摘要：為進(jìn)一步提升長(zhǎng)距離輸水工程的運(yùn)行安全水平，引入韌性理論，結(jié)合壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型，構(gòu)建長(zhǎng)距離輸水工程的運(yùn)行安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系；采用G1-CRITIC主客觀組合賦權(quán)法，以減少指標(biāo)權(quán)重的主觀偏差和客觀片面，并將TOPSIS法應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估；差異化選取5個(gè)不同地區(qū)的代表性長(zhǎng)距離輸水工程案例，驗(yàn)證該評(píng)估模型的科學(xué)性和有效性，并綜合案例實(shí)際情況，提出韌性提升策略。結(jié)果表明，長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性仍有較大提升空間，提出的韌性評(píng)估模型效果符合實(shí)際，可為長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全水平的提升提供一定的決策參考。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)距離輸水工程；PSR模型；組合賦權(quán)；TOPSIS法；運(yùn)行安全；韌性評(píng)估

0 引言

2023年《國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃綱要》指出，我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性、綜合性、強(qiáng)韌性還需增強(qiáng)，需繼續(xù)提高缺水地區(qū)供水保障程度和抗風(fēng)險(xiǎn)能力^［1］。長(zhǎng)距離輸水工程是我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要子系統(tǒng)，具有跨度大、影響廣、地質(zhì)及環(huán)境條件復(fù)雜等特點(diǎn)，輸水工程的安全可靠運(yùn)行，對(duì)增強(qiáng)供水保障能力、推動(dòng)受水區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要^［2］。因此，進(jìn)行長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估研究，對(duì)于提高水利工程運(yùn)行安全管理水平、促進(jìn)我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與發(fā)展具有重要意義。

近年來(lái)，眾多長(zhǎng)距離輸水工程相繼建成并投入運(yùn)行^［2］，眾多學(xué)者對(duì)長(zhǎng)距離輸水工程的運(yùn)行安全進(jìn)行了深入的研究。例如，王濟(jì)干等^［3］針對(duì)跨省界區(qū)域輸水工程，提出了基于共識(shí)模型和前景理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，幫助確定工程各風(fēng)險(xiǎn)故障模式的優(yōu)先級(jí)；聶相田等^［4］利用事故系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)傳遞理論，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)傳遞仿真模型，分析長(zhǎng)距離引水工程節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)處置能力對(duì)風(fēng)險(xiǎn)傳遞的影響，為降低運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)提供新的思路；關(guān)煒等^［5］基于霍爾三維結(jié)構(gòu)模型、概念模型和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型提出一套適用于長(zhǎng)距離調(diào)水工程的運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)；湯洪潔等^［6］將工程進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑L(fēng)險(xiǎn)集成層次結(jié)構(gòu)模型，基于多種評(píng)價(jià)模型進(jìn)行集成計(jì)算，以評(píng)估工程總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

“韌性”理念最初來(lái)自于生態(tài)學(xué)，用于描述生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)^［7］。隨后，韌性研究逐漸延伸到心理、工程、交通、城市、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)韌性研究不斷深入，韌性逐漸成為水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要研究對(duì)象之一^［8］。例如，楊芳等^［9］基于韌性能力表征，從承受、恢復(fù)和適應(yīng)能力三個(gè)角度構(gòu)建城市供水系統(tǒng)的韌性評(píng)價(jià)體系；詹栩怡等^［10］從Todini指數(shù)、

供水保證率、剩余供水能力、故障前后節(jié)點(diǎn)能量損失4個(gè)方面，對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行韌性評(píng)估；宋亮亮等^［11］對(duì)水利工程運(yùn)行安全韌性進(jìn)行定義，構(gòu)建了基于云模型的水利工程運(yùn)行安全韌性評(píng)價(jià)模型，證明了韌性理論在水利工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估中具備較好的適用性。

綜上所述，現(xiàn)有針對(duì)長(zhǎng)距離輸水工程的研究大多集中在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與評(píng)價(jià)方面，而對(duì)韌性評(píng)估研究較少，且其評(píng)價(jià)指標(biāo)選取主要從工程系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行考量。

鑒于此，基于水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)韌性發(fā)展需求^［12］，綜合考慮基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)韌性特征和輸水工程運(yùn)行特點(diǎn)。首先，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）框架模型，構(gòu)建長(zhǎng)距離輸水工程韌性評(píng)估指標(biāo)體系；其次，采取G1序關(guān)系分析法和CRITIC法進(jìn)行指標(biāo)主客觀賦權(quán)；最后，采用逼近理想解法評(píng)估長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性等級(jí)，為提升輸水工程運(yùn)行安全管理能力提供參考。

1 構(gòu)建基于PSR模型的長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系

壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型在生態(tài)、社區(qū)、城市安全韌性評(píng)估中應(yīng)用較為成熟^［13］，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遭受風(fēng)險(xiǎn)后，會(huì)經(jīng)歷“穩(wěn)定-受沖擊-沖擊后恢復(fù)穩(wěn)定”的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程^［14］，而PSR模型“原因-效應(yīng)-適應(yīng)”的邏輯思維可以較為準(zhǔn)確地描述工程系統(tǒng)安全韌性。因此，構(gòu)建基于PSR模型的長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系，具體步驟如下：

（1）指標(biāo)選取?？紤]長(zhǎng)距離輸水工程自身特點(diǎn)，參考《水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理評(píng)價(jià)辦法》《水利安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化通用規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及相關(guān)文獻(xiàn)^［15-16］，進(jìn)行指標(biāo)初篩，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)科學(xué)性、可操作性等原則，并結(jié)合專家意見進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)選。最終，從壓力層、狀態(tài)層和響應(yīng)層三個(gè)層面共選取19個(gè)指標(biāo)。

（2）指標(biāo)等級(jí)確定。參考《調(diào)水工程標(biāo)準(zhǔn)化管理整體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等安全評(píng)價(jià)等級(jí)、行業(yè)規(guī)范及借鑒相關(guān)文獻(xiàn)^［15-18］，將選取的19個(gè)韌性評(píng)估指標(biāo)劃分為5個(gè)等級(jí)。定性評(píng)估指標(biāo)韌性等級(jí)從低到高依次賦1～5分作為韌性評(píng)估指標(biāo)的等級(jí)取值。

長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系及等級(jí)劃分見表1。

2 長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估模型構(gòu)建

2.1 指標(biāo)權(quán)重確定

2.1.1 采用G1法確定主觀權(quán)重

G1法又稱序關(guān)系法，該方法無(wú)須構(gòu)建重要性判斷矩陣，可避免一致性檢驗(yàn)難以通過(guò)的問(wèn)題^［19］，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性排序?yàn)?/p>

X^*₁gt; X^*₂gt; … gt; X^*_n（1）

在同一目標(biāo)層或準(zhǔn)則層下，判斷各指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度，得出指標(biāo)X_j-1與指標(biāo)X_j重要性程度之比為

式中，相對(duì)重要程度r_j賦值見表2。

依據(jù)專家的賦權(quán)情況，計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重w_1j為

式中，r_j為韌性指標(biāo)重要程度比值，i取k～n。

2.1.2 采用CRITIC法確定客觀權(quán)重

CRITIC法是一種綜合考慮指標(biāo)之間對(duì)比強(qiáng)度和沖突程度的賦權(quán)方法^［20］。計(jì)算各指標(biāo)的信息量I_j為

式中，σ_j為指標(biāo)j的標(biāo)準(zhǔn)差，反映指標(biāo)間的差異性；（1-r_ij）為指標(biāo)間的沖突性；I_j值為指標(biāo)所包含的信息量大小。

計(jì)算指標(biāo)客觀權(quán)重w_2j為

2.1.3 運(yùn)用最小相對(duì)信息熵原理確定指標(biāo)組合權(quán)重W

根據(jù)最小相對(duì)信息熵原理^［21］，可得

2.2 基于TOPSIS的長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估模型

TOPSIS法是一種綜合評(píng)價(jià)方法，基本思路是計(jì)算各樣本與最優(yōu)解的距離，以得到與理想方案的貼近度，進(jìn)而對(duì)各樣本的優(yōu)劣進(jìn)行排序^［19］，具體步驟如下：

（1）建立評(píng)估矩陣X_k。假設(shè)有m個(gè)待評(píng)價(jià)樣本，n個(gè)待評(píng)價(jià)指標(biāo)，故得到初始評(píng)估矩陣X_k（k=0或k=1）為

式中，x_ij為第i個(gè)待評(píng)價(jià)樣本的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）；

X₀為初始評(píng)估矩陣，根據(jù)韌性評(píng)估指標(biāo)分級(jí)取值建立；X₁為以具體案例實(shí)際數(shù)據(jù)建立的評(píng)估矩陣。

（2）建立標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣H_k。無(wú)量綱處理初始評(píng)估矩陣X₀為

式中，h_ij為x_ij的無(wú)量綱形式；max_j（x_ij）和min_j（x_ij）為X_k中第i個(gè)評(píng)估指標(biāo)的最大值和最小值。

（3）計(jì)算加權(quán)規(guī)范化決策矩陣。S_k為

S_k=（s_ij）_m×n=H_kW（11）

式中，H_k為通過(guò)式（2）、式（3）計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣；W為通過(guò)式（9）計(jì)算出的指標(biāo)綜合權(quán)重。

（4）確定每個(gè)指標(biāo)的正負(fù)理想解。s⁺_j和s^-_j分別為S_k中第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值，因此，正、負(fù)理想解分別為

S⁺_j=［max（s_ij）］=（s⁺₁， s⁺₂， …， s⁺_n）（12）

S^-_j=［min（s_ij）］=（s^-₁， s^-₂， …， s^-_n）（13）

（5）計(jì)算各評(píng)估對(duì)象與正、負(fù)理想解的距離。D⁺_i、D^-_i為

（6）計(jì)算各個(gè)評(píng)估對(duì)象到負(fù)理想解的貼近度。D_i為

2.3 確定長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估指標(biāo)的分級(jí)取值，建立初始評(píng)估矩陣X₀，見式（17）

根據(jù)式（8）～式（16），計(jì)算出5個(gè)韌性等級(jí)指標(biāo)取值的D⁺_i、D^-_i及D_i。貼近度越小，韌性水平越低。通過(guò)D_i的大小劃分長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

由表3可得韌性等級(jí)判別標(biāo)準(zhǔn)如下：

當(dāng)0≤D_i＜0.321 8時(shí)，此時(shí)韌性等級(jí)為Ⅰ級(jí)（低韌性）；當(dāng)0.321 8≤D_i＜0.532 5時(shí)，此時(shí)韌性等級(jí)為Ⅱ級(jí)（較低韌性）；當(dāng)0.532 5≤D_i＜0.760 9時(shí)，此時(shí)韌性等級(jí)為Ⅲ級(jí)（較高韌性）；當(dāng)0.760 9≤D_i＜1時(shí)，此時(shí)韌性等級(jí)為Ⅳ級(jí)（高韌性）；當(dāng)D_i=1時(shí)，此時(shí)韌性等級(jí)為Ⅴ級(jí)（理想韌性）。

輸水工程運(yùn)行安全韌性等級(jí)描述見表4。

3 實(shí)例分析

3.1 案例選取

（1）案例概況。綜合考量區(qū)域環(huán)境、設(shè)計(jì)流量、運(yùn)行年限等特點(diǎn)，差異化選取全國(guó)5個(gè)不同區(qū)域的具體案例，進(jìn)行運(yùn)行安全韌性評(píng)估。選取的評(píng)估對(duì)象分位于安徽、江蘇、青海、湖北、甘肅5個(gè)省（自治區(qū)），均為進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期的某長(zhǎng)距離輸水工程干、支線，分別記為A₁、A₂、A₃、A₄和A₅，工程案例概況見表5。

（2）數(shù)據(jù)來(lái)源。定量指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)省水資源公報(bào)、中國(guó)水利統(tǒng)計(jì)年鑒及國(guó)家數(shù)據(jù)網(wǎng)等政府網(wǎng)站獲取。定性指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)案例實(shí)際情況進(jìn)行賦分得到。

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

由6名水利工程領(lǐng)域的高校學(xué)者與輸水工程建設(shè)、施工及運(yùn)營(yíng)管理單位等相關(guān)技術(shù)專家對(duì)準(zhǔn)則層及指標(biāo)層賦分，通過(guò)根據(jù)式（1）～式（3）計(jì)算得出各指標(biāo)主觀權(quán)重，準(zhǔn)則層專家重要性排序及打分表見表6。

同理，可計(jì)算得出各指標(biāo)層的主觀權(quán)重。

最終，根據(jù)式（1）～式（7），計(jì)算出各指標(biāo)客觀權(quán)重，并采用最小信息熵對(duì)組合權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，見表7。

3.3 評(píng)估結(jié)果分析

根據(jù)式（8）～式（16），計(jì)算出5個(gè)案例的貼近度，并得到韌性評(píng)估等級(jí)，運(yùn)行安全韌性評(píng)估結(jié)果見表8。

為評(píng)估各各層指標(biāo)對(duì)于工程安全運(yùn)行韌性的影響程度，計(jì)算得出各案例與正理想解的貼近度后，將無(wú)量綱處理后的各評(píng)估指標(biāo)實(shí)際數(shù)據(jù)與其指標(biāo)權(quán)重的乘積作為度量值，各層指標(biāo)影響程度見表9。

根據(jù)表8、表9結(jié)果可知，案例A₂、A₄和A₅工程運(yùn)行安全韌性等級(jí)為較高韌性，而案例A₁、A₃為較低韌性，均暫未達(dá)到高韌性，表明長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性仍有較大提升空間，符合現(xiàn)實(shí)情況。各準(zhǔn)則層對(duì)于輸水工程運(yùn)行安全總體韌性的影響程度為：響應(yīng)層（1.025）gt;狀態(tài)層（0.995）gt;壓力層（0.766），說(shuō)明在工程實(shí)際運(yùn)行中，需重點(diǎn)提升工程在遭受風(fēng)險(xiǎn)后維持穩(wěn)態(tài)、快速有效響應(yīng)等方面的能力，以提升工程運(yùn)行安全韌性。

3.4 韌性提升策略

綜合分析各案例的各指標(biāo)實(shí)際數(shù)據(jù)，可采取的運(yùn)行安全韌性提升策略主要如下：

（1）壓力方面。在工程條件方面，針對(duì)地質(zhì)、環(huán)境及氣象易發(fā)災(zāi)害，采取專項(xiàng)防治措施，結(jié)合區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，在工程前期設(shè)計(jì)中盡可能地避免與其他基礎(chǔ)設(shè)施交叉施工作業(yè)；在調(diào)度協(xié)調(diào)方面，綜合考慮工業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用及生態(tài)用水需求，建立動(dòng)態(tài)水資源調(diào)度系統(tǒng)，建立并落實(shí)跨流域調(diào)度協(xié)商、移民征地補(bǔ)償制度，以減少水事糾紛、第三方破壞事件的發(fā)生。

（2）狀態(tài)方面。一是建立完善的信息化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形速率、設(shè)施故障損毀等情況的全面監(jiān)控及預(yù)警；二是應(yīng)配備充足的應(yīng)急保障資源，定期對(duì)核心設(shè)施、輸水建筑物進(jìn)行巡查檢修。

（3）響應(yīng)方面。一是保證工程數(shù)據(jù)資料檔案收集全面，為災(zāi)害應(yīng)急管理制度優(yōu)化提供保障；二是制訂有效的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，并加強(qiáng)對(duì)員工的運(yùn)行安全知識(shí)及制度培訓(xùn)，以提升運(yùn)行管理人員的安全意識(shí)和應(yīng)急處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

為提升長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全水平，結(jié)合韌性理論與PSR模型，從壓力層、狀態(tài)層、響應(yīng)層三個(gè)維度，構(gòu)建了較為完善的長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性指標(biāo)體系；分別采用G1法和CRITIC法進(jìn)行主客觀賦權(quán)，并運(yùn)用最小相對(duì)熵原理確定綜合權(quán)重，建立基于PSR-TOPSIS的長(zhǎng)距離輸水工程運(yùn)行安全韌性評(píng)估模型；依據(jù)區(qū)域及工程特點(diǎn)，劃分韌性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)代表性工程案例評(píng)估其韌性等級(jí)。結(jié)果表明，該模型評(píng)估結(jié)果符合實(shí)際，各案例運(yùn)行安全韌性水平均未達(dá)到高韌性等級(jí)，且運(yùn)行安全韌性受響應(yīng)層影響最大、狀態(tài)層影響程度其次，壓力層最次。

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收稿日期：2023-12-15

作者簡(jiǎn)介：

張勇（1965—），男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：項(xiàng)目管理、水利工程、土木建造與管理。

李萌（通信作者）（2000—），男，研究方向：項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)與管理。

蔡戈（1998—），男，研究方向：項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)與管理。