями сооружений. Нормативное прогнозирование позволяет при этом получать оценки возможных сроков стабилизации осадок и других видов деформации сооружений, устанавливать путем моделирования 24 критерии допустимых значений наблюдаемых перемещений при данном состоянии сооружения в естественных условиях экстремального воздействия факторов, вызывающих перемещения.

С помощью прогнозной модели 25 в виде двух первых условных моментных функций случайного процесса 26 наблюдаемого перемещения достигается сочетание интервального и точечного прогнозов. Условное математическое ожидание, определяемое по плотности распределения случайного процесса, позволяет находить наилучшие прогнозы значений перемещения каждого наблюдаемого деформационного знака из числа включений в модель, а по условной корреляционной функции, отражающей рассеивание плотности условного распределения, можно предвычислить точность прогнозов 27.

2.5. Ошибки прогнозов и правильность предвычисленной точности прогнозов зависит прежде всего от продолжительности периодов упреждения и согласованности этих периодов с выбранными периодами основания прогноза. При этом существенное влияние оказывают сопутствующие факторы, такие, как условия функционирования сооружения, полнота и точность информации о будущем развитии прогнозного фона, а также вид применяемой математической модели. Например, на эксплуатируемых плотинах ГЭС для сезонных перемещений, имеющих инерционное запаздывание 28 продолжительностью до 5- 6 месяцев, можно выполнять с помощью динамических моделей краткосрочное прогнозирование по фактическим значениям входных воздействий. Для этого при построении моделей нужно ввести транспортное запаздывание 29, заменяющее часть инерционного запаздывания, описываемого моделью. В результате такого подхода ошибки прогнозов будут незначительно превышать ошибки измерений и согласовываться с предвычисленной точностью прогнозов, что позволит сократить объем наблюдений, заменив их выборочно контролируемыми прогнозами.

На периодах упреждения среднесрочного прогнозирования можно достичь приемлемой точности прогнозов с помощью кинематических моделей лишь при подборе трендов 30, адекватно отражающих будущее развитие описываемых процессов деформации, при условии неизменности прогнозного фона в части, не учитываемой трендом. Динамические модели позволяют получить необходимую точность среднесрочных прогнозов, если с достаточной точностью будут известны значения входных воздействий на периоде упреждения. Отмеченные особенности распространяются на долгосрочные и дальнесрочные прогнозы, причем ошибки прогнозов будут возрастать за счет изменения состояния сооружений, если эти изменения не учитываются адаптирующимися моделями.

2.6. Принцип верифицируемости 31 прогнозирования заключается в определении достоверности 32, точности и обоснованности прогнозов. Поскольку точность прогнозов наблюдаемых процессов перемещений предвычисляется в виде средних квадратических отклонений, то достоверность прогнозов составляет 0,68 или 0,95 соответственно для одинарного или удвоенного коридора погрешности 33. При этом предполагается, что процесс является нормальным 34 или нормализованным 35.

На данном этапе развития прогнозирования процессов деформации гидротехнических сооружений основным видом определения обоснованности прогнозов является инверсная верификация 36, осуществляемая путем проверки адекватности модели на периоде основания прогноза по остаточным ошибкам ее построения и на периоде контрольного упреждения по ошибкам прогнозов, по их согласованности с предвычисленной точностью прогнозов. Кроме того, можно проверять обоснованность прогнозов, получая их по моделям, построенным на периодах основания прогноза разной длины. Дополнительную верификацию можно производить в отдельных случаях, сравнивая результаты прогнозирования одного и того же процесса, полученные по кинематическим и динамическим моделям, а также прогнозы различных, но взаимосвязанных характеристик деформации.

2.7. Организация выполнения прогнозирования зависит от уровня обеспечения гидроцехов ГЭС современными ЭВМ и подготовленными специалистами. На данном этапе целесообразно осуществлять разработку прогнозов в научно-исследовательских организациях и передавать результаты для использования в гидроцеха ГЭС/ Результаты прогнозипования могут быть представлены в виде распечаток с ЭВМ. Содержащих прогнозы и характеристики их точности в табличной Форме, позволяющей быстро находить прогнозы для конкретных условий без применения ЭВМ; в виде выраженных графически критериев допустимых значений наблюдаемых перемещений, возможных при данном состоянии сооружения. В последующем развитии организация прогнозирования должна быть ориентирована на применение в гидроцехах микро-ЭВМ, а в дальнейшем - на включение прогнозирующей подсистемы в информационно-измерительную автоматизированную систему геодезического контроля за состоянием сооружений ГЭС.

Табличную форму прогнозов удобно использовать в эксплуатационный период для краткосрочного прогнозирования наблюдаемых перемещений, имеющих характер сезонных гармонических колебаний. Таблицы разрабатываются с помощью динамических моделей на многолетних периодах основания прогноза, которые охватывают различные условия работы сооружения при его установившемся состоянии. В Приложении 4 к Рекомендациям приводится пример подготовки таблиц и использования табличного метода прогнозирования горизонтального перемещения гребня плотины, даются характеристики ошибок и точности краткосрочных прогнозов, полученных по таблицам и проконтролированных наблюдениями.

2.8. Критерии допустимых значений наблюдаемых перемещений при данном состоянии сооружения, могут определяться в результате непосредственного прогнозирования на ЭВМ по динамическим моделям или с помощью таблиц для возможного в условиях нормальной эксплуатации сочетания максимальных влияний основных воздействующих факторов. Выход измеренных значений перемещений за границы установленных критериев будет служить сигналом об изменении состояния гидротехнического сооружения и потребует тщательного специального обследования условий функционирования сооружения. Дополнительным критерием будут служить фактические ошибки прогнозов, возрастание которых связано с изменением состояния сооружения и служит одновременно указанием к обновлению модели.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНЫМ ДАННЫМ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ


Возврат к списку
(Нет голосов)

Комментарии (0)


Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться
Самые популярные документы
Новости
Все новости