大壩安全評(píng)價(jià)

大壩安全評(píng)價(jià)方法綜述摘要:國(guó)內(nèi)外水庫(kù)安全評(píng)價(jià)技術(shù)與方法主要分為傳統(tǒng)的定性準(zhǔn)則法和綜合評(píng)價(jià)分析法，綜合評(píng)價(jià)分析法有綜合評(píng)分法，層次分析法，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法等。工程安全等級(jí)分為3級(jí):A級(jí)為安全可靠，能按設(shè)計(jì)條件安全運(yùn)行;B級(jí)為基本安全，但有缺陷，可在加強(qiáng)監(jiān)控的條件下運(yùn)行;C級(jí)為不安全，存在病險(xiǎn)隱患。最后綜合各專項(xiàng)安全性級(jí)別對(duì)大壩分類，專項(xiàng)安全性級(jí)別均達(dá)到A級(jí)的為一類壩;專項(xiàng)安全性級(jí)別達(dá)到A級(jí)或B級(jí)的為二類壩;專項(xiàng)安全性級(jí)別有一項(xiàng)以上達(dá)到C級(jí)的為三類壩。關(guān)鍵詞:安全評(píng)價(jià);風(fēng)險(xiǎn)分析;病險(xiǎn)水庫(kù)前言我國(guó)現(xiàn)有8.7萬(wàn)余座水庫(kù)，大多建于20世紀(jì)50～70年代，限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件制約，普遍存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差等缺陷，加上長(zhǎng)期維修養(yǎng)護(hù)不夠，其中約40%為病險(xiǎn)水庫(kù)。病險(xiǎn)水庫(kù)不僅不能正常發(fā)揮效益，而且存在很高的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅下游公眾安全與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)定期開展水庫(kù)安全評(píng)價(jià)工作至關(guān)重要。正確的大壩安全評(píng)價(jià)是充分發(fā)揮工程效益、降低工程風(fēng)險(xiǎn)和提高工程除險(xiǎn)加固措施針對(duì)性的必然要求。1模糊綜合分析法模糊數(shù)學(xué)將數(shù)學(xué)引入具有模糊現(xiàn)象和模糊概念的各個(gè)知識(shí)領(lǐng)域中，其關(guān)鍵在于尋求適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述事物的模糊性?；谀：龜?shù)學(xué)方法的綜合評(píng)價(jià)通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)集與評(píng)價(jià)集之間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)所屬隸屬度，建立模糊矩陣，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，最后對(duì)模糊矩陣與權(quán)重進(jìn)行模糊運(yùn)算并歸一化處理，得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。1.1確定目標(biāo)集和評(píng)價(jià)集大壩模糊綜合分析的目標(biāo)集采用《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的7個(gè)單項(xiàng)，評(píng)價(jià)集一般采用五級(jí)法，其等級(jí)用符號(hào)表示為:V1，V2，V3，V4，V5，依次代表惡性異常、重度異常、輕度異常、基本正常、正常。各項(xiàng)因素的評(píng)價(jià)語(yǔ)為:(V1，V2，V3，V4，V5)=(v1，v2，v3，v4，v5)。其中:0＜vi＜l表示對(duì)上述等級(jí)的隸屬。大壩的因素層指標(biāo)可以分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)兩類，對(duì)于定量指標(biāo)采用“升半梯形”隸屬函數(shù)確定指標(biāo)的隸屬度。[1]1.2綜合評(píng)價(jià)根據(jù)權(quán)向量W和模糊評(píng)價(jià)值矩陣R，采用模糊綜合評(píng)價(jià)的基本公式為:B=W·R式中，運(yùn)算符“·”為模糊數(shù)學(xué)中的模糊算子，當(dāng)W表示權(quán)向量時(shí)，上式代表普通矩陣乘積運(yùn)算[2]。計(jì)算時(shí)，從最底層(因素層)開始，逐層向上綜合，最終得到最頂層的目標(biāo)集向量。如果目標(biāo)集不滿足歸一化條件，需進(jìn)行歸一化處理。最后可根據(jù)總體評(píng)價(jià)值，按最大隸屬度原則確定大壩安全的總體結(jié)論。2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分法風(fēng)險(xiǎn)分析既需要考慮水文、地質(zhì)、材料、荷載的時(shí)空變異性，同時(shí)也要考慮到其他非傳統(tǒng)因素，如人為差錯(cuò)、機(jī)械故障、上游水庫(kù)失事等隨機(jī)事件可能給大壩安全造成的威脅。美國(guó)墾務(wù)局(USBR)推薦使用現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分(siterating)法來(lái)衡量水庫(kù)大壩的風(fēng)險(xiǎn)，它是在美陸軍工程師團(tuán)Hagen的啟發(fā)下形成，按下式計(jì)算:式中，為第i因素的評(píng)分值。[3]所考慮的風(fēng)險(xiǎn)可分兩類:①潛在險(xiǎn)情，包括庫(kù)容、水頭、隱患、洪水和地震等因素。將各因素構(gòu)成的險(xiǎn)情分成低、中、高、極高4級(jí)，各級(jí)從低至高相應(yīng)賦予風(fēng)險(xiǎn)值。工程的SR值越高，則表明該工程越危險(xiǎn)。②大壩病險(xiǎn)，包括工程齡期、建筑質(zhì)量、滲流態(tài)勢(shì)和結(jié)構(gòu)安全等因素;USBR把風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)視為改進(jìn)安全3.2層次分析法安全評(píng)價(jià)信息包括水文、地質(zhì)、大壩結(jié)構(gòu)、材料、流域和地形、運(yùn)行管理和安全監(jiān)測(cè)等信息，通過(guò)數(shù)值仿真、模型實(shí)驗(yàn)、實(shí)測(cè)資料分析、信息融合最終獲取大壩安全狀態(tài)參數(shù)。目前常用的綜合評(píng)價(jià)方法主要有層次分析法(AHP)、模糊綜合評(píng)價(jià)法、模糊可靠度和和模糊灰色綜合評(píng)價(jià)法等。常用的準(zhǔn)則有強(qiáng)度和屈服準(zhǔn)則、斷裂力學(xué)準(zhǔn)則、損傷力學(xué)準(zhǔn)則、穩(wěn)定準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則、熵準(zhǔn)則、突變理論準(zhǔn)則等。根據(jù)大壩風(fēng)險(xiǎn)度的不同，大壩安全評(píng)價(jià)方法依次劃分為（1）確定性評(píng)價(jià)：從力學(xué)、物理和邏輯規(guī)律等方面對(duì)大壩進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，不考慮非線性和不確定性，即認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行規(guī)范要求的大壩就是安全的。（2）安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：將水文、水力、地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、材料、等作為隨機(jī)變量，同時(shí)結(jié)合具體的政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境，考慮到其它可能影響大壩安全的非傳統(tǒng)因素，結(jié)合相應(yīng)損失的大壩安全評(píng)價(jià)方法[9]。（3）不確定性評(píng)價(jià)：全面考慮大壩安全影響因素和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不確定性以及信息的不完整性的大壩安全評(píng)價(jià)方法，主要包括模糊可靠度評(píng)價(jià)、模糊灰色評(píng)價(jià)和基于盲數(shù)理論的綜合評(píng)價(jià)方法等。（4）考慮結(jié)構(gòu)壽命和可修復(fù)性的不確定性評(píng)價(jià)：將大壩系統(tǒng)作為一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，考慮大壩系統(tǒng)初始損傷和損傷發(fā)展、結(jié)構(gòu)和材料老化、可修復(fù)性風(fēng)險(xiǎn)等方面，從大壩系統(tǒng)的損傷累積、材料和結(jié)構(gòu)的老化速度和外部環(huán)境的變化趨勢(shì)等方面估計(jì)結(jié)構(gòu)的剩余壽命，使人們對(duì)大壩安全的現(xiàn)狀、成因和發(fā)展趨勢(shì)獲得全面了解的評(píng)價(jià)方法。大壩安全的綜合層次分析法從傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系中7個(gè)單項(xiàng)Ai(i=1～7)中劃分出影響單項(xiàng)的重要因素Aij(j=1～3)，采用層次分析法分層權(quán)重計(jì)算，確定評(píng)價(jià)準(zhǔn)則(隸屬函數(shù))，計(jì)算單項(xiàng)因素隸屬度，得出大壩安全綜合評(píng)價(jià)定量指標(biāo)。其主要步驟如下。3.2.1建立層次結(jié)構(gòu)模型根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，將把影響水庫(kù)大壩工作狀態(tài)的因素逐級(jí)分解為遞階層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在建立了遞階層次模型后，通過(guò)專家調(diào)查的方式，即可獲得各層次的兩兩比較判斷矩陣，再通過(guò)一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算可求出各指標(biāo)的權(quán)重［3］。3.2.2量化評(píng)價(jià)集確定評(píng)價(jià)體系中單項(xiàng)因素Aij的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。按照各專項(xiàng)的安全性分為1、2、3級(jí)，1級(jí)為安全可靠;2級(jí)為基本安全，但有缺陷;3級(jí)為不安全，并采用T．L．Saaty建議的0～9指標(biāo)量化等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.2.3綜合性能指標(biāo)層次分析法為了使指標(biāo)體系中的指標(biāo)的不同狀態(tài)具有統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)，需要給指標(biāo)體系中的指標(biāo)劃分等級(jí)，事先給定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使不同工程之間具有可比性，綜合性能指標(biāo)計(jì)算見下式。大壩最終的安全性能分為3類，一類壩安全可靠，能按設(shè)計(jì)正常運(yùn)行;二類壩基本安全，可在加強(qiáng)監(jiān)控的條件下運(yùn)行;三類壩不安全，屬病險(xiǎn)水庫(kù)大壩。式中，H為綜合性能指標(biāo);n為影響因素的個(gè)數(shù);qi為各個(gè)影響因素的實(shí)際評(píng)分值，(1≤qi≤9);Ai為各個(gè)影響因素的權(quán)重值。[10]結(jié)語(yǔ)大壩的安全綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多層次、多指標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜問(wèn)題,是一項(xiàng)意義重大又要求很高的工作,同時(shí)又要求有一定的投入。這就要求政府和業(yè)主給于高度關(guān)心和重視,有關(guān)的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員付出艱辛的勞動(dòng)。讓有志的同行們共同努力,把我國(guó)大壩安全評(píng)價(jià)的工作提高到更高的水平。[參考文獻(xiàn)][1]李宗坤，周晶，鄭晶星。土石壩實(shí)測(cè)性態(tài)多級(jí)模糊模式識(shí)別方法研究。水利學(xué)報(bào)，2003，（9）：83-87。[2]顧沖時(shí)，吳中如．大壩與壩基安全監(jiān)控理論和方法及其應(yīng)用［M］．南京:河海大學(xué)出版社，2006．[3]許樹柏．層次分析法原理［M］．天津:天津大學(xué)出版社，1988．[4]黃海燕，麻榮永。大壩安全模糊風(fēng)險(xiǎn)分析初探。廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2003，28（1）：14-18。[5]黃紅女,土石壩安全測(cè)控理論與技術(shù)的研究及應(yīng)用[學(xué)位論文]。南京：河海大學(xué)，2005.1.[6]SL258-2000水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則.[7]金菊良，魏一鳴，丁晶?；诟倪M(jìn)層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。水利學(xué)報(bào)，200