塔頭水庫安全運行風險分析

牟倩蕓

(1. 沈陽農業大學，沈陽110866;2. 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 工程實例

黑龍江省密山市塔頭水庫位于密山市黑臺鎮塔頭村，穆棱河流域塔頭湖河上，水庫是以灌溉為主，兼防洪、養魚等綜合利用的小(1)型水庫。水庫工程由土壩、非常溢洪道、輸水洞組成，無正常溢洪道，水工建筑物級別為Ⅳ級，原設計為20 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。

經現場勘查，發現塔頭水庫大壩壩體浸潤線高，壩頂出現多處裂縫，壩后無排水設施，壩后出逸點較高，出逸比降大，經常發生滲漏破壞，威脅水庫安全。溢洪道為漿砌石結構開敞式實用堰，進口翼墻現已傾斜，泄槽及消力池底板漿砌石抹面及嵌縫中的水泥砂漿大部分脫落，塊石僅靠重力堆放在池底，二級消力坎中部已經坍塌，不能發揮消能作用。為此，需對水庫進行風險分析［1］。

2 層次分析法

2.1 建立層次結構模型

根據現場勘測和監測數據分析結果，擬定塔頭水庫安全運行風險因子，按隸屬關系層次結構模型見圖1，模型分為目標層A、準則層B 和指標層C［2］。

圖1 塔頭水庫安全風險分析模型

2.2 構建判斷矩陣

建立層次結構模型后，根據下層指標對上層指標隸屬關系，構建判斷矩陣。本文采用1 ～9 標度法，通過對因素間進行兩兩對比重要性的方法對每個風險因子進行度量，其含義為數值從1 ～9 表示兩指標相比較，其重要程度從同等重要到極端重要，從1 的倒數到9 的倒數則含義正相反，即aji=1/aij。

判斷矩陣如下:

2.3 計算權重

用matlab 軟件對判斷矩陣求解權重向量，計算結果如下:

2.4 一致性檢驗

對矩陣進行一致性檢驗是為了檢驗風險指標設置的是否合理，若滿足一致性條件，則說明風險指標的選定較為合理，反之則需重新篩選風險指標。通常用最大特征值λmax是來檢驗判斷矩陣的一致性［3］，經計算，本文構建的判斷矩陣均滿足一致性條件。

2.5 層次總排序

層次總排序是對各層指標的權重進行組合計算，逐層向下，計算每層元素對于最高層次即目標層的權重值。層次總排序見表1。

表1 層次總排序

由表1 可以看出，對塔頭水庫安全運行影響最大的風險因素是壩高不足，其次為壩基壩體滲漏、溢洪道滲流、泄洪能力不足、壩體結構安全等，可按權重值大小順序優先對風險高的部位進行除險加固。

3 模糊綜合評價法

3.1 建立因素集與評語集

1)建立因素集，設U = {u1，u2，…，un}，按風險因子從屬關系建立3個等級層次，即目標層、準則層和指標層。

2)建立評語集，本文將模型中的各指標評語劃分為5個級別。設評語集:V = {v1，v2，v3，v4，v5}={低風險，正常風險，較高風險，高風險，極高風險}

3.2 確定隸屬度

本文采用專家打分法來確定各風險因素的隸屬度，邀請10 位專家組成評價組對每個影響因素進行評價。若對某個影響因素ui有k 人評為pj級，則該指標被評為pj級的可能性為:

式中:vij為第i個因素被評為pj級的可能性;k 為10人中將第i個因素被評為pj級的人數。

專家通過查閱塔頭水庫運行相關資料等，結合資料統計和理論計算，對各影響因素做出評價，得到關于某一影響因素的判斷矩陣R。

3.3 模糊綜合評價

根據模糊理論，采用模糊運算法則，從而得到模糊綜合評價:

式中:W 為指標向量;R 為判斷矩陣。

根據公式(1)統計數據，根據公式(2)進行模糊運算，可得各風險指標的評價向量:

由上述結果構造模糊判斷矩陣R，由公式(2)計算，得塔頭水庫安全風險綜合評價向量:

評語集進行量化:

式中:1、2、3、4、5 分別代表水庫處于低風險、正常風險、較高風險、高風險、極高風險狀態。

對塔頭水庫的安全風險分析結果為:

根據最大隸屬度原則，塔頭水庫安全運行風險等級為3 級，處于較高風險狀態，必須采取必要的除險措施。

4 結 語

通過對影響水庫安全運行的風險因素進行分析，構建風險分析結構模型。運用層次分析法計算各風險因素的權重值，可以對風險進行排序，運用模糊綜合評價法計算綜合風險值。經塔頭水庫工程實例驗證，模糊層次分析法能較好的反映水庫安全運行的風險性，這一方法的運用不僅可以得出較為準確的風險等級，還能為水庫群的風險程度進行排序，在資金投入有限的情況下，科學地優先對風險高的水庫進行降險工作，保證水庫在風險允許范圍內正常運行。

［1］中華人民共和國水利部，中華人民共和國國家統計局.第一次全國水利普查公報［M］. 北京:國家統計出版社，2013:59 －65.

［2］阿里木吐爾遜，阿布都艾尼. 我國水庫大壩老化現狀初步分析［J］. 大壩與安全，2004(03):9 －11.

［3］楊華舒，施延華，楊志剛. 用設計指標直接診斷水工混凝土結構的老化［J］. 大壩與安全，2002(04):3 －7，19.