農(nóng)田水利工程建筑物的安全評(píng)價(jià)研究

李 剛 趙 鵬* 孫書洪，3

（1、天津北大港水庫管理處，天津300384 2、天津農(nóng)學(xué)院 水利工程學(xué)院，天津300384 3、天津市農(nóng)業(yè)水利技術(shù)工程中心，天津300384）

對(duì)于渠系建筑物安全評(píng)價(jià)的研究呈現(xiàn)出發(fā)展迅速、方式多樣、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)日漸科學(xué)化、評(píng)價(jià)體系日益健全化的特點(diǎn)，未來隨著對(duì)渠系建筑物安全隱患認(rèn)識(shí)加深，渠系建筑物安全評(píng)價(jià)的健全度和科學(xué)客觀程度將會(huì)繼續(xù)增強(qiáng)。

1 評(píng)價(jià)方法

目前用于農(nóng)田建筑物老化評(píng)價(jià)的方法，有類比分析法、綜合評(píng)判法、專家評(píng)定法、模糊綜合評(píng)判法、層次分析法幾種。對(duì)比各個(gè)方法利弊后，在這些評(píng)價(jià)方法中，選出合適的方法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)判法利用渠系建筑物安全評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)體系是一個(gè)復(fù)雜的，多層次、多目標(biāo)模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該方法跟適合渠系建筑物的安全評(píng)價(jià)。

1.1 評(píng)判指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

將需檢測(cè)建筑物的安全標(biāo)準(zhǔn)，按照功能性喪失程度和結(jié)構(gòu)損壞的程度，劃分為A，B，C，D 四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，具體如表所示。

建筑物整體安全評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 綜合評(píng)分

采用1～9 標(biāo)度法，在同層因素中標(biāo)度aij進(jìn)行兩兩比較，比較各個(gè)因素對(duì)上一層因素的影響程度，確定它在上一層元素中所占的比重。對(duì)任意兩個(gè)因素用aij表示元素i 和元素j 對(duì)上一層影響程度之比，aji為aij的倒數(shù)，建立判斷矩陣A，如式（1）所示。

采用根法計(jì)算權(quán)重向量W，將判斷矩陣A 的各個(gè)列向量采用幾何平均法，然后歸一化得到權(quán)重向量：

使用式（3）計(jì)算A 矩陣的最大特征根λmax

進(jìn)行判斷矩陣的一次性檢驗(yàn)：計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)以得到其偏離一致性的程度。一致性指標(biāo)C.I.采用式（4）計(jì)算，所得出的值越小，判斷矩陣一致性越好。

渠系建筑物安全評(píng)價(jià)研究需對(duì)影響因素求取隸屬度，采用半梯形函數(shù)來確定影響因素隸屬度，如式（5）（6）（7）

式中：Gi表示某一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，ui表示該指標(biāo)的實(shí)際值，μi表示該指標(biāo)的隸屬度。對(duì)于不能定量表示的定性指標(biāo)，采用專家打分與工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行賦值。將已數(shù)據(jù)代入式（5）（6）（7）中，計(jì)算出某一層因素的隸屬度矩陣，整理出μ1～μn后，將n 層因素的隸屬度矩陣排列，計(jì)算矩陣均值之后，得到模糊關(guān)系矩陣R。

此時(shí)可計(jì)算評(píng)價(jià)向量B，計(jì)算公式為：

最終得到評(píng)價(jià)向量B=（b1，b2，…bn），判斷矩陣滿足C.I.＜0.1的歸一化條件之后，按照最大隸屬度原則，選出B 中最大的項(xiàng)bmax，此時(shí)可以計(jì)算此安全評(píng)價(jià)的綜合評(píng)分F，即為：

根據(jù)安全評(píng)價(jià)體系綜合評(píng)分F 判斷安全范圍，F(xiàn) 在100～80之間時(shí)，建筑物安全評(píng)價(jià)等級(jí)為A 級(jí)；F 在55～79 之間時(shí)，建筑物安全評(píng)價(jià)等級(jí)為B 級(jí)；F 在40～54 之間時(shí)，建筑物安全評(píng)價(jià)等級(jí)為C 級(jí)；F 在0～39 時(shí)，建筑物安全評(píng)價(jià)等級(jí)為D 級(jí)。

2 灌溉泵站安全評(píng)價(jià)實(shí)例

2.1 邊家莊村泵站概況

邊家莊村水源為薊運(yùn)河水，薊運(yùn)河水經(jīng)李家口泵站提水入李家口排干，然后進(jìn)入邊家莊村北支渠，支渠寬25～30m，深4.0m。支渠邊有1 臺(tái)300 混流泵泵站，配套變壓器1 臺(tái)。泵站后接混凝土預(yù)制板矩形渠道，渠道斷面為80×80cm。

2.2 安全評(píng)價(jià)

先通過1～9 標(biāo)度法，將同層元素進(jìn)行比較，并建立判斷矩陣A

將數(shù)據(jù)歸一化，通過式（2）計(jì)算權(quán)重向量W

用式（3）計(jì)算最大特征根：λmax=4.0295

通過式（4）計(jì)算一致性指標(biāo)

C.I.＜0.1，故判斷該矩陣滿足一致性要求。

按照泵站的運(yùn)行管理情況、泵站結(jié)構(gòu)損壞情況、泵站設(shè)備毀損情況，對(duì)不能定量的各項(xiàng)影響因子進(jìn)行賦值，通過式（5）（6）（7）進(jìn)行隸屬度計(jì)算，列出影響邊家莊村泵站安全運(yùn)行的三層因素的隸屬度矩陣：

將計(jì)算三個(gè)矩陣的加和平均值，得到模糊關(guān)系矩陣R，此時(shí)可以通過式（9）計(jì)算評(píng)價(jià)向量B：

由此獲得邊家莊村泵站安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)各準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)向量B=（0.0063，0.2041，0.0844，0.0254）。此時(shí)可以根據(jù)式（10）計(jì)算此安全評(píng)價(jià)的綜合評(píng)分F

因此，邊家莊村泵站的安全評(píng)價(jià)綜合評(píng)分為20.41 分，分值在0～39 部分，屬于D 級(jí)別。

綜上，對(duì)邊家莊村泵站進(jìn)行綜合考察和層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)之后，可認(rèn)定，邊家莊村灌溉水利工程可被劃分為D 級(jí)水工建筑，即其工程現(xiàn)在存在重大質(zhì)量安全問題，泵站機(jī)組部分無法使用，建筑結(jié)構(gòu)部分損毀嚴(yán)重，兩部分得分過低，影響泵站安全運(yùn)行。建議停止使用，并進(jìn)行拆除重建。

3 結(jié)論

采用了層次分析法對(duì)農(nóng)田水利建筑物進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，并建立了適用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，給出了安全評(píng)價(jià)的計(jì)算方法，適合對(duì)基層灌區(qū)渠系建筑物進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。案例分析表明：邊家莊村泵站可被劃分為D 級(jí)水工建筑，泵站存在重大質(zhì)量安全問題，影響泵站安全運(yùn)行。建議停止使用，并進(jìn)行拆除重建。