突變評價法改進及其在土石壩施工期風險評價中的應用

關艷慶

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

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突變評價法改進及其在土石壩施工期風險評價中的應用

關艷慶

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

影響土石壩工程安全施工的影響因子較多，施工期間各影響因子又相互作用，一經忽視極易發生土石壩的失穩事故，嚴重威脅施工作業人員和附近居民的生命財產安全。文章針對傳統突變評價法的不足，進行全面的研究與改進，確定了將評價值從密集型分布改進成均勻型分布；通過S型曲線構造出回歸方程，得到了優化改進值，使評價值的分布更為直觀，由對象分析及湯河水庫施工期風險評價，驗證了改進后方案的實用性及可靠性，為類似項目的風險評價提供可參考研究結論。

突變評價法；土石壩；壩體施工；風險評價

土石壩工程具有危險性高、施工時間長、影響范圍大等特征，施工期間各種突發性因素可能造成工期、成本等達不到預期目標。施工作業時因環境、氣候等外部影響因子的相互作用，極易發生土石壩失穩事故，因此，為達到綠色、安全、高效的施工目標，對施工期的評價研究和分析必不可少。

葛巍[1]等，對施工期的項目層次及隱患詳細劃分，建立WBS-RBS矩陣及AHP模型分別對安全隱患進行風險辨識及程度劃分，分析了安全隱患影響因子及各項目層次的比重，從而達到風險評價的目的。李宗坤[2]等采取集對分析的措施，構造出聯系度矩陣，全面、系統地探討了各指標與隱患程度的關系。基于傳統AHP方法，在區間數學的基礎之上進行研究，建立了判斷矩陣，優選出各風險影響因子的權重，構造出風險評價模型。葛巍[3]運用Monte-Carlo理論構造了風險動態評價模型，研究了各影響因子對施工期風險的作用性質，利用ALARP及F-N曲線選取風險指標，有效地評價了土石壩施工期的風險水平。徐黎明，趙振宇，蘇石亮[4-6]等也在運用不同模型對施工期風險進行了評價。

國內外專家學者對土石壩施工期風險評價進行了一系列的研究，取得了豐碩的成果。但是，在壩體施工風險評估中的運用仍存在較多值得商榷的地方。文章對傳統的突變評價法進行了改進，對各影響因子進行量化分析，降低了人為因素對評價造成的影響，結合湯河水庫壩體施工驗證了該評價方法的可靠性，對類似工程的評價具有重要意義。

1 傳統突變評價法的基本理論及特點

1.1 基本理論

突變理論即探討勢函數F(x)的極小值狀態，研究狀態突變點兩側間斷性變化特點。運用歸一公式對(X,Y)量化，之后運用F(x)進行遞推計算，最后得到綜合評價值。突變模型見表1所示。

表1 常用的突變模型

1.2 突變評價法特點

1)優點：定性分析評價指標的比重，避免了人為因素引起的誤差。

2)缺點：基于歸一公式得出綜合評價值高于平均水平，與直觀判斷結果差異較大；底層指標隸屬度值與綜合評價值負相關，影響評價成果的利用。

2 突變評價法的改進

突變評價法在風險評估方面已取得相當大的進展，但對于該方法缺陷的優化研究相對不足。文章基于突變評價法的缺陷，做出了優化方案。

2.1 改進方法

根據多種模型的比較，優選出S型曲線來擬合x、y關系來對突變評價法進行改進。

1)構建對應關系

運用傳統突變評價法構造出綜合評價值yi(i=1,2,…,n且yi∈[0，1])與隸屬度值xi(i=1,2,…,n且xi∈[0，1])之間的關系。

2)回歸模型中相關參數的估計

利用S型曲線的擬合，得出回歸函數：

(1)

令y′=1/y,x′=1/ex使得到的回歸方程呈線性分布。

y′=a+bx′

(2)

選取似然估計確定a、b的值：

(3)

則回歸方程為：

(4)

3)檢驗線性模型的可靠性

由此構造分布統計量：

(5)

給定顯著性水平α(一般取α=0.05)，若F≥fα(1,n-2)則回歸模型是顯著的。

將y′=1/y,x′=1/ex帶入式(4)，得：

(6)

4)計算改進的突變評價值

將傳統突變評價法的y值投影到x值上作為(4)中回歸函數的突變評價值，經過此番處理，可將密度較大的評價值分離開來。

2.2 改進的突變評價法計算流程

按照以上探討，其計算流程如圖1所示。

圖1 改進后突變評價法的計算流程

2.3 改進方法的合理性驗證

將遼陽市2015年澇災突變評價(對象1)和遼陽市灌溉水資源突變評價(對象2)作為驗證體系，針對文章的回歸函數進行合理性與可行性的研究。

1)按照改進后的計算方法得到擬合函數：

(7)

對于該擬合函數，F=142.13>F0.05(1,8)=5.32，回歸模型是顯著的。

2)按照改進后的計算方法得到擬合函數：

(8)

對于該擬合函數，F=87.66>F0.05(1,13)=4.67，回歸模型是顯著的。

將初始綜合評價值映射到底層指標隸屬度值上，得到改進的突變評價值，見表2。

表2 常規法與改進法評價結果對比

從表2的數據得出，突變評價改進值與傳統值比較，不但等級排列相同，而且將取值區間進一步擴大，更加符合直觀的優劣判斷。因此，文章對傳統的突變評價法的改進是行之有效的。

3 基于改進突變評價法的土石壩施工期風險評價

湯河水庫位于遼陽市是太子河流域防洪灌溉的關鍵性工程。根據國家的整體規劃，為達到小凌河流域的治理目標，設計單位對湯河水庫的修建制定了3種方案，如表3所示。湯河水庫監管機構邀請專家從危險性、可靠性、功能性等多方面進行評估，文章按照所述計算流程對3種方案的施工期風險性進行評價。

表3 3種方案指標對比

3.1 評價指標體系的構建

風險指標體系選取應綜合考慮安全性、適用性、整體性、環保性等要求。結合湯河水庫的工程規模及地理位置的氣候、水文等因素，詳細探討了可能出現的各種突發性情況，根據專家研討及理論分析，最終優選出指標體系見圖2。

圖2 湯河水庫風險評價指標體系

3.2 風險評價

1)指標的標準化

考慮到突變評價法的使用準則，需對指標進行標準化處理。

對于越大越優型指標，采用：

(9)

對于越小越優型指標，采用：

(10)

2)突變評價值的計算

根據表1提供的公式，將各指標歸一化處理，對于綜合評價值應計算應考慮2個原則：①對應于同一指標的不同控制變量，當出現耦合效應的時候，應運用“互補”的方法，選取平均數進行下一步計算；②當出現相互獨立的時候，應運用“大中取小”的方法。基于以上兩大原則，運用文章介紹的改進的突變評價法建立你和函數：

(11)

對于該擬合函數，F=85.27>F0.05(1,13)=4.67，因此回歸模型是顯著的。

通過研究分析湯河水庫3種方案的評價值見表4。

表4 湯河水庫風險評價值

3)評價結果對比及分析

由表4的計算結果繪制出柱狀圖進行分析，如圖2所示。通過圖2直觀顯示，傳統突變評價法的3種方案指標值都趨于1，只能根據詳細計算才能得出評價結論，直觀性較差；改進后的突變評價法在區間內均勻分布，能有效反映出個指標的差異程度，直觀性較好。通過改進后的評價法得出，方案2的各指標均較大，表明此方案最不適用；將另外2個方案進行對比得出，方案3的安全及工期風險值較小，雖然成本較高，但從綜合評價指標分析，方案3為最優。綜上所述，3種方案優劣程度為：方案3>方案1>方案2。

圖3 改進前后評價值對比

4 結 語

文章針對傳統突變評價法的不足進行研究和改進，將評價值從密集型分布改進成均勻型分布。運用S型曲線構造出回歸方程，經參數選定、顯著性檢驗、映射等步驟，確定了改進值，使評價值在區間上均勻分布，便于直觀性研究，最后對改進方法進行驗證。基于湯河水庫作為研究對象，全面、系統地選取了評價指標，結合文中所述的評價方法進行優化方案選取研究，通過風險評價確定各方案的優劣程度，其結果與專家研討及理論分析情況一致，驗證了改進后方法的實用性及可靠性，為類似項目風險評價提供借鑒。

[1]葛巍，李宗坤，王文姣，等.基于WBS-RBS和AHP的土石壩施工期風險評估[J].人民黃河，2013，15(06)：121-123 .

[2]李宗坤，李奇，楊朝霞.基于集對分析的土石壩施工期風險評價[J].水利發電，2016，9(42)：54-59 .

[3]葛巍.土石壩施工與運行風險綜合評價[D].鄭州：鄭州大學，2016.

[4]徐黎明.基于突變理論的烏東德水電站近壩區泥石流風險評價與防治研究[D].吉林：吉林大學，2013 .

1007-7596(2017)03-0148-04

2017-02-20

關艷慶(1982-)，男，遼寧遼陽人，工程師，研究方向為水文測驗、水文預報、水文資料整編、水質分析、水資源論證等。

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