王少偉, 蘇懷智, 付啟民

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇 常州 213164;2.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098)

我國(guó)水庫(kù)、水閘、堤防等水利工程大多修建于20世紀(jì)50～70年代,隨著服役老化期的臨近,以及修建時(shí)受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件限制而產(chǎn)生的遺留問(wèn)題,大量工程已逐漸成為病險(xiǎn)工程,由此導(dǎo)致工程潛在風(fēng)險(xiǎn)不斷增大[1-2]。2009年1月全國(guó)水利工作會(huì)議明確指出[3]:“確保2010年底完成全國(guó)6 240座大中型和重點(diǎn)小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固任務(wù),在此基礎(chǔ)上,啟動(dòng)大中型病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固任務(wù),并加快各地小型病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固步伐”。2014年國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)了《中央政府投資項(xiàng)目后評(píng)價(jià)管理辦法》,明確指出需要從技術(shù)水平、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度、可持續(xù)發(fā)展能力、財(cái)務(wù)及經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、資源利用效率、環(huán)境影響等方面對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際效果進(jìn)行評(píng)價(jià),以便總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、形成良性項(xiàng)目決策機(jī)制。截至2016年底,全國(guó)已完成多項(xiàng)病險(xiǎn)水利工程的除險(xiǎn)加固任務(wù),但針對(duì)各工程實(shí)際取得的加固治理效果的系統(tǒng)評(píng)價(jià)尚未全面展開(kāi)。

病險(xiǎn)水利工程安全鑒定結(jié)論是除險(xiǎn)加固決策的依據(jù),也是保證加固治理效果最優(yōu)的基礎(chǔ)。對(duì)此,針對(duì)我國(guó)病險(xiǎn)水利工程數(shù)量多、病險(xiǎn)成因復(fù)雜的特點(diǎn),大量學(xué)者建立了各種形式的安全綜合評(píng)價(jià)體系。吳中如等[4]鑒于我國(guó)大壩建設(shè)和定檢過(guò)程中偏重工程安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,而忽視環(huán)境效益和生態(tài)效益,進(jìn)而提出了大壩服役狀態(tài)評(píng)估應(yīng)遵循社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大、對(duì)環(huán)境與生態(tài)的負(fù)面影響最小或互為和諧共處的總原則,建立了以工程安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和生態(tài)為一級(jí)指標(biāo)的大壩服役性態(tài)綜合評(píng)判模型;何金平[5]以效應(yīng)量監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ),根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置狀況構(gòu)建了大壩健康狀態(tài)綜合診斷指標(biāo)體系的基本框架,同時(shí)認(rèn)為指標(biāo)體系的建立需要考慮普遍性和特殊性?xún)煞矫?張宇華等[6]以多座病險(xiǎn)水閘的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、安全檢測(cè)、復(fù)核計(jì)算和專(zhuān)家意見(jiàn)等資料為基礎(chǔ),從安全狀況、運(yùn)行狀況、耐久狀況和其他因素四方面建立了病險(xiǎn)水閘風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判指標(biāo)體系;馮峰等[7]基于后果逆向擴(kuò)散法對(duì)黃河堤防工程安全影響因子進(jìn)行識(shí)別,建立了以工程因素和非工程因素為準(zhǔn)則層,以堤身因素、堤基因素、隱患因素、河道因素和搶險(xiǎn)因素為指標(biāo)層的黃河堤防工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;蘇懷智等[8-9]在分析影響因素的基礎(chǔ)上,先后建立了海堤安全性、水電站邊坡穩(wěn)定性等方面的綜合評(píng)價(jià)體系,并對(duì)綜合評(píng)價(jià)中所用的主客觀權(quán)重、等級(jí)隸屬度等進(jìn)行了研究;謝婕等[10]從漫堤和潰堤兩方面分別挖掘海堤安全影響因素,構(gòu)建了海堤安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

上述水利工程采用綜合評(píng)價(jià)體系側(cè)重于工程安全,以便根據(jù)此評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)其安全進(jìn)行定級(jí),進(jìn)而決定是否需要除險(xiǎn)加固。而除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)不同于加固前安全鑒定和加固方案優(yōu)選評(píng)估,是目前國(guó)內(nèi)病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固項(xiàng)目后評(píng)價(jià)中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)此,筆者從評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法體系兩方面,重點(diǎn)闡述病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀,并對(duì)今后的發(fā)展提出一些建議。

1 除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前關(guān)于病險(xiǎn)水利工程的綜合評(píng)價(jià)主要是除險(xiǎn)加固前開(kāi)展的安全等級(jí)評(píng)價(jià)和除險(xiǎn)加固方案優(yōu)選評(píng)估,對(duì)于除險(xiǎn)加固效果的綜合評(píng)價(jià)則處于剛剛起步階段,當(dāng)前的除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)主要是對(duì)除險(xiǎn)加固中某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能指標(biāo)的評(píng)估。

1.1 除險(xiǎn)加固效果宏觀定性評(píng)價(jià)

除險(xiǎn)加固效果的定性評(píng)價(jià)主要是基于自然語(yǔ)言,在對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)、工程影響等相關(guān)信息細(xì)致觀察和分析的基礎(chǔ)上,利用決策者的經(jīng)驗(yàn),圍繞工程服役安全性、除險(xiǎn)加固效益、社會(huì)環(huán)境影響等方面,直接對(duì)其等級(jí)水平、好壞程度、演變趨勢(shì)等給出一個(gè)定性結(jié)論。

a. 在除險(xiǎn)加固后工程服役安全性方面,其定性評(píng)價(jià)主要是以監(jiān)測(cè)資料分析和現(xiàn)場(chǎng)檢查為主,根據(jù)荷載與環(huán)境因素協(xié)同作用下的工程效應(yīng)量來(lái)反饋加固后工程的安全穩(wěn)定性。趙凌云等[11]根據(jù)1998年湖北省長(zhǎng)江堤防34處潰口應(yīng)急整治后在1999年汛期特大洪水時(shí)的險(xiǎn)情狀況,對(duì)加固治理效果進(jìn)行了定性分析評(píng)價(jià),結(jié)果表明此次應(yīng)急整治達(dá)到了預(yù)期效果,有效減輕了1999年特大洪水時(shí)的堤防險(xiǎn)情;邴強(qiáng)興等[12]結(jié)合棘洪灘水庫(kù)大壩干砌石護(hù)坡內(nèi)坡采用現(xiàn)澆混凝土板加固后1997—2009年的運(yùn)行狀況,認(rèn)為在經(jīng)歷冬季低于零下10℃寒冷氣溫和長(zhǎng)期風(fēng)速為25 m/s的風(fēng)浪沖擊下加固工程沒(méi)有發(fā)生破壞,表明采用現(xiàn)澆混凝土板加固水庫(kù)干砌石護(hù)坡是成功的,且經(jīng)濟(jì)效益較好;蘇懷智等[13]基于原位變形監(jiān)測(cè)資料反演壩體和壩基的彈性模量,評(píng)價(jià)加固治理對(duì)提高大壩材料性能的長(zhǎng)期效果;蔡蓁[14]根據(jù)北溪水閘測(cè)壓管水位在閘基防滲加固后的明顯下降效應(yīng),認(rèn)為采用抓斗成槽法修建混凝土防滲墻的加固方案是合理的,加固治理效果是明顯的。

b. 在除險(xiǎn)加固效益及其社會(huì)環(huán)境影響方面,其定性評(píng)價(jià)主要是對(duì)病險(xiǎn)工程加固治理在降低風(fēng)險(xiǎn)、消除安全隱患、增加受益、改善生態(tài)環(huán)境等方面的促進(jìn)作用及可能產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行宏觀分析,以便權(quán)衡利弊和提出改善措施。綦中躍等[15]針對(duì)密云水庫(kù)1998—2004年間的除險(xiǎn)加固工程,從工程效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三方面對(duì)除險(xiǎn)加固工程綜合效益進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià),結(jié)果表明此階段除險(xiǎn)加固效果較好;陳鳳等[16]結(jié)合江蘇省徐州市石灰?guī)r地區(qū)5座小型水庫(kù)庫(kù)底滲漏問(wèn)題的治理,認(rèn)為病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固在促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)、提升地區(qū)防洪保障能力、發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉、改善城鄉(xiāng)供水和生態(tài)環(huán)境等方面具有明顯的社會(huì)效益;楊世華等[17]針對(duì)黃河下游堤防加固工程,基于工程施工前、過(guò)程中和結(jié)束后的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及工地實(shí)時(shí)狀況,分析了加固工程對(duì)環(huán)境的有利影響和不利影響,由此表明大中型水利工程施工過(guò)程中采取環(huán)境保護(hù)措施的必要性。

1.2 除險(xiǎn)加固單一效能量化評(píng)價(jià)

病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固治理單一效能的量化評(píng)價(jià)主要包括加固治理后單功能指標(biāo)提升程度評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)、施工質(zhì)量評(píng)價(jià)三方面。

a. 加固治理后單功能指標(biāo)提升程度評(píng)價(jià)目前主要是針對(duì)病險(xiǎn)水利工程在防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲透穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性、抗震安全性、地基承載力、消能防沖、建筑結(jié)構(gòu)老化、泥沙淤積等方面的病險(xiǎn)問(wèn)題,基于數(shù)值模擬、理論計(jì)算、監(jiān)測(cè)反分析等方法來(lái)對(duì)比加固前后上述功能指標(biāo)的變化情況,以此評(píng)價(jià)本次除險(xiǎn)加固所取得的工程治理效果。盧曉鵬[18]通過(guò)開(kāi)挖、鉆孔壓水試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)云南省白鶴水庫(kù)防滲加固中的高壓噴射灌漿加固效果進(jìn)行了分析,加固后平均滲透系數(shù)為0.68×10-6cm/s,壩腳滲水量由98.6 L/s降至0.35 L/s;張建華等[19]針對(duì)峽江12號(hào)閘墩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求的問(wèn)題,研究了底板加厚和布置錨筋樁兩種加固措施的提升效果;Chen等[20]提出利用錨桿加固方案來(lái)提升小溪水電站重力壩壩基抗滑穩(wěn)定性,由剛體極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法得到的1號(hào)壩段抗滑穩(wěn)定系數(shù)加固前分別為3.29和2.0，加固后分別為4.34和2.8;楊寶全等[21]以汶川地震中受損嚴(yán)重的蒼溪縣紅旗水庫(kù)土石壩為例,通過(guò)理論計(jì)算對(duì)其上游壩坡放緩培厚加固措施進(jìn)行分析,結(jié)果表明此加固治理使壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)由1.098～1.145提升到1.262～1.698。

表1 病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

注:病險(xiǎn)水庫(kù)的擋水建筑物在實(shí)際中主要為土石壩。

b. 除險(xiǎn)加固工程經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估最常用的方法是基于加固前后防洪、灌溉、供水等工程效益增量與除險(xiǎn)加固費(fèi)用之間的關(guān)系進(jìn)行國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),以及采用新技術(shù)、新材料等所帶來(lái)的額外經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估,以此評(píng)價(jià)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施的經(jīng)濟(jì)合理性。例如,無(wú)錫市錫澄運(yùn)河三級(jí)航道整治工程中為節(jié)約天然骨料,同時(shí)為了解決廢棄混凝土的堆放、占地和環(huán)境污染等問(wèn)題,使用C25等級(jí)再生骨料混凝土(RAC)約10萬(wàn)m3,直接節(jié)省工程造價(jià)125萬(wàn)元[22]。而病險(xiǎn)水利工程一旦失事,將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失、生命損失及社會(huì)環(huán)境影響,因此除險(xiǎn)加固治理帶來(lái)的不僅僅是直接工程效益的增加,因加固治理而避免的潛在風(fēng)險(xiǎn)損失同樣需要考慮。對(duì)此,胡江等[23]在潰壩風(fēng)險(xiǎn)率和潰壩生命損失估算的基礎(chǔ)上,以加固前后潰壩風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生命質(zhì)量指數(shù)增量與最大社會(huì)愿意支付費(fèi)用之間的關(guān)系來(lái)定量評(píng)價(jià)除險(xiǎn)加固效應(yīng),并以此作為病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固資金投入的決策準(zhǔn)則;劉曾美等[24]基于Copula函數(shù)和GIS技術(shù),以有無(wú)治澇工程情況下減少的洪澇損失為目標(biāo),構(gòu)建了變化環(huán)境下治澇效益的分析計(jì)算模型,可為治澇工程建設(shè)的合理決策提供依據(jù);何曉燕等[25]在系統(tǒng)收集水庫(kù)潰壩后果資料的基礎(chǔ)上,建立了水庫(kù)潰壩社會(huì)影響及環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和量化方法;魏洪濤等[26]針對(duì)巴家嘴水庫(kù)除險(xiǎn)加固的經(jīng)濟(jì)效益主要是降低潰壩概率,避免潰壩淹沒(méi)損失，在有、無(wú)除險(xiǎn)加固工程情況下水庫(kù)潰壩發(fā)生概率和一次性損失分析的基礎(chǔ)上,以減少的潛在潰壩損失來(lái)評(píng)價(jià)除險(xiǎn)加固工程效益,由此得出近期效益較小、后期效益逐年增加的規(guī)律。

c. 除險(xiǎn)加固工程施工質(zhì)量評(píng)價(jià)目前主要是采用與新建工程相同或類(lèi)似的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法。然而加固治理不同于新建工程,其影響因素更多、更復(fù)雜,且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性,因此除了參照常規(guī)新建工程施工質(zhì)量的檢測(cè)方法外,加固治理后隱患部位的原位監(jiān)測(cè)反饋分析能更好地反映除險(xiǎn)加固工程施工質(zhì)量。齊建堂等[27]基于防滲墻施工過(guò)程中的混凝土拌和質(zhì)量、糟孔質(zhì)量和墻體質(zhì)量等施工質(zhì)量檢測(cè)資料,以及除險(xiǎn)加固后的測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)黃壁莊水庫(kù)副壩除險(xiǎn)加固防滲工程施工質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明其施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;徐光磊等[28]從前期工作、建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)資金三方面評(píng)價(jià)了病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程質(zhì)量,調(diào)查分析結(jié)果表明建設(shè)資金不足、勘探工作不足、鑒定工作不到位和施工質(zhì)量差是影響除險(xiǎn)加固效果的主要因素。

1.3 除險(xiǎn)加固效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)、多層次,且包含大量模糊性和不確定性的復(fù)雜分析評(píng)價(jià)問(wèn)題,其指標(biāo)體系的構(gòu)建需要遵循科學(xué)性、全面性、可操作性、定性與定量相結(jié)合的原則,在制定總體評(píng)價(jià)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,再根據(jù)工程實(shí)際特征將其拆解成不同的子目標(biāo),以及便于量化和描述的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)。針對(duì)病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果的綜合評(píng)價(jià),目前尚缺乏系統(tǒng)、完善的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,部分研究者基于不同的評(píng)價(jià)目的,從治理效果、工程安全性、工程質(zhì)量、實(shí)施績(jī)效、工程效益及影響等方面進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示[29-35]。吳煥新[29]從除險(xiǎn)加固方案、加固治理功能指標(biāo)康復(fù)程度和除險(xiǎn)加固治理影響三方面建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并用于石貶峪水庫(kù)加固治理效果評(píng)價(jià),結(jié)果表明該水庫(kù)復(fù)合土工膜防滲加固效果非常好;王寧等[36]結(jié)合房山水庫(kù)除險(xiǎn)加固實(shí)際情況,在吳煥新所建指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了指標(biāo)取舍,并邀請(qǐng)專(zhuān)家以該工程為背景重新進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的兩兩比較;張計(jì)[31]基于大壩安全量化綜合評(píng)價(jià)體系,以加固前后大壩安全綜合評(píng)價(jià)系數(shù)的提升程度作為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)劃分相應(yīng)的評(píng)價(jià)集,實(shí)現(xiàn)從大壩安全的角度來(lái)量化評(píng)價(jià)除險(xiǎn)加固治理效果,基于該評(píng)價(jià)方法得到張家咀水庫(kù)安全系數(shù)由加固前的0.274提升到加固后的0.924,使水庫(kù)由極不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅０踩珷顟B(tài);盧欣[30]提出了從前期工作、施工過(guò)程、加固后運(yùn)行性態(tài)和工程效益四方面建立病險(xiǎn)水庫(kù)加固后評(píng)價(jià)體系的思路,并以江西省玉山縣七一水庫(kù)除險(xiǎn)加固后運(yùn)行性態(tài)為例,開(kāi)展了指標(biāo)體系建立、指標(biāo)內(nèi)涵解釋、權(quán)重確定等工作,評(píng)價(jià)結(jié)果表明七一水庫(kù)加固后運(yùn)行性態(tài)處于“很好”的狀態(tài),加固效果達(dá)到了預(yù)期目的;盧振園等[34]從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三方面建立了宿遷閘除險(xiǎn)加固工程影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,評(píng)價(jià)結(jié)果表明宿遷閘除險(xiǎn)加固明顯改善了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活環(huán)境,加固效果介于成功與完全成功之間的概率為78%;馬壯等[35]建立了針對(duì)病險(xiǎn)水利工程加固治理全過(guò)程的后評(píng)價(jià)體系,并將其用于南四湖二級(jí)壩第二節(jié)制閘,評(píng)價(jià)結(jié)果表明該加固治理工程的過(guò)程效果屬于2級(jí)—成功;黃顯峰等[32]從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三方面建立了病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并將其用于宜昌市小溪塔黑灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程,結(jié)果表明大部分效益指標(biāo)值達(dá)到了預(yù)期效益值,但水土流失指標(biāo)效益較差,后期應(yīng)加強(qiáng)水土保持措施的力度。

上述工程實(shí)踐表明,影響病險(xiǎn)水閘、大壩等水利工程除險(xiǎn)加固效果的關(guān)鍵因素是安全鑒定結(jié)論的準(zhǔn)確性、加固設(shè)計(jì)方案對(duì)恢復(fù)其設(shè)計(jì)功能的可行性和經(jīng)濟(jì)性、施工質(zhì)量等。對(duì)此,王少偉等[37]依據(jù)《中央政府投資項(xiàng)目后評(píng)價(jià)管理辦法》,并結(jié)合病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固工程的特點(diǎn),建立了由安全鑒定結(jié)論準(zhǔn)確性、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案、服役性能提升程度、除險(xiǎn)加固經(jīng)濟(jì)效益和除險(xiǎn)加固可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)5個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和21個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固的程序、目的、效益等具有一定的相似性,尤其是水庫(kù)大壩與水閘,因此其他病險(xiǎn)水利工程的除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)可參照此指標(biāo)體系,再結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行指標(biāo)的刪減,并修正指標(biāo)權(quán)重。

2 除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)方法體系

鑒于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是由多個(gè)層次的子指標(biāo)組成,且同層子指標(biāo)對(duì)其上層指標(biāo)具有不同的貢獻(xiàn)度,因此綜合評(píng)價(jià)中的方法體系主要包括加固治理效果評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分、各評(píng)價(jià)指標(biāo)屬性的量化、評(píng)價(jià)指標(biāo)融合權(quán)重的確定等,以便將細(xì)化的多個(gè)基礎(chǔ)層指標(biāo)評(píng)價(jià)屬性融合生成一個(gè)簡(jiǎn)單明確的加固治理效果綜合評(píng)價(jià)值或評(píng)價(jià)等級(jí)。

2.1 除險(xiǎn)加固治理效果評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分

評(píng)價(jià)等級(jí)劃分是綜合評(píng)價(jià)的前提,以便根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同等級(jí)下的賦值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)值對(duì)應(yīng)的等級(jí)屬性。目前水利工程中使用的評(píng)價(jià)等級(jí)主要是三級(jí)制至五級(jí)制。其中,三級(jí)制主要源于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),例如壩工領(lǐng)域所依據(jù)的《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》中一類(lèi)壩、二類(lèi)壩和三類(lèi)壩3種安全狀況,或《水電站大壩運(yùn)行安全監(jiān)督管理規(guī)定》中正常壩、病壩和險(xiǎn)壩3種安全等級(jí)。鑒于三級(jí)制略顯粗糙,五級(jí)制目前應(yīng)用較多,同時(shí)部分評(píng)價(jià)者采用四級(jí)制,對(duì)應(yīng)的描述語(yǔ)言可歸納為:四級(jí)制“優(yōu)、良、中、差”,五級(jí)制“很好、較好、一般、較差和很差”或“完全成功、較成功、基本成功、不成功、失敗”等[29-32,34-35]。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)融合權(quán)重的確定方法

權(quán)重的作用在于區(qū)分指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度,以便據(jù)此將多個(gè)下層指標(biāo)值融合成單一的上層指標(biāo)值,權(quán)重確定的合理與否,直接關(guān)系到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的可信程度。目前常用的指標(biāo)融合權(quán)重主要是基于主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和組合賦權(quán)法等確定的點(diǎn)值權(quán)重。

a. 主觀賦權(quán)法。該方法是一種定性方法,利用決策者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)給出各指標(biāo)的權(quán)重,主要包括德?tīng)柗?Delphi)法、相對(duì)比較法、層次分析(AHP)法等,其中AHP法通過(guò)構(gòu)造基于兩兩因素比較的判斷矩陣而實(shí)現(xiàn)對(duì)定性問(wèn)題的定量分析,因而簡(jiǎn)單實(shí)用[38]。盛金保等[39]基于潰壩后果綜合評(píng)價(jià)對(duì)河南省安陽(yáng)市10座小型病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序時(shí),采用AHP法確定的潰壩生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)與環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)分別為0.737、0.105和0.158。然而,主觀賦權(quán)法受人為主觀因素的干擾較大,因此為了降低主觀隨意性,需要對(duì)多位專(zhuān)家賦權(quán)結(jié)果進(jìn)行信息融合,目前常用方法為對(duì)專(zhuān)家賦予相同或不同的權(quán)威性系數(shù)后,再進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的加權(quán)平均處理。其中,根據(jù)專(zhuān)家賦權(quán)結(jié)果與專(zhuān)家組整體賦權(quán)結(jié)果的偏差程度來(lái)計(jì)算其權(quán)威性系數(shù)的方法較為客觀公正。孫德忠等[40]將專(zhuān)家組主觀權(quán)重矩陣的相關(guān)系數(shù)作為對(duì)專(zhuān)家權(quán)威系數(shù)的賦權(quán),通過(guò)相關(guān)系數(shù)矩陣與指標(biāo)權(quán)重矩陣的乘積計(jì)算加權(quán)權(quán)重矩陣,并循環(huán)處理至最終收斂后,再對(duì)其歸一化處理即可得到融合整個(gè)專(zhuān)家組意見(jiàn)的主觀權(quán)重。

b. 客觀賦權(quán)法。該方法是一種基于指標(biāo)數(shù)據(jù)信息的定量方法,主要有變異系數(shù)法、熵權(quán)法、主成分分析法、投影尋蹤(PP)法、粗糙集理論法等。Lei等[41]在建立高混凝土壩空間變形熵預(yù)警指標(biāo)時(shí),基于監(jiān)測(cè)所得各測(cè)點(diǎn)位移時(shí)間序列,采用PP法擬定了各測(cè)點(diǎn)變形熵融合時(shí)的權(quán)重,且測(cè)點(diǎn)權(quán)重值隨季度變化;Gu等[42]在進(jìn)行碾壓混凝土壩滲流性態(tài)綜合評(píng)價(jià)時(shí),基于熵權(quán)所反映的指標(biāo)信息有序度差異性,擬定了多測(cè)點(diǎn)預(yù)測(cè)殘差和時(shí)效分量的權(quán)重。綜合而言,客觀賦權(quán)法可以有效地反映評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息和差異性,但完全忽略了主觀信息,僅以指標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),有時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)理推斷得到的權(quán)重系數(shù)明顯不合理。

c. 組合賦權(quán)法。該方法是將主觀賦權(quán)法得到的主觀權(quán)重和客觀賦權(quán)法得到的客觀權(quán)重相組合,因而既充分利用了決策者知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的主觀性,又兼顧了指標(biāo)信息所包含的客觀性。最常用且簡(jiǎn)單有效的方法就是將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重直接進(jìn)行線性組合,但其準(zhǔn)確性依賴(lài)于采用的組合系數(shù),其中平均線性組合法采用較多,即主、客觀權(quán)重各采用0.5的組合系數(shù)。周紅梅[43]在評(píng)價(jià)臥龍山水庫(kù)重力壩安全性、朱蓓等[44]在評(píng)價(jià)三板溪水電站堆石壩面板健康狀態(tài)、楊海平[45]在評(píng)價(jià)某土石壩安全性時(shí),分別采用AHP-PP、AHP-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AHP-熵權(quán)的組合方案,主、客觀權(quán)重各采用0.5的組合系數(shù)。除此之外,通過(guò)對(duì)主、客觀權(quán)重之間的差異程度進(jìn)行優(yōu)化,也是常用的主客觀組合權(quán)重確定方法,如組合最小二乘法、最小信息熵原理法、距離函數(shù)法和最小偏差法等。Zhang等[46]在進(jìn)行烏東德水電站庫(kù)區(qū)泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí),基于最小偏差法計(jì)算得到的AHP法和熵權(quán)法各自組合系數(shù)分別為0.47和0.53,接近主、客觀平均線性組合方案。

在指標(biāo)權(quán)重表示方法方面,目前主要采用的是以點(diǎn)值表示的確定性權(quán)重。然而,綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中,評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集的非全面性、原始數(shù)據(jù)信息的不確定性、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)量化的非精確性等,導(dǎo)致在很多情況下無(wú)法較好地以點(diǎn)值來(lái)準(zhǔn)確描述評(píng)價(jià)對(duì)象;同時(shí),作為加固治理效果評(píng)語(yǔ)集的“很好、較好、一般、較差和很差”等評(píng)價(jià)等級(jí),也不是一個(gè)“點(diǎn)”的概念,而是一個(gè)范圍。對(duì)此,部分學(xué)者認(rèn)為以非點(diǎn)值形式表示的評(píng)價(jià)結(jié)論有利于更好地體現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的相對(duì)合理性,這其中就包含非點(diǎn)值權(quán)重,如陳旭東[47]在評(píng)價(jià)碾壓混凝土工作性態(tài)時(shí)使用了區(qū)間權(quán)重；張秋文等[48]在評(píng)價(jià)水庫(kù)誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)時(shí)使用了云模型權(quán)重等。與傳統(tǒng)點(diǎn)值權(quán)重相比,非點(diǎn)值權(quán)重不僅對(duì)指標(biāo)相對(duì)重要性進(jìn)行了比較,也對(duì)評(píng)價(jià)語(yǔ)言的模糊性和離散性有了更加客觀的描述,因而更符合人類(lèi)語(yǔ)言習(xí)慣。對(duì)此,王少偉等[49]基于所建包含5個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)和21個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)對(duì)41份專(zhuān)家權(quán)重打分調(diào)查問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)分析,擬定了評(píng)價(jià)指標(biāo)融合的點(diǎn)值權(quán)重、區(qū)間權(quán)重和云模型權(quán)重,結(jié)果表明經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)2個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重取值范圍較大,但離散性較小,而7種服役性能提升程度二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重取值范圍較小,建議優(yōu)先采用確定性權(quán)重以減少計(jì)算量。

2.3 綜合評(píng)價(jià)等級(jí)的確定方法

綜合評(píng)價(jià)等級(jí)的確定需要以基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)信息為基礎(chǔ)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),評(píng)價(jià)指標(biāo)按其能否用精確數(shù)值描述分為兩類(lèi):定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。前者具有一定的模糊性和不確定性,主要基于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)或工程類(lèi)比來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)判性描述;后者可以根據(jù)理論計(jì)算得出,如除險(xiǎn)加固效果功能指標(biāo)提升程度中的抗滑穩(wěn)定性,直接通過(guò)抗滑力與滑動(dòng)力的比值得到加固前后的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。目前常用的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)確定方法可歸納為兩類(lèi),分別是基于加權(quán)綜合評(píng)分值和最大等級(jí)隸屬度的確定方法。

a. 基于加權(quán)綜合評(píng)分值的評(píng)價(jià)方法。該方法首先需要標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)值,然后逐層加權(quán)匯總各評(píng)價(jià)指標(biāo)值得到綜合評(píng)價(jià)值,最后再根據(jù)事先擬定的評(píng)價(jià)等級(jí)及其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值范圍來(lái)確定其綜合評(píng)價(jià)等級(jí)[29-31,35-36]。該類(lèi)方法中,由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱不統(tǒng)一,且各指標(biāo)的優(yōu)化準(zhǔn)則不一致,因此其關(guān)鍵在于根據(jù)事先擬定的各評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值取值范圍,對(duì)基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,其中定性評(píng)價(jià)指標(biāo)多采用專(zhuān)家打分法,定量評(píng)價(jià)指標(biāo)則按效益型、成本型、固定型、區(qū)間型、偏離型等不同的指標(biāo)類(lèi)型,采用線性函數(shù)或非線性函數(shù)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

b. 基于最大等級(jí)隸屬度的評(píng)價(jià)方法。該方法首先從基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)開(kāi)始,分別計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的單一隸屬度,然后加權(quán)匯總生成目標(biāo)層的綜合隸屬度,并以最大綜合隸屬度對(duì)應(yīng)的等級(jí)作為綜合評(píng)價(jià)等級(jí)[32,34]。與基于加權(quán)綜合評(píng)分值的評(píng)價(jià)方法不同的是,該方法需要首先確定基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度。對(duì)于定性評(píng)價(jià)指標(biāo),通常多采用等級(jí)比重法;定量評(píng)價(jià)指標(biāo)則需要事先對(duì)每一個(gè)底層評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)取值范圍的劃分,再根據(jù)選取的隸屬函數(shù)計(jì)算其等級(jí)隸屬度。目前常用的該類(lèi)方法主要是模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)法、可拓綜合評(píng)價(jià)法等,但這些方法大多只針對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程中的模糊性或隨機(jī)性,沒(méi)有同時(shí)兼顧兩者的影響。對(duì)此,大量學(xué)者將能同時(shí)考慮模糊性和隨機(jī)性的云模型理論引入到綜合評(píng)價(jià)中,通過(guò)建立評(píng)語(yǔ)集云模型和等級(jí)隸屬度云模型,使得評(píng)價(jià)等級(jí)不再采用明晰的區(qū)間劃分,更加符合人類(lèi)語(yǔ)言習(xí)慣[50-51]。

3 研究展望

a. 構(gòu)建能兼顧病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固治理效果通用性和特殊性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固涉及面廣,各工程的病險(xiǎn)問(wèn)題既有共性部分,又有各自的特殊性?，F(xiàn)有的加固治理單一效能評(píng)價(jià)方法主要為針對(duì)工程安全、經(jīng)濟(jì)效益等某一方面的評(píng)價(jià)方法,均無(wú)法完全兼顧加固治理效果評(píng)價(jià)的通用性和特殊性。因此,需要在分析水利工程病險(xiǎn)成因和主要加固措施的基礎(chǔ)上,深入挖掘病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果的影響因素,構(gòu)建能同時(shí)兼顧加固治理效果通用性和特殊性的病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以便對(duì)同類(lèi)除險(xiǎn)加固工程進(jìn)行類(lèi)比評(píng)價(jià)和反饋指導(dǎo)。

b. 基于云模型進(jìn)行病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果的綜合評(píng)價(jià)。除險(xiǎn)加固效果綜合評(píng)價(jià)中獲取的基礎(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)信息、評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重等均包含大量的不確定性;同時(shí),作為加固治理效果評(píng)語(yǔ)集的“很好、較好、一般、較差和很差”等評(píng)價(jià)等級(jí),也不是一個(gè)“點(diǎn)”的概念,而是一個(gè)范圍。結(jié)合當(dāng)前綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域中使用的云模型理論,研究建立病險(xiǎn)水利工程除險(xiǎn)加固效果的評(píng)語(yǔ)集云模型、評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重云模型和隸屬度云模型,進(jìn)而同時(shí)反映評(píng)價(jià)指標(biāo)信息、權(quán)重和評(píng)語(yǔ)集的不確定性,并將不確定信息中的模糊性和隨機(jī)性有機(jī)結(jié)合起來(lái),以提高綜合評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性和精確性。

c. 強(qiáng)化除險(xiǎn)加固效果評(píng)價(jià)中的可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)。當(dāng)前水閘除險(xiǎn)加固中涉及大量的混凝土結(jié)構(gòu)拆除重建工程,若將此廢棄混凝土塊用于制備RAC,既可解決資源短缺問(wèn)題,也可解決加固治理引起的部分環(huán)境污染問(wèn)題;此外,部分除險(xiǎn)加固工程存在加固后短期內(nèi)的反復(fù)加固問(wèn)題,因此需要對(duì)本次加固治理后工程的預(yù)期服役壽命及后期加固治理的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性等可持續(xù)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。