鄭霞忠，邵 波，陳 玲，胡宇峰，陳 述

(1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北 宜昌 443002；2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北 宜昌 443002)

近些年，水電廠單機(jī)容量和裝機(jī)規(guī)模越來越大，自動(dòng)化程度越來越高[1]，然而受諸多不安全因素影響，水電廠電力生產(chǎn)突發(fā)事件時(shí)有發(fā)生，且危害程度大。同時(shí)，水電廠運(yùn)行管理人員呈現(xiàn)精簡(jiǎn)化、年輕化趨勢(shì)，工作經(jīng)驗(yàn)和突發(fā)事故處理經(jīng)驗(yàn)不足[2]，加之水電廠地理位置特殊，大部分廠址位于高山峽谷之中，交通不便，突發(fā)事件處理困難[3]；一旦發(fā)生事故，若沒有及時(shí)有效地應(yīng)急救援，輕則影響水電廠生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重則致使人員傷亡或電網(wǎng)大范圍停電，更可能造成電網(wǎng)瓦解等災(zāi)難性后果。因此，開展水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力度量研究對(duì)提高水電廠運(yùn)行人員突發(fā)事件處理能力、保障水電廠安全高效運(yùn)行具有重要意義。

目前，眾多學(xué)者開展關(guān)于如何應(yīng)對(duì)水電廠突發(fā)事件的研究，提出了相應(yīng)的水電廠突發(fā)事件應(yīng)對(duì)措施和建議[4,5]，但大多針對(duì)具體的突發(fā)事件或是宏觀上的統(tǒng)籌，缺乏系統(tǒng)地分析水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力，同時(shí)也較少考慮影響水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力因素之間的內(nèi)在聯(lián)系。鑒于此，本文從安全系統(tǒng)學(xué)理論出發(fā)，建立科學(xué)全面的水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力的二元語義度量模型，旨在科學(xué)系統(tǒng)地刻畫水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力，以期為提高水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力提供理論依據(jù)。

1 指標(biāo)體系

水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力度量是一個(gè)涉及眾多環(huán)節(jié)和諸多因素的復(fù)雜系統(tǒng)工作，為了客觀真實(shí)地刻畫水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力，根據(jù)國家有關(guān)法律法規(guī)、水電廠突發(fā)事件應(yīng)急管理程序及其應(yīng)急能力特性，結(jié)合水電廠運(yùn)行管理專家建議，從多層次和多角度加以考慮和設(shè)計(jì)，綜合考慮各因素間的科學(xué)性、獨(dú)立性、可操作性，建立了包括預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)警、應(yīng)急處置與救援和應(yīng)急恢復(fù)與重建等4個(gè)一級(jí)指標(biāo)及17個(gè)二級(jí)指標(biāo)的水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力指標(biāo)體系。指標(biāo)體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和子準(zhǔn)則層(指標(biāo)層)三部分組成，其遞階層次結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of hydropower emergency response capacity

2 應(yīng)急能力的二元語義度量模型

2.1 二元語義及其集結(jié)算子

二元語義是一種基于符號(hào)轉(zhuǎn)移概念、采用二元組(sk,αk)表示專家語言評(píng)價(jià)信息的方法[6]，其中sk為預(yù)先定義好的語言評(píng)價(jià)集S中的語言短語，αk稱為符號(hào)轉(zhuǎn)移值，表示評(píng)價(jià)結(jié)果與sk的偏差，且滿足αk∈[-0.5,0.5)。

語言評(píng)價(jià)集S是一個(gè)預(yù)先定義好的由奇數(shù)個(gè)語言短語構(gòu)成的有序集合，即S={sk|k=0,1,…,g}，g+1為語言評(píng)價(jià)集中元素的個(gè)數(shù)，其中語言短語sk可以通過轉(zhuǎn)換函數(shù)θ得到相應(yīng)的二元語義形式：

θ:S→S×[-0.5,0.5)

θ(sk)=(sk,0),sk∈S

(1)

設(shè)β∈[0,g]為語言評(píng)價(jià)短語集結(jié)運(yùn)算的數(shù)值結(jié)果，則可由函數(shù)Δ得到與之相對(duì)應(yīng)的二元語義形式：

(2)

式中：round為取整函數(shù)。

同時(shí)，存在一個(gè)逆函數(shù)Δ-1使二元語義(sk,αk)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)值β∈[0,g]：

Δ-1:S×[-0.5,0.5)→[0,g]

Δ-1(sk,αk)=k+αk=β

(3)

若ST={(s1,α1),(s2,α2),…,(sT,αT)}為一組二元語義，W=(w1,w2,…,wT)是與之對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量，則二元語義的加權(quán)算術(shù)平均算子

(4)

2.2 指標(biāo)賦權(quán)

指標(biāo)權(quán)重的確定客觀與否直接關(guān)系到度量結(jié)果的優(yōu)劣。由于度量信息的不完備和專家經(jīng)驗(yàn)判斷的模糊性，水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力度量具有很大的模糊性；在評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性的兩兩比較中，若采用傳統(tǒng)AHP方法往往會(huì)出現(xiàn)不太確定或不太合適的主觀判斷，若采用區(qū)間數(shù)來描述評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要性，能夠充分考慮應(yīng)急能力度量的模糊性，大大減少人為主觀判斷的影響[7]。因此，本文采用區(qū)間層次分析法(IAHP)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，以期盡可能得到客觀合理的指標(biāo)權(quán)重。具體步驟如下：

(1)形成區(qū)間判斷矩陣。參照指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)，采用表1中互反性1～9標(biāo)度對(duì)層次結(jié)構(gòu)中逐層指標(biāo)進(jìn)行區(qū)間標(biāo)量化判斷，形成圖1中目標(biāo)層與準(zhǔn)則層、準(zhǔn)則層與子準(zhǔn)則層之間的區(qū)間判斷矩陣。

(2)矩陣一致性檢驗(yàn)。在專家經(jīng)驗(yàn)判斷時(shí), 可能會(huì)有自相矛盾的現(xiàn)象，因此需對(duì)區(qū)間判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；若不滿足一致性要求，運(yùn)用一致性修正算法進(jìn)行校正或讓專家重新判斷，直至判斷結(jié)果一致[8]。

表1 互反性1～9標(biāo)度Tab.1 Reciprocal 1～9 scalar system

(3)確定指標(biāo)權(quán)重。判斷矩陣元素均為區(qū)間數(shù)，采用區(qū)間特征根法進(jìn)行權(quán)重求解。以區(qū)間數(shù)為元素的向量或矩陣稱為區(qū)間數(shù)向量或區(qū)間數(shù)矩陣，它們的運(yùn)算通常按照向量或數(shù)字矩陣的運(yùn)算定義。設(shè)B=(bth)l×l(t=1,2,…,l;h=1,2,…,l)為區(qū)間判斷矩陣，記B=[B-,B+]，有B-=(b-th)l×l，B+=(b+th)l×l，bth=[b-th,b+th]；同樣，對(duì)區(qū)間向量v=(v1,v2,…,vl)，記vt=[v-t,v+t]，有v-=(v-1,v-2,…,v-l)T，v+=(v+1,v+2,…,v+l)T。按照以上定義，先計(jì)算B-和B+的最大特征值所對(duì)應(yīng)的具有正分量的歸一化特征向量v-、v+，之后根據(jù)式(5)、(6)計(jì)算各層次指標(biāo)權(quán)重向量，確定指標(biāo)權(quán)重。

(6)

2.3 應(yīng)急能力度量模型構(gòu)建

根據(jù)圖1記水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力度量的評(píng)價(jià)指標(biāo)集為A={aj|j=1,2,…,n;n=17}，則與之對(duì)應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重集為WA={wj|j=1,2,…,n;n=17}；假設(shè)有m位專家對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行語言評(píng)價(jià)，記專家集為E={ei|i=1,2,…,m}，專家權(quán)重集為WE={wi|i=1,2,…,m}；記語言評(píng)價(jià)集S={sk|k=0,1,…,6}={極差，很差，差，一般，好，很好，極好}，且rij∈S表示專家ei對(duì)指標(biāo)Aj的評(píng)價(jià)結(jié)果，并將其轉(zhuǎn)化為二元語義形式(rij,0)，則可以得到專家關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的二元語義評(píng)價(jià)矩陣：

(7)

根據(jù)式(8)對(duì)專家給出的評(píng)價(jià)值進(jìn)行集結(jié)，得到指標(biāo)Aj的加權(quán)平均評(píng)價(jià)值：

(8)

集結(jié)指標(biāo)Aj的加權(quán)平均評(píng)價(jià)值和指標(biāo)權(quán)重wj，按照式(9)計(jì)算層次結(jié)構(gòu)各層綜合評(píng)價(jià)值：

(9)

最后將目標(biāo)層即應(yīng)急能力度量綜合評(píng)價(jià)值與最近評(píng)價(jià)語言等級(jí)相比，得出應(yīng)急能力度量最終結(jié)果。

3 算 例

3.1 工程資料

某水電廠是一座以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、灌溉、供水等綜合利用的大型水利工程，總裝機(jī)容量104萬kW，年均發(fā)電量27.54 億kWh，在電力系統(tǒng)中主要承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、事故和負(fù)荷備用，同時(shí)可以提高流域干流的水能調(diào)節(jié)能力，增加下游梯級(jí)電站的發(fā)電效益。該水電廠位于深山峽谷，遠(yuǎn)離城市，交通不便，受人、機(jī)、環(huán)、管等諸多因素的影響，廠區(qū)安全隱患多、涉及面廣而復(fù)雜，突發(fā)事件發(fā)生后往往危害嚴(yán)重，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都會(huì)帶來一系列突發(fā)事件連鎖反應(yīng)。為降低突發(fā)事件危害影響、保障水電廠正常安全運(yùn)行，以水電廠基層、中層和高層管理者作為專家團(tuán)對(duì)該水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

采用IAHP方法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，限于篇幅，僅以目標(biāo)層與準(zhǔn)則層為例進(jìn)行權(quán)重求解。專家按照表1對(duì)準(zhǔn)則層指標(biāo)重要性進(jìn)行判斷，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，得到目標(biāo)層與準(zhǔn)則層形成的區(qū)間判斷矩陣見表2。

表2 區(qū)間判斷矩陣Tab.2 Interval judgment matrix

由表2可知：

然后，運(yùn)用matlab計(jì)算B-和B+的最大特征值及其所對(duì)應(yīng)的具有正分量的歸一化特征向量v-和v+，即v-=(0.361,0.131,0.415,0.093)，v+=(0.331,0.141,0.438,0.090)；再根據(jù)式(5)得出ε=0.859，η=1.119；最后根據(jù)式(6)，得出權(quán)重向量m(Bt)=(0.340,0.135,0.423,0.102)。同理可得其他子準(zhǔn)則層各指標(biāo)關(guān)于準(zhǔn)則層的權(quán)重，見表3。

表3 指標(biāo)權(quán)重值Tab.3 Index weight values

3.3 應(yīng)急能力度量

為方便信息的統(tǒng)計(jì)和分析，將專家團(tuán)分為基層管理專家組e1、中層管理專家組e2和高層管理專家組e3三組，即m=3，設(shè)定專家權(quán)重集為{0.4,0.3,0.3}。根據(jù)客觀實(shí)際，各專家組采用語言評(píng)價(jià)集{極差，很差，差，一般，好，很好，極好}對(duì)該水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。限于篇幅，僅以準(zhǔn)則層預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備Y1及其指標(biāo)為例，專家組對(duì)其語言評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

表4 預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備Y1的語言評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Language evaluation results of prevention andemergency preparedness(Y1)

根據(jù)式(1)將語言評(píng)價(jià)信息轉(zhuǎn)換成二元語義形式，得到各專家組的評(píng)價(jià)矩陣R36：

首先根據(jù)式(8)對(duì)專家組的評(píng)價(jià)值進(jìn)行集結(jié)，得到預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備Y1各指標(biāo)的加權(quán)平均評(píng)價(jià)值分別為(s5,0.3)、(s5,-0.3)、(s4,-0.3)、(s5,0)、(s4,0.3)和(s4,-0.3)；再根據(jù)式(9)，計(jì)算得出準(zhǔn)則層預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備Y1的綜合評(píng)價(jià)值為Δ(4.338)=(s4,0.338)，同理可得Y2、Y3和Y4的綜合評(píng)價(jià)值分別為(s3,0.083)、(s5,-0.360)和(s5,0.223)；最后結(jié)合準(zhǔn)則層各指標(biāo)權(quán)重及其綜合評(píng)價(jià)值，計(jì)算目標(biāo)層即該水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力綜合評(píng)價(jià)值：

4.460+0.102×5.223)=Δ(4.387)=(s4,0.387)

從數(shù)據(jù)分析可以得出，該水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力整體水平為好。經(jīng)進(jìn)一步分析，預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備能力為好、應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力一般、應(yīng)急處置與救援和應(yīng)急恢復(fù)與重建能力很好。因此，該水電廠管理人員應(yīng)加大應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)警方面的資源投入，提高應(yīng)急監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力，同時(shí)也應(yīng)持續(xù)保持預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急處置與救援和應(yīng)急恢復(fù)與重建等方面的資源投入，保障水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力更上一層樓。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)國家法律法規(guī)，結(jié)合相關(guān)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立了水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將區(qū)間層次分析法運(yùn)用于指標(biāo)賦權(quán)中，充分考慮了專家經(jīng)驗(yàn)判斷的模糊性，使指標(biāo)權(quán)重確定更加科學(xué)合理。同時(shí)，為解決水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力度量中存在的模糊性問題，本文構(gòu)建了水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力的二元語義度量模型，該模型能夠系統(tǒng)刻畫水電廠突發(fā)事件應(yīng)急能力，具有很好的適用性和可操作性，為水電廠運(yùn)行管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急能力薄弱環(huán)節(jié)提供了一種科學(xué)有效的方法。

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