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[摘 要]水利工程建设的必要前提条件就是保证水利工程的安全运行，因此有必要针对水利工程的安全运行以及优化控制进行分析和研究。文章主要对前期设计阶段及运行阶段水利工程的优化控制以及安全运行进行了分析和研究，希望能够有效地保障水利工程的安全运行与优化控制的实现。
[关键词]水利工程 优化控制 安全运行 监测模型
中图分类号：TV73.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0017-01
引言
保证水利工程安全运行的前提条件就是良好的施工质量以及正确的施工设计，然而由于现在在设计过程中还不能够准确地估计水工建筑物的承载能力及工作条件，因此水利工程在运行过程中可能会出现一些不利的变化，要想将不安全的因素彻底杜绝几乎是不可能的。所以要想使水利工程的安全得到保证，必须要在设计阶段充分考虑可能引发安全问题的因素，并且在具体的运行当中针对工程的不稳定因素进行有效的检测和检查，最终能够有效地保证水利工程的安全运行以及优化控制。
1、建立并且优化土石坝渗流监测模型
作为一种挡水建筑物，土石坝的主要材料就是散粒体材料，土石坝具有分布广以及数量多的特点，在我国的水利工程当中大约占到90%以上。由于散粒体材料在稳定、沉陷、抗渗以及抗冲等方面具有一定的缺陷，因此相对于其他坝型而言，土石坝具有较高的运行风险。针对大坝安全状态进行反馈和控制的有效手段就是对土石坝实施安全监测，同时以监测数据为根据将相应的监测模型建立起来。国内外的工程专家经过多年的实验和研究，最终将一整套以混合模型、确定模型以及统计模型作为基础的大坝安全监测方法体系和模型建立了起来。
下面就以土石坝安全监测预报统计模型为根据对其进行介绍。
作为一种土石坝安全监测预报模型，统计模型广泛地运用到了大坝的安全监测当中。统计模型在对监测资料进行数据分析的时候常常采用偏最小二乘回归、逐步回归以及多元线性回归等方式，其中逐步回归的方式在实际运算当中运用的最为广泛。逐步回归分析就是将对大坝结构应量产生最显著影响的环境因素选择出来，从而将回归方程建立起来的一种方法。比如有一点v存在于土石坝当中，那么在x时刻该点的渗流以及变形等各种结构效应量主要是与时间效应、降雨量以及上下游库水位等各种环境因子具有密切关系，那么该模型就是：
Yv（x）=ywk（x）+yrk（x）+yθk（x）
这个公式中：v（x）值就是在时间t当中效应量监测值y的统计估计值；ywk（x）+yrk（x）+yθk（x）则指的是Yv（x）的时效分量、降雨以及水压等，其中具有很多的环境因子。逐步回归统计分析模型具有非常好的预测效果，在土石坝安全监测当中得到了十分广泛的应用，然而其本身仍然存在着一定的局限性。首先该模型的建立基础就是全部为零的观测误差数学期望，而且每一次的观测都具有相互独立的特点。因此，如果没有恰当地选择模型的机构以及建模因子，就会大大地减少模型的精度。
2、輸水工程瞬变水流的有效控制方法
随着我国城市化进程的不断推进，用水短缺的问题也变得越来越严重。为了将日益突出的水资源供需矛盾解决掉，现在很多的城市都开始致力于长距离输水工程的建设。然而事故停泵、泵的启动以及闸阀的启闭在长距离输水工程当中都可能会导致流态变化出现在管道内水流当中，从而大幅度地升高或者降低管道内的压力，这样就会形成断流弥合水锤以及水柱分离，严重破坏输水管道，最终会对输水管道安全运行产生十分严重的影响。
2.1 水锤的概述
水锤又叫做水击，指的就是水力瞬变的一个过程。通常在输送水或者其他液体的过程当中，由于事故停泵、泵的启动或者是闸阀的突然启闭等都会导致剧烈的变化出现在液体的流速当中，同时会有大幅度的波动出现在压强当中。由于水流在管道当中流速或者惯性发生了剧烈的变化，会导致很多急剧的密度变化以及压力变化出现在其中，一旦发生水柱分离的情况，会导致更加复杂的物理过程产生。水流本身的可压缩性以及惯性等是导致水锤现象出现的主要原因，与此同时，水泵的阀门管材以及特性等各种外部因素也会由于水流的物理特性，从而导致水锤现象的出现。
2.2 防止水锤现象的有效途径
通过对水锤现象的分析，我们可以发现，在所有单一输水管道的任何一端都会存在着一个相容性的方程，这时候就可以对这个方程进行充分的利用，同时还要清楚地了解到上下游两端的边界条件，这样最终就能够将整个输水管道的水力瞬变过程模拟出来。与此同时，为了使输水管道的安全运行得到充分的保证，可以将一些水锤防护措施安装在管道当中，比如真空破坏阀、缓闭止回阀、调压塔以及空气阀等，这样就能够极大地降低水锤对输水管道造成的巨大破坏作用。现在水锤防护设备发展得越来越快，许多工程在输水管道当中也安装了越来越多的不同种类的水锤防护设备，因此也就具有不尽相同的水锤防护效果。因此必须要在水锤计算中充分考虑到这些特殊的复杂边界，从而能够使水锤防护措施的作用充分地发挥出来，有效地防止水锤对管道造成的破坏。现在用到的水锤防护措施包括以下几种：泄水降压、利用对阀门的启闭时间预防水锤、补水（注空气）稳压。泄水降压的方法主要是为了防止在管道内升高的过快，通常这种类型的防护措施主要包括取消普通旋启式止回阀、防爆膜以及停泵水锤消除器等；利用对阀门的启闭时间预防水锤主要是通过缓慢地关闭或者开启阀门，从而有效地降低输水管道当中水流速度的变化率，这样就能够有效地防止突然升高或者降低的水锤压力。
在必要的情况下可以通过对计算机的利用模拟分析水锤，从而最终将阀门的启闭时间确定下来，属于这种类型的设备主要包括两阶段关阀碟阀以及缓闭止回阀等；补水（注空气）稳压主要指的是针对水锤压力在输水管道内部的震荡进行有效的控制，从而避免由于水柱断流弥合导致出现过高的水压或者发生的真空现象。属于这种类型的设备主要包括双向调压塔、空气阀、空气罐以及单向调压塔等。由于水锤防护具有十分繁多而复杂的措施及种类，因此要想使水锤防护措施的作用充分地发挥出来，就必须要选择经济适用及安全可靠的水锤防护措施，从而最终能够有效地预防水锤现象的出现或者有效地降低水锤作用给输水管道造成的巨大破坏作用。
3、结语
在水利工程生命周期的全过程当中都贯穿着水利工程的安全问题，因此必须要采取积极有效的措施，从设计施工及运行等各个环节使水利工程的安全运行得到充分的保证。水利工程建设的必要前提条件就是良好的施工质量以及正确的设计，所以必须要采取有效措施将这几方面的工作充分做好。
参考文献
[1] 陈维江，马震岳，董毓新.建立大坝安全监控数学模型的一种新方法[J].水利学报，2012（8）：91-96.
[2] 司春棣.遗传算法与神经网络在土石坝安全监测资料分析中的应用研究[D].河北农业大学，2014.
[关键词]水利工程 优化控制 安全运行 监测模型
中图分类号：TV73.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0017-01
引言
保证水利工程安全运行的前提条件就是良好的施工质量以及正确的施工设计，然而由于现在在设计过程中还不能够准确地估计水工建筑物的承载能力及工作条件，因此水利工程在运行过程中可能会出现一些不利的变化，要想将不安全的因素彻底杜绝几乎是不可能的。所以要想使水利工程的安全得到保证，必须要在设计阶段充分考虑可能引发安全问题的因素，并且在具体的运行当中针对工程的不稳定因素进行有效的检测和检查，最终能够有效地保证水利工程的安全运行以及优化控制。
1、建立并且优化土石坝渗流监测模型
作为一种挡水建筑物，土石坝的主要材料就是散粒体材料，土石坝具有分布广以及数量多的特点，在我国的水利工程当中大约占到90%以上。由于散粒体材料在稳定、沉陷、抗渗以及抗冲等方面具有一定的缺陷，因此相对于其他坝型而言，土石坝具有较高的运行风险。针对大坝安全状态进行反馈和控制的有效手段就是对土石坝实施安全监测，同时以监测数据为根据将相应的监测模型建立起来。国内外的工程专家经过多年的实验和研究，最终将一整套以混合模型、确定模型以及统计模型作为基础的大坝安全监测方法体系和模型建立了起来。
下面就以土石坝安全监测预报统计模型为根据对其进行介绍。
作为一种土石坝安全监测预报模型，统计模型广泛地运用到了大坝的安全监测当中。统计模型在对监测资料进行数据分析的时候常常采用偏最小二乘回归、逐步回归以及多元线性回归等方式，其中逐步回归的方式在实际运算当中运用的最为广泛。逐步回归分析就是将对大坝结构应量产生最显著影响的环境因素选择出来，从而将回归方程建立起来的一种方法。比如有一点v存在于土石坝当中，那么在x时刻该点的渗流以及变形等各种结构效应量主要是与时间效应、降雨量以及上下游库水位等各种环境因子具有密切关系，那么该模型就是：
Yv（x）=ywk（x）+yrk（x）+yθk（x）
这个公式中：v（x）值就是在时间t当中效应量监测值y的统计估计值；ywk（x）+yrk（x）+yθk（x）则指的是Yv（x）的时效分量、降雨以及水压等，其中具有很多的环境因子。逐步回归统计分析模型具有非常好的预测效果，在土石坝安全监测当中得到了十分广泛的应用，然而其本身仍然存在着一定的局限性。首先该模型的建立基础就是全部为零的观测误差数学期望，而且每一次的观测都具有相互独立的特点。因此，如果没有恰当地选择模型的机构以及建模因子，就会大大地减少模型的精度。
2、輸水工程瞬变水流的有效控制方法
随着我国城市化进程的不断推进，用水短缺的问题也变得越来越严重。为了将日益突出的水资源供需矛盾解决掉，现在很多的城市都开始致力于长距离输水工程的建设。然而事故停泵、泵的启动以及闸阀的启闭在长距离输水工程当中都可能会导致流态变化出现在管道内水流当中，从而大幅度地升高或者降低管道内的压力，这样就会形成断流弥合水锤以及水柱分离，严重破坏输水管道，最终会对输水管道安全运行产生十分严重的影响。
2.1 水锤的概述
水锤又叫做水击，指的就是水力瞬变的一个过程。通常在输送水或者其他液体的过程当中，由于事故停泵、泵的启动或者是闸阀的突然启闭等都会导致剧烈的变化出现在液体的流速当中，同时会有大幅度的波动出现在压强当中。由于水流在管道当中流速或者惯性发生了剧烈的变化，会导致很多急剧的密度变化以及压力变化出现在其中，一旦发生水柱分离的情况，会导致更加复杂的物理过程产生。水流本身的可压缩性以及惯性等是导致水锤现象出现的主要原因，与此同时，水泵的阀门管材以及特性等各种外部因素也会由于水流的物理特性，从而导致水锤现象的出现。
2.2 防止水锤现象的有效途径
通过对水锤现象的分析，我们可以发现，在所有单一输水管道的任何一端都会存在着一个相容性的方程，这时候就可以对这个方程进行充分的利用，同时还要清楚地了解到上下游两端的边界条件，这样最终就能够将整个输水管道的水力瞬变过程模拟出来。与此同时，为了使输水管道的安全运行得到充分的保证，可以将一些水锤防护措施安装在管道当中，比如真空破坏阀、缓闭止回阀、调压塔以及空气阀等，这样就能够极大地降低水锤对输水管道造成的巨大破坏作用。现在水锤防护设备发展得越来越快，许多工程在输水管道当中也安装了越来越多的不同种类的水锤防护设备，因此也就具有不尽相同的水锤防护效果。因此必须要在水锤计算中充分考虑到这些特殊的复杂边界，从而能够使水锤防护措施的作用充分地发挥出来，有效地防止水锤对管道造成的破坏。现在用到的水锤防护措施包括以下几种：泄水降压、利用对阀门的启闭时间预防水锤、补水（注空气）稳压。泄水降压的方法主要是为了防止在管道内升高的过快，通常这种类型的防护措施主要包括取消普通旋启式止回阀、防爆膜以及停泵水锤消除器等；利用对阀门的启闭时间预防水锤主要是通过缓慢地关闭或者开启阀门，从而有效地降低输水管道当中水流速度的变化率，这样就能够有效地防止突然升高或者降低的水锤压力。
在必要的情况下可以通过对计算机的利用模拟分析水锤，从而最终将阀门的启闭时间确定下来，属于这种类型的设备主要包括两阶段关阀碟阀以及缓闭止回阀等；补水（注空气）稳压主要指的是针对水锤压力在输水管道内部的震荡进行有效的控制，从而避免由于水柱断流弥合导致出现过高的水压或者发生的真空现象。属于这种类型的设备主要包括双向调压塔、空气阀、空气罐以及单向调压塔等。由于水锤防护具有十分繁多而复杂的措施及种类，因此要想使水锤防护措施的作用充分地发挥出来，就必须要选择经济适用及安全可靠的水锤防护措施，从而最终能够有效地预防水锤现象的出现或者有效地降低水锤作用给输水管道造成的巨大破坏作用。
3、结语
在水利工程生命周期的全过程当中都贯穿着水利工程的安全问题，因此必须要采取积极有效的措施，从设计施工及运行等各个环节使水利工程的安全运行得到充分的保证。水利工程建设的必要前提条件就是良好的施工质量以及正确的设计，所以必须要采取有效措施将这几方面的工作充分做好。
参考文献
[1] 陈维江，马震岳，董毓新.建立大坝安全监控数学模型的一种新方法[J].水利学报，2012（8）：91-96.
[2] 司春棣.遗传算法与神经网络在土石坝安全监测资料分析中的应用研究[D].河北农业大学，2014.