黃夢(mèng)婷，李建國(guó)

（安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會(huì)）水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088）

水庫(kù)大壩具有重要的防洪、治澇、灌溉等功能，對(duì)于保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮著不可替代的作用，一旦出現(xiàn)安全隱患，將給當(dāng)?shù)厝嗣裨斐呻y以挽回的損失。因此，適時(shí)地進(jìn)行水庫(kù)安全鑒定對(duì)于長(zhǎng)久發(fā)揮工程效益具有重要意義。為了對(duì)水庫(kù)大壩的安全性作出分析評(píng)價(jià)，2017年1月9日，水利部發(fā)布《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2017替代 SL258-2000），對(duì)《導(dǎo)則》適用范圍、鑒定要求、章節(jié)內(nèi)容等進(jìn)行了調(diào)整，但《導(dǎo)則》中將防洪安全、結(jié)構(gòu)安全等指標(biāo)的重要程度視為同等，評(píng)價(jià)時(shí)以最低等級(jí)作為大壩安全級(jí)別，難以體現(xiàn)出不同指標(biāo)在大壩安全鑒定中的重要程度[1]。為解決這一問題，本文引入改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)法，從防洪能力、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、輸泄水建筑物、運(yùn)行管理等五個(gè)方面對(duì)大壩安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，所述方法對(duì)于國(guó)內(nèi)同行開展水庫(kù)安全鑒定工作具有一定借鑒意義[2-4]。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

結(jié)合現(xiàn)有研究成果，本文選取防洪能力、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、輸泄水建筑物、運(yùn)行管理作為指標(biāo)體系準(zhǔn)則層，在此基礎(chǔ)上選取17項(xiàng)典型二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)（包括定性與定量指標(biāo)）構(gòu)成體系的指標(biāo)層，結(jié)果如圖1所示。

圖1 水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 水庫(kù)安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1 模糊層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

目前，權(quán)重系數(shù)的確定主要包括主觀賦權(quán)評(píng)價(jià)法和客觀賦權(quán)評(píng)價(jià)法兩大類，具體來(lái)說(shuō)主要有層次分析法、指數(shù)加權(quán)法、熵值法、TOPSIS法等，不同的方法又有不同的適用條件，考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊不確定性，本文選用改進(jìn)的模糊層次分析法來(lái)確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，具體步驟如下[5]。

2.1.1 構(gòu)造判斷矩陣

利用改進(jìn)的三標(biāo)度法替代傳統(tǒng)九標(biāo)度法，構(gòu)建互補(bǔ)型模糊判斷矩陣E=（fij）n×n。

式（1）中，C(i)、C(j)——指標(biāo)fi和fj的相對(duì)重要程度。

將模糊判斷矩陣E=（fij）n×n改造成模糊一致性判斷矩陣R=（fij）n×n，轉(zhuǎn)換公式如下:

2.1.2 權(quán)重計(jì)算

①求權(quán)重向量。利用和行歸一法，即對(duì)模糊一致性判斷矩陣求行和并歸一化，可得權(quán)重向量，公式如下：

②建立互反型矩陣。將互補(bǔ)型矩陣R=(Rij)n×n變?yōu)榛シ葱途仃嘠=(qij)n×n，轉(zhuǎn)換公式如下：

③求精度較高的權(quán)重向量。以權(quán)重向量W（0）作為特征值法的迭代初值V0，公式如下：

若 ||Vk+1||∞-||Vk||∞＜ε（ε≤0.001），則即為最大特征值，將進(jìn)行歸一化處理，即所得向量=即權(quán)重向量，迭代結(jié)束。

2.2 模糊關(guān)系矩陣的構(gòu)建

在確定指標(biāo)隸屬度時(shí)，由于各項(xiàng)指標(biāo)存在模糊性強(qiáng)、量化困難等問題，采用客觀的邏輯計(jì)算方法難以有效的反映各指標(biāo)的真實(shí)隸屬度，為解決好這一問題，借鑒各位專家的管理經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放調(diào)查問卷，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，并以此為依據(jù)計(jì)算各指標(biāo)隸屬度值[6-7]。

2.2.1 評(píng)價(jià)對(duì)象因素集和評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)文中構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集，總的因素集 U={u1、u2、u3、u4、us}，依次代表防洪能力、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)和運(yùn)行管理，其相應(yīng)的單因素評(píng)價(jià)集依次為 u1={u11、u12、u13}，u2={u21、u22、u23、u24、u25}，u3={u31、u32、u33}、u4={u41、u42、u43}、u5={u51、u52、u53}。

確定評(píng)語(yǔ)等級(jí) V={v1、v2、v3、v4、v5}，依次代表安全可靠、基本安全、安全性差、不安全、極不安全等5個(gè)級(jí)別，每一級(jí)別分別對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集。

2.2.2 確定模糊關(guān)系矩陣

根據(jù)所確定的等級(jí)模糊子集，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象中的每個(gè)因素ui（i=1，2……，m）進(jìn)行量化，進(jìn)而確定各個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)各等級(jí)模糊子集的隸屬度R1，最終得到模糊關(guān)系矩陣。

2.2.3 合成模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目區(qū)概況

某水庫(kù)地處淮河流域，江淮丘陵地形，水庫(kù)總庫(kù)容45.2萬(wàn)m3。水庫(kù)主要功能涵蓋防洪、灌溉及水面養(yǎng)殖等，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅴ等，主要永久性建筑物級(jí)別為5級(jí)，2010年該水庫(kù)進(jìn)行一次除險(xiǎn)加固工程，2017年入汛以后，水庫(kù)一直處于高水位運(yùn)行狀態(tài)，壩腳部分出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，影響大壩的安全運(yùn)行。

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)文中所構(gòu)建的大壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于matlab的矩陣計(jì)算功能按照式2.1～2.6所示步驟對(duì)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行迭代計(jì)算，經(jīng)過(guò)8次迭代（計(jì)算精度為0.001）求得水庫(kù)安全評(píng)價(jià)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重如表1所示。

某水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重表 表1

3.3 模糊關(guān)系矩陣R的確定

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)專家的水庫(kù)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，采用問卷調(diào)查的形式邀請(qǐng)同行十余位專家對(duì)水庫(kù)安全評(píng)價(jià)體系中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打分，經(jīng)過(guò)篩選整理，回收有效問卷10份，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分結(jié)果匯總得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度關(guān)系表。

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，推求指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中防洪能力(u1)、結(jié)構(gòu)安全(u2)、滲流安全(u3)、金屬結(jié)構(gòu)(u4)、運(yùn)行管理(u5)等二級(jí)隸屬度模糊關(guān)系矩陣，依次為R1、R2、R3、R4、R5，其中:

某水庫(kù)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度關(guān)系表 表2

3.4 水庫(kù)大壩安全模糊綜合評(píng)價(jià)

3.4.1 多級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)

根據(jù)改進(jìn)的模糊層次分析法所確定的指標(biāo)權(quán)重W1、W2、W3、W4、W5及二級(jí)隸屬度矩陣 R1、R2、R3、R4、R5可分別對(duì)水庫(kù)大壩安全鑒定的防洪能力、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理進(jìn)行多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如下。

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)最大隸屬度原則，水庫(kù)大壩防洪能力、結(jié)構(gòu)安全、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理評(píng)價(jià)等級(jí)依次為安全可靠、安全性差、安全可靠、安全可靠、基本安全，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。

3.4.2 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)文中3.4.1多級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，可對(duì)水庫(kù)安全進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，其中綜合評(píng)價(jià)隸屬度矩

綜合權(quán)重 W=（0.251，0.425，0.160，0.102，0.061），據(jù)此可得該水庫(kù)大壩安全鑒定結(jié)果

從上述模糊評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，約有34%的專家認(rèn)為本次水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)結(jié)果為安全可靠，29.7%的專家認(rèn)為本次水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)結(jié)果為基本安全，26.6%的專家認(rèn)為本次水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)結(jié)果為安全性差，根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)最大隸屬度原則，該水庫(kù)大壩安全評(píng)定等級(jí)為安全可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)水庫(kù)安全評(píng)價(jià)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)水庫(kù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的問題，為水庫(kù)的安全運(yùn)營(yíng)提供有力的保障。本文基于模糊綜合評(píng)價(jià)的大壩安全鑒定方法，從防洪、結(jié)構(gòu)、滲流、金屬結(jié)構(gòu)、運(yùn)行管理等方面系統(tǒng)地對(duì)大壩現(xiàn)狀進(jìn)行分析論證，評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠，符合壩區(qū)運(yùn)行管理的實(shí)際情況，對(duì)于國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員開展水庫(kù)大壩安全鑒定工作具有一定借鑒意義。

圖2 多級(jí)指標(biāo)效果評(píng)價(jià)