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水 利 学 报

2022 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2022）02-0154-11

大坝监测量最佳统计模型优选方法

黄耀英 ，何一洋 ，沈振中 ，李春光 3
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（1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；
3. 中国科学院 武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071）

摘要：现有报导的大坝监测量数学模型主要以拟合精确性为目标，忽略模型简单性原则的定量分析。本文从系统
论角度出发，提出一种以模型拟合良好性、检验有效性以及模型简单性三方面为优选原则的大坝监测量最佳统计
模型优选方法。首先将监测数据系列划分为回归数据与检验数据，依据先验知识确立统计模型优选集合，然后通
过回归或优化方法，基于回归数据系列辨识统计模型参数，接着基于检验数据系列，对参数辨识的统计模型进行
检验分析，最后将拟合精度、模型因子数和检验效果进行标准化，计算决策量，依据决策量大小优选最佳统计模
型。结合梅山大坝 11 坝垛水平位移监测资料展示了本文提出的监测量最佳统计模型优选方法。结果表明，不同
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测点监测数据对应不同的统计模型，经模型优选所得出的最佳统计模型不仅具有良好的拟合性与检验有效性，而
且具备模型简单性。
关键词：监测量；最佳统计模型；优选原则；模型优选方法；决策量
中图分类号：TV698.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210751

1 研究背景

自 1950 年代以来，我国已修建水库大坝约 9.8 万余座，它们在防洪、灌溉、供水和发电等方面产
生了巨大的经济效益与社会效益。然而，由于目前服役中的水库大坝 95%以上是 1980 年代以前修建
［2］
［1］
的 ，受老化和病害等多种原因影响，约有 1/3 的水库大坝存在不同程度的病险问题 ，因此，水库
大坝安全性态合理评价十分迫切。在水库大坝修建时通常会安装埋设不同类型的监测仪器对大坝的
变形、渗流和应力应变等工作性态进行实时监测，这些实时监测资料是大坝真实性态最直接反映。
分析这些监测数据，有效预测大坝发展趋势，对大坝的长效服役以及除险加固具有重要指导意义。
数学模型法是大坝安全监测资料分析的一种重要分析方法 ［3-6］ ，是对大坝效应量监测值建立起具
有一定形式和构造的数学式。这种数学方程式能够反映大坝效应量监测值的定量变化规律，并在此
基础上判断各监测物理量的变化和趋势是否正常、是否符合技术要求，从而揭示大坝的异常情况和
不安全因素，评估大坝的工作状态。迄今，广大科技工作者采用数学模型法开展了大量的大坝安全
监测资料分析研究。这些研究归纳起来，主要分为两大类数学模型。一类是传统的统计模型、确定
［6］
性模型及混合模型，此类数学模型是大坝安全监测资料分析中最常用的模型 。自 1955 年 Fanelli 等
应用统计回归方法定量分析大坝变形监测资料以来，国内外学者结合实际大坝工程，系统建立了变
形、裂缝开合度、应力应变和渗流（扬压力、渗压系数、测压管水位和渗流量）等统计模型、确定性
模型和混合模型 ［3-4］ 。从分析方法上看，该类数学模型以环境量作为自变量，将效应量作为因变量，
利用数理统计方法建立起效应量和环境量之间的依赖关系。采用回归分析或优化方法，确立模型各

收稿日期：2021-08-18；网络首发时间：2022-02-15
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220214.1020.001.html
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基金资助：国家自然科学基金面上项目（52179135，51779130）
作者简介：黄耀英（1970-），教授，主要从事水工结构安全监控、数值计算及岩土流变研究。E-mail：huangyaoying@ctgu.edu.cn
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