鄒家源水庫除險加固治理效果評價

曾國林

(新干縣水利局，江西 吉安 331300)

0 引 言

科學合理的綜合評價水庫加固治理工程效益，對于全面消除水庫安全隱患以及水庫加固方案的優化設計具有重要意義[1]。對此，許多研究者開展了大量的研究并取得了豐富的成果，如劉展志等[2]從水環境、內部收益率、灌溉增量和防洪增量5個方面選擇評價指標，通過對評價等級的劃分提出了改進的云模型法；劉青青等[3]將水庫加固績效評價體系引入平衡計分卡理論，評估體系的普遍適用性和客觀性相對較差；吳煥新等[4]通過對加固工程特點的詳細分析，根據水庫安全運行情況研究了加固效果評價體系的構建方法，所確立的評價體系比較單一。然而，定性評價為現有研究應用較多的方法，考慮模糊性、不確定性因素的綜合評價研究相對較少。因此，針對多要素、多層次評價體系和權重計算存在較強主觀性的特征，評價方法將傳統的AHP法運用三標度準則加以改進，結合模糊數學理論建立適用于水庫加固效果評價的模型，然后以鄒家源水庫加固工程為例驗證了模型的科學有效性。

1 模糊綜合評價模型

1.1 構建評價體系

水庫加固效果評價涉及的因素多、范圍廣，不同地區的水文條件和水庫運行狀況存在一定差異，為了全面掌握水庫加固治理成效要求從復雜的數據信息中選取合適的指標，建立的評價指標體應盡可能的反映水庫運行時存在的問題和現狀情況[5]。遵循定量定性相結合、完備性、層次性和科學性原則建立評價指標體系，對加固治理效果評價因子依據水庫大壩安全鑒定辦法篩選，從綜合影響、康復程度、工程設計與施工方案等方面建立多層次、多要素綜合評價體系，見表1。

表1 水庫加固效果綜合評價體系

1.2 改進的AHP法確定權重

1-9標度法為傳統的AHP法構造判斷矩陣的基礎，該準則過于細化且標度分級過多，對于多個層次要素難以準確掌握比較尺度，專家估算難度大且判斷矩陣的準確性較低。將各評價指標重要程度利用三標度準則判別時省去了一致性檢驗的環節，可有效避免了1-9標度法存在的計算量大、偏差大和主觀性強等問題。所以，文章對水庫加固效果評價指標的重要性運用專家較容易給出的三標度法進行排序，將傳統的AHP法加以優化改進，其具體流程如下：

1)準則層比較矩陣C=(cij)的構造，其表達式為：

(1)

2)因素層判斷矩陣A=(aij)按照下式和比較矩陣C確定，即：

(2)

3)權重的計算。各指標權重利用下式確定，經歸一化處理和整合運算后確定最終的指標權值，如下：

(3)

(4)

水庫加固效果各評價因子權重集W={ω1，ω2，…，ωn}按照上述改進的三標度層次分析法計算確定。

1.3 構建綜合評價模型

根據各評價因子等級的隸屬度構造模糊關系映射矩陣，模糊關系的合成運算為模糊綜合評價的重要基礎，考慮不同評價等級下多個因素的隸屬程度即可實現水庫加固效果的綜合分析。對于多約束、多層次難以用精確數學法描述的復雜問題，模糊數學法具有較強的適用性，目前該方法已廣泛應用于各個學科領域，其基本流程為：

1)因素集U的確定。根據各層次評價因子構造因素集U，如將社會發展影響、工程投資、運行管理和技術適用性等因子構成集合，即U={u1,u2,…,um}，ui為單評價因子，其中i=1,2，…，m。

2)評語集V的確定。根據水庫加固工程治理情況和目標要求，將所有評價級別構成集合V，即V={v1,v2,…,vn}，vi為評價等級，其中j=1，2，…，n。

3)單因素評價。設ui為評價指標體系中第i個要素，關于評價等級vj為此單要素的隸屬度為rij，由此可構成單要素模糊矩陣R。

4)模糊綜合評價。根據評價要素ui確定的隸屬于不同等級的程度，構造單要素模糊權重子集W={ω1，ω2，…，ωn}。然后采用合成算子將R與W進行模糊運算確定綜合評判集B，其表達式為：

B=(bj)=W×R

(5)

式中：bj為水庫加固效果綜合評價值。

根據最大隸屬度原則確定水庫加固效果的評價等級，模糊綜合法不僅有效解決了多因素權重分配困難的問題，而且可反映不同層次中各因素的影響程度。

2 實例分析

2.1 水庫概況

鄒家源水庫位于新干縣大洋洲鎮譚家坊村，總庫容486萬m3，是一座集灌溉、養殖、防洪等功能于一體的小(1)型水庫，具有年調節性能。水庫樞紐工程等別為Ⅳ等，主要建筑物有大壩、正常溢洪道、非常溢洪道、灌溉涵管和灌溉渠系等，正常高水位84.48m，設計調洪演算校核和設計洪水位分別為88.08m、86.75m。

在特殊的歷史背景下興建的該水利樞紐工程，勘測、設計及施工方面均存在較多缺陷，加之維修管理不善和建設期資金的缺乏，給水庫大壩留下了許多安全隱患。通過對整個樞紐工程進行勘查，發現的主要問題如下：①大壩存在壩體、壩基滲漏和繞壩滲漏問題；②大壩無監測設施，上游塊石護坡不完善，風化嚴重，下游排水棱體不完善；③正常溢洪道陡槽下游沖坑、塌陷嚴重，陡槽有斷裂現象，非常溢洪道邊坡塌方，阻塞嚴重；④輸水涵管有裂縫，防汛公路路面差，無上壩公路等；⑤大壩發現多處蟻穴，壩體遭受蟻害嚴重。經過長期的服役運行，該水庫存在各種各樣的問題，尤其是服役年限的增大和部分水利設施的超期服役，使得安全隱患問題較為突出[6-9]。

根據安全鑒定結論以及水庫運行過程中發現的問題，結合設計規范、標準和安全鑒定意見擬對大壩采取以下措施進行除險加固：①對大壩進行加固處理；②對溢洪道進行翻修擴建；③對灌溉斜管進行翻建和涵管補強處理；④按規范要求增設水庫大壩安全監測設施，完善通訊、管理設施及修建防汛公路等。

按50a一遇洪水校核、10a一遇洪水設計和相關標準，全面復核輸水管、溢洪道和水庫大壩，消除水庫安全隱患和水庫加固方案優化設計提供科學的依據。

2.2 確定指標權重

1)根據專家意見和各指標具體內涵，利用公式(1)構造比較矩陣C。為簡要介紹其運算流程，選取準則層加固設計方案C1為例，構造的比較矩陣如下：

(6)

2)依據計算式(2)和比較矩陣C，考慮水庫加固具體情況建立判斷矩陣A，如下：

(7)

3)評價體系中各項因子權重利用式(3)、(4)計算確定，經歸一化處理獲取各評價因子權重集為：w11=(0.2855，0.1430，0.5715)。

4)同理，按照以上運算流程依次確定每一層級中各因素權重。

2.3 模糊綜合評價

1)評語集的確定。根據水利部頒發的水庫大壩安全鑒定辦法和相關文獻資料將評價等級劃分為V1-V5級，評語集為V={很好，好，一役，較差，很差}，采用五級制劃分評價等級，各等級分值標準及其判別依據見表2。

表2 水庫除險加固效果評價等級

表3 不同等級下三級要素標準分值

參考遼寧省重要中小型水庫安全鑒定指導意見、水庫大壩安全評價導則和水利水電工程等級劃分及洪水標準，采用等級打分方案由9名專家給出不同評價等級下28項因素的標準分值，見表3。

2)隸屬度的計算。對于不同評價等級下各指標的計算結果進行統計分析，從而獲取準則層各要素的隸屬度矩陣如下：

3)子系統中各要素評價。結合C1隸屬度矩陣r11和權重集w11計算結果，對指標C1運用公式(5)進行求解，可有：BC1=w11×r11=(0.2858，0.5715，0.1427，0，0)。

4)同理，按照以上流程計算確定評價體系中其它各層級的運算結果，獲取的因素層評價結果為：BA=w31×r31=(0.2502，0.6281，0.1217，0，0)。

2.4 結果分析

將BA運算結果按照最大隸屬度原則，其最大值為0.6281，屬于“好”等級，即鄒家源水庫加固治理效果隸屬于“好”等級，各項評估指標較加固前較大改善，整治后的工程效益、水庫功能達到設計水平及預期目標，工程驗收結論、加固實際狀況和該評價結果保持較好的一致性。

3 結 論

1)水庫加固治理效果評價的重要基礎是建立系統、全面的評價體系，文章結合評價體系建立方法、水庫加固工程特點和相關原則，從多個方面建立多層次、多要素綜合評價體系，然后將各指標權重利用三標度改進的AHP法計算，有效避免了傳統方法存在的計算量大、偏差大和主觀性強等問題。根據工程現場調查結果和相關資料，采用模糊數學法構建加固效果評價模型，并以實例工程驗證了模型的科學有效性。

2)對鄒家源水庫加固治理工程運用建立的評價體系和模糊數學模型分析，結果顯示水庫加固治理效果隸屬于“好”等級，各項評估指標較加固前較大改善，可為消除水庫安全隱患，完善水庫管理體系和加固效果評價方法提供科學的依據。