法子凡

(山西鵬右水利規(guī)劃設計有限公司，山西 臨汾 041000)

0 引言

作為水資源利用大國，我國修建了多座水庫工程，水庫工程建設對我經濟發(fā)展帶來了巨大的效益。由于一些水庫修建時期較早，工程質量較為低下，在長期的使用過程中，水庫工程安全風險顯著提高。針對這一類型的水庫工程進行安全評價，已經得到了越來越多的重視。任睿[1]采用FMECA方法對水庫安全情況進行研究，認為水庫在泄洪、受力等方面存在一定安全風險，需要采取加固措施；張哲銘[2]結合監(jiān)測和檢測數據對水庫大壩安全情況進行分析，認為現(xiàn)場監(jiān)測和檢測數據可以真實反映水庫的安全情況；李京陽等[3]、陳果等[4]分別采用模糊綜合法、層次分析法對水庫大壩的安全情況進行評價，評價結果與實際情況較為一致。根據前人研究可知，水庫工程安全評價涉及到多個學科、多個因素，是一個復雜的系統(tǒng)工程[5-7]，結合澇河水庫工程實例，采用BKS方法對水庫工程安全情況進行分析。

1 工程概況

澇河水庫位于汾河支流澇河干流上，大壩座落在距臨汾市城東20km的臨汾市堯都區(qū)大陽鎮(zhèn)東河堤村東，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧供水、養(yǎng)魚及旅游等綜合利用的中型水庫，控制流域面積450.7km2，總庫容5960萬m3。設計灌溉面積7.36萬畝。

澇河水庫工程等別為Ⅲ等，設計防洪標準為50年一遇，校核防洪標準為1000年一遇?？拐鹪O防烈度為Ⅷ度。

澇河水庫于1975年11月動工興建，1978年9月下閘蓄水，建有土壩、泄洪洞、灌溉洞及土質溢洪道。2003年對水庫進行了除險加固：改建溢洪道，新建泄洪洞進水塔工作橋。

大壩為均質土壩，壩頂高程560.35m，最大壩高43.15m，壩頂長865m，壩頂寬6m，壩頂上游側設有高1.2m的漿砌石防浪墻。

2 評價指標體系建立

水庫工程安全評價指標體系的建立主要包括層次結構圖和各指標的權重2個工作內容。結合前人研究成果，將影響指標體系按照層次結構進行繪制。目前，影響水庫工程安全的指標可從工程質量、運行管理、防洪、結構、滲流、抗震能力、金屬結構等7個方面進行考慮。通過向專家咨詢等方法，確定各指標對水庫安全的影響程度，從而確定各指標的權重。影響水庫工程安全的指標體系如圖1所示。

圖1 評價指標體系

3 水庫大壩安全等級評價模型構建

3.1 組合賦權法

層次分析法首次提出時間是20世紀70年代，但主觀因素對該方法獲取的權重結果影響較大，為了改善這一情況，采用粗糙集理論對該方法進行改

進，同時利用熵權法降低人為因素對指標權重結果的影響。該方法應用極為廣泛[8-10]，簡要計算過程如下：

(1)

(2)

式中，yji—各指標值；p—指標個數；wi—指標權重。

層次分析法、熵權法權重分別為為wi′、wi″，滿足函數d(wi′，wi″)：

(3)

組合權重為wz：

wz=αwi′+βwi″

(4)

式中，α，β—分配系數，滿足以下條件：

d(wi′，wi″)2=(α-β)2

(5)

α+β=1

(6)

指標權重見表1。

表1 大壩安全風險指標權重

3.2 行為知識空間法

行為知識空間法(BKS法)的基本原理如下[5]：假設指標共有L個可能導致出現(xiàn)的結果，采用集合ω1、ω2、…、ωL表示。假設共有n個影響最終結果的評價指標，em(m=1，2，…，n)，令em(X)∈{1，2，…，L}，表示評價指標em對特征矢量X的分類；對于水庫工程不同的安全等級，各個指標結果為E(X)=(e1，e2，…，em)，因此，輸出結果共有Ln種。每個輸出結果均為BKS中的一個數據。之后利用判決矩陣，在少數服從多數的原則下確定水庫工程的最終安全等級。

3.3 澇河水庫安全等級評價

3.3.1工程現(xiàn)狀問題

根據現(xiàn)場調查，工程存在的主要問題如下：

(1)右壩肩0+134～0-090處為三級黃土階地，有2層砂礫石透水層，建壩時未做處理，1979年在右岸下游坡腳形成管涌，1981—1982年在壩腳設砂礫料反濾體及6眼減壓井，上游壩岸設黏土封堵墻，但滲流量沒有明顯減少；2003年除險加固做了高噴防滲墻處理，防滲墻頂高程為524、530、544m，底高程496m，經運行觀察，下游仍有水滲出，滲漏量0.5～1.8L/s。

(2)2021年11月右壩段大壩樁號0+016～0+121之間，下游壩腳4號測壓管(為壩基測壓管，地面高程530.226m)冒水，樁號0+121處82-7測壓管(為壩基測壓管，地面高程528.959m)冒水，測壓管加高1m后仍然有水溢出，壩基砂礫石層存在承壓水。

(3)現(xiàn)場檢查，右壩肩在樁號0+045～0+121之間，高程540～526m之間存在陰濕現(xiàn)象。

(4)上游護坡為干砌石護坡，建于20世紀70年代，多處存在塊石脫落，壩體土裸露現(xiàn)象。

(5)泄洪洞洞身因較大不均勻沉降18.9cm，第6節(jié)洞身產生沿截水環(huán)的環(huán)向裂縫變形，雖經修補，但未能結構補強；第3、4、5、6節(jié)洞身伸縮縫因不均勻沉降破損，修復后有多處鼓包現(xiàn)象，并伴有少量滲水；工作閘門無配重，閘門底部止水損壞有噴水現(xiàn)象；泄洪洞出口洞臉及兩側擋墻砌體損壞嚴重。下游旅游公路橫跨泄洪洞泄洪通道，影響泄洪安全。

(6)泄洪洞工作閘門上游側未配置事故閘門，泄洪洞工作閘門及檢修閘門配套的2臺固定卷揚式啟閉機沒有行程控制，無負荷控制傳感器等；電氣設備老化，未見備用電源。2臺固定卷揚式啟閉機安全等級評定為不安全；啟閉機室屋頂滲雨，未見避雷設施，無應急照明；啟閉機電力配電柜、控制柜技術落后，主令元件老化，線纜老化，接地不可靠；存在嚴重安全隱患。

(7)溢洪道進口控制段2座交通橋橋底高程低于校核洪水位，橋底凈空不滿足規(guī)范要求，影響行洪安全。

(8)灌溉洞洞身結構老化，進口水下閘室結構型式操作不便，不適應安全運行要求，水下閘室陰暗潮濕環(huán)境，影響電動閘閥安全運行；進口4臺電動閘閥電動裝置嚴重故障，現(xiàn)已無法運行，目前利用出口閘閥控制，并且閘閥下游連接管道已運行48年，銹蝕嚴重；灌溉洞交通廊道頂部漏水嚴重，運行過程中存在安全隱患。

(9)用于觀測浸潤線的測壓管，數量偏少，部分測壓管損壞，不能正常運行。

3.3.2大壩等級評價

根據現(xiàn)場調查，將調查結果向業(yè)內專家問詢，獲取各指標評分，大壩風險等級劃分見表2。

表2 大壩安全等級劃分

通過數據整理，澇河水庫工程等級為高風險，見表3。

表3 大壩安全等級

4 結論及建議

4.1 結論

根據分析，選取了7類23個指標作為水庫安全等級的影響因素，采用組合賦權的方法獲取各指標的權重，結合澇河水庫工程的實際情況，問詢業(yè)內權威專家獲取各指標的分值，最終確定澇河水庫安全等級為高風險，需要采取除險加固工程措施。

4.2 建議

(1)對右壩肩砂礫石層進行防滲處理；對上游干砌石護坡進行更換；

(2)更換泄洪洞工作閘門及檢修閘門啟閉機，修復加固洞身沉降裂縫部位；

(3)對泄洪洞啟閉機室進行相應改造升級；

(4)更換灌溉洞進口閘閥及連接段管道，對交通廊道漏水部位進行加固處理；

(5)改造溢洪道進口控制段段左右岸側墻，修復泄槽段高邊坡?lián)鯄?，對溢洪道消力池進行清淤疏浚，清理溢洪道進口雜物；

(6)盡快完善工程安全監(jiān)測系統(tǒng)，加強工程安全監(jiān)測，加強相關觀測計量記錄，完善監(jiān)測資料；

(7)加強對水庫的維修養(yǎng)護，進一步完善水庫運行管理，對水庫歷史資料進行收集整理，建立檔案庫，按照相關規(guī)定分類整編、存檔和保管；

(8)汛期應加強工程巡視，密切關注水庫異常情況，水庫除險加固前低水位運行，確保水庫工程安全。