基于层次分析法的沈阳浑北灌区闸门安全评价

岳 杰，孙菲菲

(1.沈阳市浑北灌区管理处，沈阳110035;2.沈阳农业大学水利学院，沈阳110866)

0 前言

沈阳市北部的浑北灌区始建于1914年，总干渠长26.2 km;干渠、分干渠各两条，全长53.4 m;支渠85条，全长252 km;桥、涵、闸等渠系建筑物89座。目前负责于洪区8个乡(镇)、2个农场及新民市一个乡的142 km2水田的输配水工作，此外还承担着沈城北半部的市内排水任务，同时还为市内几条景观河及各大公园提供环境用水。但是浑北灌区的渠系工程老化，建筑物普遍破损，95%的闸涵不同程度地漏水、跑水，部分渠道断面小，比降不合理，一些建筑物阻水，大部分建筑物超期服役，尤其档、泄水建筑物已无法正常开启。这些突出的工程问题，不仅妨碍了农业生产的发展，也影响了灌溉期的节约用水，造成每年数百万立方米的水量损失。因此，为了改善输水条件，提高输水能力，缩短灌水历时，降低水量损失，需对损坏较严重的水闸进行修复，在修复之前需掌握其损坏程度，这需要对其进行安全评价。

我国在这方面也制定了相关规定，1998年制定了《水闸安全鉴定规定》(SL214—98)(以下简称《规定》)，2008年水利部颁布了《水闸安全鉴定管理办法》(以下简称《办法》)。根据《规定》及《办法》中的相关规定以及相关规范，水闸安全评价要从现状调查评价、水闸的现场安全监测评价和闸室、岸墙和翼墙的复核计算分析评价三大部分进行，水闸安全评价中既具有定量的因素，又具有定性的因素。本文首先建立闸门的评价指标体系，并运用层次分析法确定评价指标权重，请专家针对实例确定所属评价指标分数，近而确定灌区水闸安全水平，为灌区水闸安全运行及管理提供可靠依据。

1 基于层次分析法的水闸评价方法

层次分析法(the Analytic Hierarchy Process，简称AHP)，是一种定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法，它用有序的递阶层次结构来表示复杂问题，通过人们的判断对决策方案的优劣进行排序［2-3］。

1.1 基本思路

1)建立递阶层次结构，即评价指标体系。即要把问题条理化、层次化，构造出一个具有层次关系的结构模型，见图1。

图1 水闸安全评价指标体系

2)对同一层次的各指标以上一层次的指标为准则进行两两比较，构造两两比较判断矩阵。假定某一层指标以C为准则，所支配的下一层次的指标为D1、D、…、Dn，我们的目的是按它们对于准则C的相对重要性赋予 D1、D2、…、Dn相应的权重分值［3-5］。

1.2 水闸级别划分

在《规定》中，将水闸安全类别评定为4个级别:一类闸、二类闸、三类闸和四类闸，一类闸指运用指标能达到设计标准，无影响正常运行的缺陷，按常规维修养护即可保证正常运行。二类闸指运用指标基本达到设计标准，工程存在一定损坏，经大修后，可达到正常运行。三类闸指运用指标达不到设计标准，工程存在严重损坏，经除险加固后，才能达到正常运行。四类闸为运用指标无法达到设计标准，工程存在严重安全问题，需降低标准运用或报废重建。

运用层次分析法需要将等级标准进行量化，即如何用数字来表述水闸的安全级别，本文将水闸安全级别量化并列入表1中。

表1 安全级别量化表

表2 判断矩阵B1-C11-15

1.3 构造判断矩阵

根据图1构造判断矩阵，图1所示的水闸安全评价指标体系分为3个层次，分别是:目标层、次目标层、指标层。先以次目标层B1为准则构建两两判断矩阵，由专家组对B1下属指标层中的C11、C12、C13、C14、C15作两两因素的重要性比较，见表2所示。

1.4 计算指标权重

本文采用层次分析法中的积法计算各指标权重，步骤如下:

1)将判断矩阵B1的每一行元素相乘，得到Ai=，i= 1，2，3…，n 。即 Ai= (1/90，200，3/2，1/15，9/2)T。

2)计算各行乘积Ai的n次方根1，2，3…n。式中，n为矩阵阶数即 n=5。因此，矩阵B1中=(0.4066，2.8854，1.0845，0.5818，1.3510)T

3)将向量［R1，R2，...，Rn］T归一化，得W=i即为所求的各指标权重。则该矩阵的权重 为 Wi= (0.0644，0.4573，0.1719，0.0922，0.2142)T

1.5 一致性检验

根据上述计算过程，将各指标的权重列入表3。

表3 水闸综合评价指标权重赋值

2 浑北灌区水闸安全评价

根据表1所示的评分标准，由评审专家组对灌区内3处病险水闸的各个指标进行打分见表4。

表4 各指标安全量化评价表

上表中是专家对该灌区各指标打分情况，其中观测设施有效性检测与抗震复核打分为零，因为该工程无观测设施，并且根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，核定该工程所在地区地震动峰值加速度为0.0 5g，地震基本烈度为Ⅵ度，该工程建筑物级别为2级，设计烈度为Ⅵ度，无需进行地震复核计算。因此，对这两项指标打分为零。

根据专家打分情况以及指标权重来进行综合评价。综合评价即将单一准则下的权重进行合成，假定第n-1层上的kn-1个元素对于总目标的排序权重向量W(n-1)，第n层上kn个元素对n-1层上所有元素排序权重向量P(n)，即各项二级指标的权重乘以其所属一级指标权重即可得到他们的合成权重Hn为

将专家根据表3评分标准对各个评价指标进行的量化评价值qi代入下式中，计算震损水库的综合评分值T。

根据表3的评分标准，本次调查的3处水闸工程安全类别均为三类闸门，已影响正常运行，需要对其主要破损部位立即进行除险加固。

3 结论

在大型灌区管理中，经常遇到各类水工建筑物发生病险的情况，而在日程维护维修工作中，有重点的完成维修任务是灌区管理者的重要工作。以层次分析法为主的评判方法，将以往的评判标准落实到定量的评价指标体系上，有利于反应建筑物的病险特征及病险级别，有利于优化配置灌区维修资金，使灌区管理更具备科学性。今后灌区建筑物的安全管理，更需要包括水闸、涵洞、渠道、泵站在内的综合评价指标体系，其各项所属权重及综合评判结果的确立对灌区管理及决策都有指导性意义。

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