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        基于模糊聚類分析法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)方法

        2024-01-03 13:00:26
        水利科學(xué)與寒區(qū)工程 2023年11期
        關(guān)鍵詞:精準(zhǔn)度除險(xiǎn)東風(fēng)

        雷 宇

        (廣東省水利水電建設(shè)有限公司,廣東 廣州 510630)

        1 研究方法

        1.1 評價(jià)指標(biāo)的確定

        東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)是一個(gè)完整的系統(tǒng)工作,且具有系統(tǒng)復(fù)雜和預(yù)測困難等特點(diǎn),所有隱患均可造成嚴(yán)重后果[1]。在選取除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)做到科學(xué)、客觀,綜合考慮東風(fēng)水庫風(fēng)險(xiǎn)要素,選出能夠充分體現(xiàn)東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果的評價(jià)指標(biāo)[2-3],同時(shí)考慮東風(fēng)水庫的現(xiàn)狀、現(xiàn)有技術(shù)水平、數(shù)據(jù)易獲性、是否可操作性等[4]。在構(gòu)建東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)體系時(shí),應(yīng)遵循以下原則:

        (1)目的性原則。根據(jù)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)的目的,選取東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果指標(biāo)應(yīng)滿足評價(jià)和管理加強(qiáng)的要求。

        (2)系統(tǒng)性原則。指標(biāo)體系邏輯清晰,概念分明,無明顯相關(guān)性和重復(fù)性,主要因素指標(biāo)需能夠反映影響東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固的各方面因素。

        (3)科學(xué)性原則。指標(biāo)的選取必須科學(xué)有效,能從實(shí)際情況考慮,客觀反映東風(fēng)水庫的真實(shí)情況。

        (4)可操作性原則。除險(xiǎn)加固效果的過程需簡潔明了,指標(biāo)數(shù)據(jù)易于測量獲得,通過表層現(xiàn)象能準(zhǔn)確判別除險(xiǎn)加固情況。

        基于上述原則,對東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果進(jìn)行深入分析,根據(jù)分析結(jié)果重點(diǎn)考慮技術(shù)、施工、工程質(zhì)量、防洪能力、效果安全程度、滲流安全度等六大方面的影響因素,如表1所示。

        表1 東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)體系

        1.2 基于模糊聚類分析法評價(jià)模型的建立

        基于上述東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果,本文使用模糊聚類分析法構(gòu)建東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)模型[5]。具體步驟如下:

        步驟一:東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)集的建立。 將評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為四級,即V={V1,V2,V3,V4}={優(yōu)、良、合格、不合格}。各評價(jià)等級劃分如表2所示。

        表2 水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)等級

        步驟二:原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化包括標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化兩個(gè)過程。設(shè)有n個(gè)樣本的集合用X表示X={X1,X2,…,Xi,…,Xn},每一個(gè)樣本又包含m個(gè)屬性即:Xi={xi1,xi2,…,xik,…,xim}。于是得到原始數(shù)據(jù)矩陣X0,如式(1):

        X0=(xik)n×m

        (1)

        式中:xik為第i個(gè)樣本的第k個(gè)屬性的原始數(shù)值;i=1,2,…,n;k=1,2,…,m。

        對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,如式(2)~式(4):

        (2)

        (3)

        (4)

        然后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,如式(5):

        (5)

        步驟三:建立模糊相似矩陣。 模糊相似矩陣的相似系數(shù)計(jì)算如式(6):

        (6)

        由相似系數(shù)構(gòu)成相似矩陣如式(7):

        R=(rik)n×m

        (7)

        步驟四:聚類分析。 根據(jù)模糊等價(jià)矩陣T(R)=(rij)n×m確定閾值λ,將T(R)中的元素從小到大進(jìn)行排列[6]。根據(jù)閾值λ計(jì)算T(R)的λ矩陣即[T(R)λ]=(λrij)n×m,如式(8):

        (8)

        規(guī)定當(dāng)rij=1時(shí),樣本Xi與Xj為同一類,反之,樣本Xi與Xj為不同類別。

        步驟五:決策與評價(jià)。 決策過程就是通過計(jì)算預(yù)測樣本與各個(gè)聚類類別之間的隸屬度,來構(gòu)建模糊聚類分析法評價(jià)模型[7],以判斷預(yù)測樣本所屬類別,如式(9):

        (9)

        式中:M(u)為各聚類類別;X(u)為預(yù)測樣本。

        在不同的值的聚類結(jié)果中選擇滿足要求的結(jié)果,完成模糊聚類分析法評價(jià)模型的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果的評價(jià)[8]。

        2 實(shí)例分析

        2.1 東風(fēng)水庫工程概況

        東風(fēng)水庫的地理位置坐標(biāo):東經(jīng)110°54′30″,北緯26°51′27″。在庫區(qū)內(nèi),有78.5 km3的降雨,其徑流長15 km,平均坡度為12.0‰。本項(xiàng)目屬于中等規(guī)模的水利水電項(xiàng)目,項(xiàng)目等級為三級。水庫的正常水位是406.10 m。東風(fēng)水庫于1971年10月動工,至1973年3月基本建成關(guān)閘蓄水,1974年開始部分受益。

        2.2 東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)值計(jì)算

        基于東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)體系,根據(jù)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法對東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表3所示。

        表3 東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

        2.3 東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度結(jié)果

        采用評價(jià)精準(zhǔn)度進(jìn)行對比測試,對比方法選用文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]方法,測試結(jié)果見圖1。

        圖1 三種方法東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度對比

        由圖1可知,本文方法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度最高為98%,且本文方法的評價(jià)精準(zhǔn)度均高于90%,文獻(xiàn)[2]方法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度最高為86%,文獻(xiàn)[3]方法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度最高為83%[9]。說明本文方法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度明顯高于對比方法,具有有效性。

        2.4 東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)時(shí)間對比結(jié)果

        為進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法的實(shí)用性,以東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)時(shí)間作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),進(jìn)行對比測試,測試結(jié)果見圖2。

        圖2 三種方法東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)時(shí)間對比

        由圖2可知,本文方法的評價(jià)時(shí)間最長為8.54 s,文獻(xiàn)[2]方法的評價(jià)時(shí)間最長為26.75 s,文獻(xiàn)[3]方法的評價(jià)時(shí)間最長為25.14 s。本文方法的評價(jià)時(shí)間明顯低于對比方法,具有實(shí)用性。

        3 結(jié) 論

        針對大量的病險(xiǎn)水庫,有效的水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)方法顯得尤為重要,其能夠幫助除險(xiǎn)加固工程消除隱患,確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。對此,本文提出基于模糊聚類分析法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文方法的東風(fēng)水庫除險(xiǎn)加固效果評價(jià)精準(zhǔn)度最高為98%,評價(jià)時(shí)間最長為8.54 s,說明本文方法具有實(shí)用性。

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