薛 文 ，熊守純 ，陶 碩

（1.遼寧省清河水庫(kù)管理局，遼寧 鐵嶺 112003；2.葫蘆島市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 葫蘆島 125000；3.遼寧鑫地土地整理有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032）

大壩潰決是水庫(kù)失事事故中最重大的災(zāi)害事件，失事后果也是所有破壞模式中最為嚴(yán)重的。引起潰壩的原因有很多，但在事故發(fā)生前，通常無(wú)法預(yù)測(cè)出具體的潰壩模式，只能盡可能地減小潰壩對(duì)下游區(qū)域生命、財(cái)產(chǎn)及環(huán)境的影響。由于潰壩后果的不可預(yù)測(cè)性，因此必須借助專家經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)考慮到專家對(duì)潰壩后果風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，很難用確定的數(shù)值進(jìn)行量化，因此，應(yīng)將定性分析與定量分析相結(jié)合，采用模糊層次分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。

1 潰壩失事后果影響因素識(shí)別

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1954-2001年內(nèi)，我國(guó)共發(fā)生潰壩事故3462起，對(duì)這些事故后果進(jìn)行分析，總結(jié)出潰壩后主要對(duì)以下3個(gè)方面產(chǎn)生影響。

1.1 生命損失

關(guān)于潰壩失事中生命損失的研究，目前在美國(guó)、加拿大、芬蘭等已經(jīng)取得了一定成果，而我國(guó)在這方面的研究仍處于起步階段。通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料總結(jié)出，風(fēng)險(xiǎn)人口、預(yù)警時(shí)間、洪水嚴(yán)重程度、發(fā)生時(shí)間及公眾對(duì)潰壩嚴(yán)重性的理解程度是影響潰壩失事生命損失的主要影響因素。

1.2 經(jīng)濟(jì)損失

潰壩經(jīng)濟(jì)損失包括直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失兩部分。前者主要包含工程直接損失、對(duì)下游農(nóng)牧區(qū)產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)損失和工商行為、交通、水電油等因中斷而產(chǎn)生的損失；后者主要是指應(yīng)用于搶險(xiǎn)救援中產(chǎn)生的費(fèi)用和災(zāi)區(qū)重建等產(chǎn)生的其他間接損失。

1.3 社會(huì)環(huán)境影響

社會(huì)影響一般包括政治影響、社會(huì)恐慌、潰壩帶來(lái)的災(zāi)區(qū)生活質(zhì)量下降、歷史文物或古跡損毀等；環(huán)境影響通常指下游生態(tài)環(huán)境遭受破壞導(dǎo)致流域、動(dòng)植物產(chǎn)生不利變化。

1.4 構(gòu)建潰壩后果評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)

將以上內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，構(gòu)建潰壩后果的評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖1。

2 潰壩后果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

潰壩后果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)潰壩后對(duì)下游造成的破壞程度、搶險(xiǎn)救援和災(zāi)后重建中投入而制定的。結(jié)合目前我國(guó)的有關(guān)規(guī)定及相關(guān)研究成果，初步擬定了水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

1）生命損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)水庫(kù)潰壩失事后造成的人員傷亡情況制定的。

2）經(jīng)濟(jì)損失通常是依據(jù)水庫(kù)失事后造成的直接的和間接的經(jīng)濟(jì)損失來(lái)制定的。

3）社會(huì)環(huán)境影響是指水庫(kù)失事后，對(duì)下游城鄉(xiāng)居民在社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中造成的影響及對(duì)流域河道、自然景觀所造成的影響及破壞。具體見(jiàn)表1。

圖1 潰壩后果評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)圖

表1 失事后果等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 模糊層次分析法

3.1 層次分析法

1）構(gòu)建模糊判斷矩陣A，并計(jì)算矩陣權(quán)重W。

式中：wi是下層影響因素對(duì)上層因素的權(quán)重。

2）一致性檢驗(yàn)。用最大特征值λmax是來(lái)檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。

式中：λmax是判斷矩陣的最大特征值；n為矩陣A的階數(shù)。

計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR：

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表

式中：CI為判斷矩陣的一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，具體取值見(jiàn)表2。

對(duì)各層指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行組合計(jì)算，逐層向下，計(jì)算每層元素對(duì)于最高層次即目標(biāo)層的權(quán)重值。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

3.2.1 建立因素集與評(píng)語(yǔ)集

1）建立因素集，按風(fēng)險(xiǎn)因子從屬關(guān)系建立3個(gè)等級(jí)層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，設(shè)U={u1，u2，…，un}。

2）建立評(píng)語(yǔ)集，將每一個(gè)評(píng)語(yǔ)適當(dāng)?shù)姆殖扇舾傻燃?jí)，以衡量其重要程度。根據(jù)潰壩后果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將潰壩后果劃分為5個(gè)等級(jí)，記作V={v1，v2，v3，v4，v5}，其中 v1代表影響程度輕微，v2代表影響程度一般，v3代表影響程度中等，v4代表影響程度嚴(yán)重，v5代表影響程度極其嚴(yán)重。

3.2.2 確定隸屬度

采用專家打分法來(lái)確定各影響因素的隸屬度，邀請(qǐng)10位專家組成評(píng)價(jià)組對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。若對(duì)某個(gè)影響因素ui有k人評(píng)為pj級(jí)，則該指標(biāo)被評(píng)為pj級(jí)的可能性為

式中：vij為第i個(gè)因素被評(píng)為pj級(jí)的可能性；k為10人中將第i個(gè)因素被評(píng)為pj級(jí)的人數(shù)。

專家通過(guò)查閱水庫(kù)下游的相關(guān)資料及水庫(kù)庫(kù)容等方面的調(diào)查，結(jié)合資料統(tǒng)計(jì)和理論計(jì)算，對(duì)各影響因素做出評(píng)價(jià)，得到關(guān)于某一影響因素的判斷矩陣

3.2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)模糊理論，采用模糊運(yùn)算法則，從而得到模糊綜合評(píng)價(jià)

式中：W為指標(biāo)向量；R為判斷矩陣。

4 實(shí)例分析

4.1 工程概況

小街水庫(kù)位于楚雄州祿豐縣金山鎮(zhèn)小街銀廠箐村，水庫(kù)所在的積食河發(fā)源于祿豐縣的旱塘箐，屬紅河流域星宿江的一級(jí)支流。水庫(kù)壩址以上控制徑流面積6.8 km2，總庫(kù)容115.1萬(wàn)m3。是一座以灌溉防洪為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合小(Ⅰ)型水利工程。根據(jù)中華人民共和國(guó)頒發(fā)的GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》以及水利部頒發(fā)的SL252-2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，小街水庫(kù)工程等別為IV等，主要永久性水工建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要永久性建筑物級(jí)別為5級(jí)。其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇洪水。

小街水庫(kù)下游保護(hù)基本農(nóng)田120 hm2、人口1800人，及金山鎮(zhèn)部分通訊和電力等設(shè)施以及武定縣在金山鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的電力、通訊線路。

4.2 建立潰壩后果影響評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)圖

小街水庫(kù)潰壩后果影響評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4.3 構(gòu)建判斷矩陣并進(jìn)行權(quán)重計(jì)算

1）A-B 層

構(gòu)建A-B層判斷矩陣，用A表示。

通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，該矩陣的權(quán)重向量，最大特征值，查平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表（表2）。知，故，即該矩陣滿足一致性條件。

2）B-C 層

分別構(gòu)建指標(biāo)層B到因素層C的判斷矩陣，并計(jì)算出相應(yīng)的權(quán)重向量、最大特征值和一致性指標(biāo)，并對(duì)一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果如下：

WB1=（0.3652，0.2251，0.0694，0.2304，0.1099）

WB2=（0.3652，0.2251，0.0694，0.2304，0.1099）

WB3=（0.3652，0.2251，0.0694，0.2304，0.1099）

對(duì)每個(gè)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果均滿足條件，故認(rèn)為矩陣指標(biāo)設(shè)置具有合理性。

3）層次總排序

計(jì)算因素層C相對(duì)于目標(biāo)層A的評(píng)價(jià)組合權(quán)重，結(jié)果列于表3。

對(duì)層次總排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算得CI=0.0626，RI=1.0833，可判斷出其滿足一致性條件，排序結(jié)果能夠反映出各因素對(duì)潰壩后果的影響程度。

表3 層次總排序

4.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)10位專家根據(jù)理論計(jì)算成果及統(tǒng)計(jì)資料，根據(jù)表1給出各因素的評(píng)判來(lái)確定隸屬矩陣。

根據(jù)公式（5）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（7）進(jìn)行模糊運(yùn)算，可得潰壩后果的綜合評(píng)價(jià)向量：

評(píng)語(yǔ)集進(jìn)行量化：

V={1，2，3，4，5}

其中，1，2，3，4，5 分別代表潰壩后果的嚴(yán)重程度為輕微、一般、中等、嚴(yán)重、及其嚴(yán)重。則小街水庫(kù)的潰壩后果綜合評(píng)價(jià)分值為：

根據(jù)最大隸屬度原則，小街水庫(kù)潰壩后果嚴(yán)重程度中等（3級(jí)）。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)潰壩后果評(píng)價(jià)的影響因素進(jìn)行分析，總結(jié)出潰壩后果評(píng)價(jià)主要包括生命損失、財(cái)產(chǎn)損失及社會(huì)環(huán)境影響3個(gè)方面，又對(duì)每一方面因素進(jìn)一步分析，最終形成潰壩后果評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)。運(yùn)用層次分析法計(jì)算各影響因素的權(quán)重值，根據(jù)影響因素劃分等級(jí)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法各影響因素做綜合評(píng)價(jià)。經(jīng)小街水庫(kù)工程實(shí)例驗(yàn)證，模糊層次分析法能較好地反映潰壩后果影響程度，這一方法的運(yùn)用不僅可以得出較為準(zhǔn)確的潰壩后果影響等級(jí)，還能為水庫(kù)群的潰壩后果嚴(yán)重程度進(jìn)行排序，在資金投入有限的情況下，科學(xué)地優(yōu)先對(duì)后果更為嚴(yán)重的水庫(kù)進(jìn)行降險(xiǎn)工作，保證水庫(kù)在風(fēng)險(xiǎn)允許范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

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