基于可能性視角水閘AHP—概率分析方法

張武平

（景德鎮(zhèn)市水利水電工程設(shè)計室，江西 景德鎮(zhèn)333000）

基于可能性視角水閘AHP—概率分析方法

張武平

（景德鎮(zhèn)市水利水電工程設(shè)計室，江西 景德鎮(zhèn)333000）

為了剖析出影響水閘運(yùn)行的各個因素，基于溯源思路，對影響因素進(jìn)行了梳理，從安全性、適用性和耐久性方面得到3大類19項影響因素。建立了一種基于發(fā)生可能性視角的AHP—概率分析方法，并以鲇魚山閘為例進(jìn)行發(fā)生可能性分析，得出該水閘管理維護(hù)能力發(fā)生可能性較大，地基承載力（R7）發(fā)生的可能性較小，耐久性指標(biāo)的發(fā)生概率較高，鲇魚山閘的綜合評價值為0.622等結(jié)論，該值可作為該水閘的定量得分，該方法也為其他相關(guān)水庫提供參考。

鲇魚山水庫；水閘；層次分析法；概率；安全性；適用性；耐久性

水閘在水庫中扮演著至關(guān)重要的地位，因此，需要對其進(jìn)行綜合評價，以便于明晰可能出現(xiàn)的問題及其影響因素。強(qiáng)安良［1］基于遺傳算法對水閘進(jìn)行了優(yōu)化評價；鐘小青［2］對勿甫引水樞紐進(jìn)行了安全評價；李達(dá)等［3］運(yùn)用多指標(biāo)綜合評價方法對上海市水閘進(jìn)行了安全評價鑒定；唐海龍等［4］對察爾森水庫泄洪閘門的運(yùn)行進(jìn)行了安全評價；嚴(yán)闊［5］關(guān)于水閘的安全評價進(jìn)行了探討。但以上研究都是進(jìn)行安全性評價，而關(guān)于從發(fā)生可能性視角進(jìn)行泄洪閘評價的文獻(xiàn)則較少。另外，楊蜀湘［6］基于土壩質(zhì)量與壽命下向失穩(wěn)分析進(jìn)行了AHP-概率的評價，但其是基于層次分析法權(quán)重的視角進(jìn)行分析，后又通過轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行了概率轉(zhuǎn)換，這無疑增加了很大誤差。本文改進(jìn)了楊蜀湘的研究，基于可能性的視角直接運(yùn)用AHP進(jìn)行評價，無須轉(zhuǎn)換，更具有應(yīng)用性，并以鲇魚山閘為分析案例，以供相關(guān)研究者進(jìn)行參考。

1 水閘綜合評價因素溯源

基于綜合評價的角度，對影響泄洪閘的各個因素進(jìn)行溯源分析，在進(jìn)行分析前需要建立分析模型，溯源分析模型為反向分析模型，即由頂上事件往下部事件進(jìn)行分析，因此在建立模型時，以水閘綜合評價為最終的頂上事件，分析并綜合水閘評價的二級指標(biāo)，可概括為安全性、適用性和耐久性3個層次，建立水閘綜合評價溯源T-S模型，其中，水閘綜合評價為T，安全性為S1，適用性為S2，耐久性為S3，如圖1。

圖1 水閘綜合評價溯源T-S模型

針對安全性S1進(jìn)行專門分析，分為8項細(xì)化指標(biāo)，分別為防滑能力R1、抗滑穩(wěn)定性R2、消能防沖能力R3、結(jié)構(gòu)完好性R4、抗?jié)B穩(wěn)定性R5、閘室傾斜度R6、地基承載力R7及抗震能力R8指標(biāo)，以此建立水閘綜合評價溯源S1-R模型，如圖2。

圖2 水閘綜合評價溯源S1-R模型

對適用性S2進(jìn)行分析，分為4項細(xì)化指標(biāo)，分別為閘門及啟閉系統(tǒng)控制能力R9，相對漏水流量R10、相對過水能力R11，設(shè)備老化狀況R12指標(biāo)，建立水閘綜合評價溯源S2-R模型，如圖3。

圖3 泄洪閘綜合評價溯源S2-R模型

對耐久性S3進(jìn)行分析，分為7項細(xì)化指標(biāo)，分別為混凝土強(qiáng)度R13、裂縫強(qiáng)度R14、最大裂縫寬度R15、平均碳化深度R16、鋼筋銹蝕率R17、體積損失率R18指標(biāo)及管理維護(hù)能力R19指標(biāo)，以此建立水閘綜合評價溯源S3-R模型，如圖4。

圖4 水閘綜合評價溯源S3-R模型

以上即是水閘綜合評價溯源的頂上事件與下部事件，最終形成層次分析模型，其對不同的水庫與各種水閘均具有一定的適用性。

2 溯源模型AHP—概率分析

依據(jù)溯源模型各個影響因素的重要程度及影響程度，對其權(quán)重進(jìn)行分析，本文采用層次分析法AHP進(jìn)行分析，其基本原理如式（1）～式（2）。

由T層至S層再至R層，可知，溯源模型有3個層次，首先進(jìn)行最末層R層的計算，再進(jìn)行R層與S層的計算，便可得權(quán)重值T=S×R。

在進(jìn)行層次分析法的評價時，在評價機(jī)制方面，以發(fā)生的可能性作為專家評價依據(jù)，所得出的權(quán)重值實際上是發(fā)生的下層對上層發(fā)生的可能性的值，權(quán)重值作為概率值區(qū)處理，此為AHP與概率聯(lián)合的基準(zhǔn)，以此可將權(quán)重值r作為所對應(yīng)事件發(fā)生的概率P，得：

以此便可求得各層指標(biāo)發(fā)生的可能性概率，基于此，可通過層次分析法與概率聯(lián)合運(yùn)用的方式進(jìn)行分析，將這種分析方法稱為AHP—概率分析方法。

3 鲇魚山閘實例

3.1 概況

昌江呂蒙航空產(chǎn)業(yè)園防洪堤河段下游控制斷面選為鲇魚山閘址河段，上游控制斷面為渡峰坑水文站。鲇魚山閘河段基本順直，復(fù)式河床，主流位于左岸，右岸為灘地。

鯰魚山閘所在壩長180m，壩頂高程77.47m，擋水高度5.6m，為漿砌石鋼筋混凝土護(hù)面實用堰；沖刷閘位于滾水堰右壩頭，帶胸墻開敞式閘，兩孔10m×4m（寬×高），閘底高程71.87m，鋼結(jié)構(gòu)弧門，最大泄量529m3/s；進(jìn)水閘與沖刷閘交角42°，4孔5m×3.5m，閘底進(jìn)口高程74m，最大引水流量119.2m。

3.2 基于AHP—概率的鲇魚山閘綜合評價

基于上文所述方法，選取與鯰魚山閘直接有關(guān)的管理崗位、技術(shù)崗位及其他專家領(lǐng)導(dǎo)，共計30多位，使其立足于發(fā)生可能性，進(jìn)行層次分析法的評分，層次分析法比較原理和計算原理，參照式（1）和式（2），將最終權(quán)重（可能性）結(jié)果列于表1～表3。

表1 S1-R模型子因素發(fā)生可能性（權(quán)重）

表2 S2-R模型子因素發(fā)生可能性（權(quán)重）

表3 S3-R模型子因素發(fā)生可能性（權(quán)重）

將表1，表2與表3的各個事件進(jìn)行分析，以R層事件為橫坐標(biāo)，以發(fā)生概率為縱坐標(biāo)，如圖5。

圖5 R層各因素事件發(fā)生概率

由圖5可以看出，水閘的安全性（S1）發(fā)生的可能性相對于適用性（S2）與耐久性（S3）較小，而適用性（S2）層次指標(biāo)發(fā)生的可能性與耐久性（S3）層次指標(biāo)發(fā)生的可能性大致相當(dāng)。

安全性指標(biāo)中，防滑能力（R1）指標(biāo)發(fā)生可能相對較大，而閘室傾斜度（R6）、地基承載力（R7）和抗震能力（R8）發(fā)生的可能性相對較小；適用性指標(biāo)中，閘門及啟閉系統(tǒng)的控制能力（R9）和設(shè)備老化狀況（R12）發(fā)生可能性較大，而相對過水能力指標(biāo)（R11）發(fā)生的可能性較小；耐久性指標(biāo)中，管理維護(hù)能力（R19）指標(biāo)發(fā)生可能性較大，而最大裂縫寬度（R14）和平均碳化深度（R15）發(fā)生可能性相對較小。

綜合來看，管理維護(hù)能力（R19）指標(biāo)發(fā)生可能性較大，說明鯰魚山閘的管理維護(hù)能力較差，易發(fā)生管理維護(hù)漏洞，較大指標(biāo)發(fā)生在鯰魚山閘耐久性上，說明鲇魚山閘耐久性方面易出現(xiàn)問題，而閘室傾斜度（R6）、地基承載力（R7）和抗震能力（R8）發(fā)生的可能性相對較小，出自于安全性指標(biāo)，說明該閘的安全性問題發(fā)生較少。該結(jié)果可為鲇魚山閘的管理者提供針對性的防范意見，也可為其他水庫水閘系統(tǒng)提供參考。

將表1～表3的數(shù)據(jù)代入式（3）～式（5）可得，安全性指標(biāo)的發(fā)生概率為0.16，適用性指標(biāo)的發(fā)生概率為0.282，而耐久性指標(biāo)的發(fā)生概率為0.346，安全性指標(biāo)的發(fā)生概率相對較低，耐久性指標(biāo)的發(fā)生概率高于適用性指標(biāo)，這是因為耐久性指標(biāo)的影響因素較多，因此，在鲇魚山水閘防范時，耐久性單個因素發(fā)生概率較高，且因素較多，一定要有針對性地對其指標(biāo)采取防范措施。

將0.16，0.282，0.346代入式（6），可以得出基于發(fā)生可能性的AHP—概率的鲇魚山閘的綜合評價值為0.622，該值可為該水庫水閘提供評價參考，也可為其他相關(guān)水庫提供比較參考。

4 結(jié)語

（1）建立了一種基于發(fā)生可能性視角的AHP—概率分析方法，并以鲇魚山閘為案例進(jìn)行方法的運(yùn)用。

（2）基于溯源思路，梳理了水閘的各個影響因素，從安全性、適用性和耐久性方面得到3大類19項影響因素，以鲇魚山閘為案例，基于可能性視角的AHP—概率分析方法，得出該水閘管理維護(hù)能力發(fā)生可能性較大，地基承載力（R7）發(fā)生的可能性較小，耐久性指標(biāo)的發(fā)生概率較高，鲇魚山閘的綜合評價值為0.622，可為鲇魚山水閘提供評價參考，也可為其他相關(guān)水庫水閘提供比較參考。

［1］強(qiáng)安良，周少敏.基于遺傳優(yōu)化算法的水閘閘室優(yōu)化設(shè)計［J］.陜西水利，2011（5）：88-90.

［2］鐘小青.勿甫引水樞紐安全評價［J］.水利建設(shè)與管理，2011，31（2）：68-70.

［3］李達(dá)，王春樹，杜曉舜，等.多指標(biāo)綜合評價方法在上海市水閘安全鑒定中的應(yīng)用［J］.水電能源科學(xué)，2012，30（7）：109-111.

［4］唐海龍，鞏維屏，瞿剛修.察爾森水庫泄洪閘門運(yùn)行存在的問題及解決對策［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2010，46（7）：44-47.

［5］嚴(yán)闊.水閘安全評價探討［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2013（6）：86-89.

［6］楊蜀湘.基于土壩質(zhì)量與壽命下向失穩(wěn)分析的AHP-概率評價方法［J］.人民珠江，2017，38（6）：58-60.

AHP—probability method of reservoir evaluation factors based on probability perspective

ZHANG Wu-ping
（Jingdezhen Water Conservancy and Hydropower Engineering Design Office， Jingdezhen 333000，China）

In order to analyze the factors that affect the operation of the sluice， the influence factors are sorted out based on the trace of origin， and three major and 19 influencing factors are obtained from the aspects of safety， applicability and durability.To establish a AHP-probability method based on probability perspective，taking Nianyushan sluice as an example， analysis of the occurrence possibility.The conclusion is that： the possibility of sluice management maintenance capacity is large， the bearing capacity of the foundation （R7） is less likely to occur， the occurrence probability of durability index is high，the comprehensive evaluation of Nianyushan gate value is 0.622.This value can be used as a quantitative score for the sluice，the method can also provide reference for other reservoirs.

Nianyushan Reservoir； sluice； AHP； probability； safety； applicability； durability

TV66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0008-03

2017-10-17

張武平（1983-），男（漢族），江西景德鎮(zhèn)人，工程師，主要從事水利水電工程工作，（Tel）13767809771。

王艷肖）