Page 35 - 2022年第53卷第2期

3 大坝监测量最佳统计模型优选步骤

为了在模型类属集合 M 中选择一个最能反映“真实”大坝工程系统性态的模型 M ，遵循拟合的良
opt
好性、模型的简单性和检验的有效性优选原则，一个完整的大坝工程系统监测量最佳统计模型优选
过程主要包括如下 5 个步骤：
步骤 1：输入输出数据的准备。由实际大坝工 开始
程获得环境量和变形、渗流或应力应变等监测数
据，并对监测数据进行预处理，剔除粗大误差或异 输入输出数据准备
常测值；接着按模型优选要求，准备好回归分析数
据系列和检验数据系列。 统计模型类属确定M i （1≤i≤l）
步骤 2：统计模型类属确定。统计模型类属的
确定是统计模型优选最重要的阶段，同时也是最复 i=0
杂的一项工作，因为确定一个大坝工程系统的统计
i=i+1
模型类属不存在可遵循的固定推理方法，只能根据
建模的目的，对大坝工程系统验前知识的掌握程度 NO
i≤l
等进行定性的判定。为此，首先根据工程经验和监
Yes 回归拟合数据系列
测量物理成因确定统计模型组成分量，然后在不同 统计模型参数识别
效应量统计模型各分量的因子可选域中选择合适的 检验数据系列
因子进行组合，得到 l 个统计模型 M（1≤i≤l）。 统计模型检验
i
步骤 3：模型参数识别。基于回归数据系列，
对于集合 M 中的不同模型，采用回归分析或优化 统计模型决策量分析
方法辨识统计模型因子系数，并获得相应的复相关
系数 R 及拟合良好性 F 等。 最佳统计模型 M opt
i
i
步骤 4：模型检验。采用检验数据系列，对参
结束
数辨识的统计模型进行检验分析，获得相对于检验
数据系列的均方根误差 RMSE 及检验有效性 V 等。 图 2 最佳统计模型优选流程
i
i
步 骤 5： 最 佳 统 计 模 型 决 策 。 将 回 归 拟 合 精
度、模型因子数和检验效果进行标准化，进而计算决策量，最大决策量对应的统计模型即为最佳统
计模型。
综上，最佳统计模型优选具体流程如图 2 所示。

4 实例分析

4.1 工程概况 梅山水库位于淮河支流，是以防洪为主、结合灌溉、发电、航运、水产养殖等综合

利用工程。1958 年初水库正式蓄水，水库总库容为 23.63 亿 m ，汛期限制水位为 125.27 m，水库正常
3
蓄水位 128.0 m，设计洪水位 137.66 m。主要水工建筑物有拦河坝、溢洪道、泄水底孔、泄洪隧洞、
发电厂、坝后桥等。其中，拦河坝为钢筋混凝土连拱坝，坝轴线近东西向，由 15 个垛和 16 个拱组
成，两端各接重力坝和空心重力坝段，坝顶总长 443.5 m（其中连拱坝段轴线长 311.5 m），坝顶高程
140.17 m，防浪墙顶高程 141.27 m，坝顶宽 2.1 m，最大坝高 88.24 m。
为确保梅山大坝的安全运行，在主要建筑物布置了水平位移、垂直位移、坝基地下水位、渗流
量、温度、裂缝开度以及钢筋应力等监测项目。水平位移正倒垂线测点图如图 3 所示。
4.2 典型测点变形监测量定性分析 梅山大坝变形监测系统包含水平位移和垂直位移监测，采用自
动化采集。其中，水平位移监测采用垂线法，正垂线 14 条，倒垂线 6 条，共 20 个测点。垂直位移观

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