摘要：近年來，水庫大壩安全事故發(fā)生較頻繁，對大壩進行安全評價顯得尤為重要?；诖髩伟踩\行狀態(tài)的代表性指標，建立了綜合評價體系。在確定各指標權(quán)重時采用了改進層次分析（AHP）法，可簡化判斷矩陣一致性檢驗過程。在確定各指標因素的隸屬度時，使用修正的正態(tài)分布函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，并采用專家評分法確定定性指標量化值，確定了水庫大壩安全模糊綜合評價模型。以某水庫為例，運用模糊綜合評價模型對水庫大壩進行了安全評價，結(jié)果為“基本安全”，并分析了大壩存在的安全隱患，提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：水庫大壩安全評價;AHP法;正態(tài)分布函數(shù);模糊綜合評價模型

中圖法分類號：TV698.1

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2020.08.012

我國的水庫大壩在水力發(fā)電、防汛抗旱、農(nóng)業(yè)灌溉等方面發(fā)揮著重要作用。但是大多數(shù)水庫修建年代比較早，受到當時工程技術(shù)水平的限制，加上后期監(jiān)測維修不及時等因素導(dǎo)致工程質(zhì)量存在缺陷，對周邊環(huán)境生態(tài)及居民生活造成安全隱患。因此，對水庫大壩的安全及運行狀態(tài)進行及時準確、合理全面的評價，對于保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全、人民生命財產(chǎn)安全及社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展等具有重要意義[1]。

我國傳統(tǒng)的大壩安全評價主要依據(jù)SL258-2000《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》[2]（以下簡稱《導(dǎo)則》）。雖然依據(jù)《導(dǎo)則》可以規(guī)范、全面地對大壩安全進行評價，但是以定性為主的評價方法，難以產(chǎn)生準確的決策結(jié)果，在應(yīng)用過程中存在較大局限性。目前，針對水庫大壩的安全評價方法，眾多學(xué)者已進行了大量研究，實際工程中多使用模糊評價法、層次分析法等，應(yīng)用效果較好。模糊評價法考慮了評價中多因素的不確定性，并用模糊的方式表達輸入和輸出之間的關(guān)系[3]。層次分析法[4]在確定各指標權(quán)重及排序方面，作為一種輔助手段來確定結(jié)果，其本質(zhì)是將定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題。目前，雖然這兩種方法在水庫大壩安全評價中積累了大量經(jīng)驗，但在實際應(yīng)用中，由于研究程度不夠深入，仍然存在很多未解決的問題。對于層次分析法，在確定多個因素的相對重要性時未考慮多種情況，將不確定性及模糊化進行了絕對化，因此往往給出模糊量[5]。同時，該方法在比較判斷矩陣一致性時缺乏整體性。而對于模糊數(shù)學(xué)理論，在確定隸屬函數(shù)時的理論依據(jù)不足，使評價結(jié)果存在誤差。

本文在《導(dǎo)則》的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了應(yīng)用層次分析法，簡化了判斷矩陣的一致性檢驗過程;在形成模糊綜合評價矩陣時，采取專家打分法對各定性參數(shù)進行定量化計算，有效避免了主觀判斷影響因素隸屬度的問題;為了使評價結(jié)果更符合實際情況，實現(xiàn)各因素參數(shù)隸屬度定量計算的客觀合理，應(yīng)用服從正態(tài)分布的函數(shù)差值法，體現(xiàn)了大壩安全評價的模糊性特征。

1 水庫大壩安全評價指標體系構(gòu)建

1.1 評價指標層次表構(gòu)建

多準則、多因素會影響水庫大壩安全綜合評價結(jié)果，因此必須綜合考慮安全評價中各因素的影響。本文構(gòu)建大壩多級模糊評價，選擇《導(dǎo)則》中規(guī)定的7項指標為準則層M進行評判。由于該工程缺乏金屬結(jié)構(gòu)資料且不處于抗震設(shè)計區(qū)，無相關(guān)資料，故綜合評價時只考慮5個準則及其下屬因素。通過3個層次對大壩安全進行評價，結(jié)構(gòu)層次見表1。

1.2 影響大壩安全因素權(quán)重的確定

1.2.1 比較判斷矩陣的建立

在應(yīng)用層次分析法時，采用量化的數(shù)值來表示所有因素兩兩比較的相對重要性結(jié)果。采用1～9標度法[6-7]，用判斷矩陣來表示下屬層次各因素之間的相對重要性。例如，針對水庫大壩安全評價中“滲流安全評價M5”，將其下屬因素“防滲透設(shè)施現(xiàn)狀m51”“壩基及壩體滲流m52”“其他建筑物滲流m53”的相對重要性進行兩兩比較，可得表2中的比較判斷矩陣（其中，δij>0，δij=1，δij=1/δji）。

1.2.2 計算權(quán)向量

目前，有很多方法計算權(quán)重向量W，本文采用較簡單的“根法”[8]，具體過程如下。

計算判斷矩陣的每一行元素乘積：

2 綜合評價體系的建立

2.1 確定隸屬度

《導(dǎo)則》將水庫大壩安全情況分為4個等級，其評語等級集合為V={v1，V2，v3，v4}_{安全，基本安全，不安全，很不安全}。一般情況下，采用定性因素和定量因素描述準則層各下屬因素。由數(shù)值結(jié)果體現(xiàn)定量因素，隸屬度可通過在隸屬函數(shù)中代人定量因素值確定。目前，在綜合評價大壩安全方面，計算隸屬度的方法比較少。因此，本文借用多專家的主觀經(jīng)驗即專家打分的方式計算各指標隸屬度[10]。

單因素影響因子在大壩安全評價體系中定性稱為離散型指標，為便于構(gòu)建隸屬函數(shù)，應(yīng)量化處理定性因素和在區(qū)間內(nèi)進行等級劃分。在對單因素進行評價的過程中，相應(yīng)的隸屬函數(shù)應(yīng)通過劃定不同的評分區(qū)間來確定。由于主觀性特征的存在，不同專家意見也會存在差異性，因此，確定各參數(shù)評分時需要將多位專家的意見綜合考慮。結(jié)合《導(dǎo)則》標準，組成小組進行可靠、科學(xué)的打分。根據(jù)相關(guān)要求，確定分數(shù)依次為80～100分、60～ 80分、50～ 60分、30～ 50分的I～Ⅳ級評價標準量化值區(qū)間。大壩安全綜合評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為確定隸屬函數(shù)，對于各區(qū)間內(nèi)因素評分值，體現(xiàn)靠近區(qū)間中點的幅度與評價等級的隸屬程度;反之，則該評價結(jié)果隸屬越模糊。大壩安全各評價等級的隸屬度采用服從正態(tài)分布的函數(shù)確定，即

3 應(yīng)用實例

某水庫總庫容9 740萬m3，主要功能是城市生活及工業(yè)供水和水力發(fā)電。工程包括大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪洞及壩后發(fā)電站。水庫大壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高62.60 m，壩頂長539.00 m，壩頂寬10.00 m。正常蓄水位1027 m。上游壩面設(shè)400.00 mm厚干砌石護坡，下游壩坡設(shè)混凝土塊護坡。大壩壩頭左端緊靠供水發(fā)電洞，由洞長為72.91 m的有壓隧洞和洞長為144.50 m的無壓隧洞組成，其中，引渠段長17.00 m，進口閘室段長10.00 m。岸坡距離大壩左岸40.00 m處為導(dǎo)流泄洪洞，洞長452.50 m，由洞徑5.50 m的圓形有壓隧洞段和底寬6.00 m、直墻高7.00 m的無壓隧洞段組成。溢洪道位于大壩左岸約186 m的山體內(nèi)，凈寬40.00 m，總長152.50 m，堰頂高程為1 021.00 m，為平底寬頂堰。其中，引渠段長12.0 m。引渠段后的控制段由寬頂堰及閘門進行控制，以下為泄槽段，出口采用挑流消能。

水電站位于壩后左岸，通過直徑為2.60 m的供水發(fā)電洞引水發(fā)電，發(fā)電站設(shè)計流量為2.60 m3/S，發(fā)電站的尾水進入供水管道前的集水池。

3.1 確定各因素權(quán)重

在采用層次分析法判斷一致性的檢驗過程中，根據(jù)5個因素兩兩重要性比較，建立比較判斷矩陣，見表4。

顯然，得到B。B cB*，即式（6）成立，滿足一致性要求，不需要進行一致性檢驗。然后按照式（1）、式（2）進行計算可得準則層權(quán)重向量：

W（2）= （2.1411 0.4066 1.0845 2.0913 0.5065）

對上述結(jié)果歸一化處理，得到權(quán)重向量：

W（2）=（ 0.344 0.065 0.174 0.336 0.081）

計算因素層權(quán)重方法同上，綜合計算結(jié)果見表5。

3.2 計算隸屬度

邀請專家對影響水庫大壩安全的各因素進行打分，按照上述隸屬度計算方法對不同評價等級下各單因素的隸屬度進行計算（見表6）。

3.3 模糊綜合評價結(jié)果分析

采用文中所述方法計算一級綜合模糊評價矩陣Rt：

用二級模糊綜合評價公式計算得到水庫大壩隸屬于不同評價等級的程度：A（2）=W（2）。 A（1）=[ 0.127 0.348 0.111 0.020]。根據(jù)最大隸屬度原則，該水庫大壩的模糊綜合評價等級為Ⅱ級，即處于“基本安全”狀態(tài)，評價結(jié)果與水庫大壩安全鑒定報告基本一致，說明本文構(gòu)建的綜合評價模型具有一定的合理性。

由一級模糊評價結(jié)果可知：防洪標準復(fù)核、滲流安全的模糊綜合評價結(jié)果處于Ⅲ級“不安全”狀態(tài);工程質(zhì)量評價、運行管理評價及結(jié)構(gòu)安全評價的模糊綜合評價結(jié)果處于Ⅱ級“基本安全”狀態(tài)。因此，建議采取以下措施保證大壩的安全運行：

（1）結(jié)合洪水復(fù)核結(jié)果，對溢洪道護砌進行治理完善，確保溢洪道滿足安全調(diào)洪泄洪能力要求;為了減少大壩滲流，新建大壩防滲帷幕，采用新型防滲措施及材料整治及返修大壩防滲設(shè)施。

（2）對該工程進行全方位清理整治，加強大壩結(jié)構(gòu)及安全監(jiān)測，完善大壩變形及水庫位移監(jiān)測等制度，為大壩安全運行提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)語

本文主要研究水庫大壩安全的評價方法，首先在遵循科學(xué)性、可行性原則的基礎(chǔ)上，選擇了17項代表水庫大壩安全運行的評價指標建立了評價體系。利用改進層次分析法對各級因素權(quán)重進行計算，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上簡化了判斷矩陣一致性的過程，準確度較高。然后，邀請大壩安全評價領(lǐng)域多位專家對影響大壩安全的各因素進行打分，采用服從正態(tài)分布的隸屬函數(shù)進行模糊數(shù)學(xué)處理，構(gòu)建了模糊綜合評價模型。最后，將該模型應(yīng)用于某水庫大壩的綜合安全評價中，驗證了模型的可行性，為水庫大壩安全評價提供了一種簡單可行的方法。

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（編輯：李慧）

作者簡介：郭維維，女，工程師，碩士，主要從事水工結(jié)構(gòu)及水環(huán)境方面的工作。E-mail：412012196@qq.com