大坝安全评估云模型应用探析

谭志英

(山东省临沂市莒南县石泉湖水库管理所， 山东 莒南　276600)



大坝安全评估云模型应用探析

谭志英

(山东省临沂市莒南县石泉湖水库管理所， 山东 莒南276600)

为客观评估大坝安全运行特征，本文在结合博弈论原理与云模型的基础上，建立大坝安全评估体系，探索构建大坝安全评估云模型。应用实例表明，云模型在大坝安全评估中具有较强的适用性。该研究可为大坝安全评估提供决策依据。

博弈论； 云模型； 大坝安全； 综合评估

1　引　言

对处于建设或竣工状态的大坝工程实施坝体安全性综合评估工作，已经越来越受到重视。据统计，现阶段中国大坝大约30%都受到不同程度坝体病险威胁。伴随着科技的发展，PP法、ME-PP模型和模糊可拓评估模型等评估方法逐渐应用于坝体安全评估，构建了不同类型坝体安全体系，有效提高了坝体的安全性能。但坝体安全的评估体系存在一定的随机性和不确定性，易导致评估结果不准确，从而不利于大坝稳定性评估[1]。鉴此，本文通过引入云模型理论，利用博弈论方法计算大坝安全评估指标的综合权重，建立具有云模型特性的大坝安全评估体系，以期实现对大坝安全实施科学评估的目标。

2　模型权重计算方法

2.1熵权法权重计算

(1)

2.2层次分析法权重计算

基于评估指标合理的层次排序和建立判断矩阵，确定各个评估指标权重的方式，称为层次分析法[3]。

2.3博弈论法权重计算

2.4大坝安全评估体系的云模型理论

云模型具体正向发生器步骤图

2.5建立基于博弈论的大坝安全评估云模型

(2)

(3)

qj——在第j个评估等级下，其隶属度的评估结果。

最后，依据最大隶属度的原则确定云模型的最终评估结果。

3　模型应用实例

3.1工程概况

瀑布沟水电站作为大渡河梯级开发的重要控制性工程，水库设计蓄水位为850.00m，水库总库容近54×108m3，坝体高最大值为185m。水电站的枢纽建筑物包含地下厂房系统、引水工程、岸边溢洪道与泄洪洞以及土石坝共同组建而成。另外，水电站装机容量、保证出力以及年平均发电量分别可达4000MW、92×104kW以及150kW·h。

3.2大坝安全评估体系

基于确保大坝系统安全运行和工程进度正常进行的目标，通过大坝施工期间布置的监测仪器，获得坝体的原始观测数据。同时，考虑水电站的相关地理特征，进而确定坝体渗流、变形和环境影响的6个安全评估指标，见表1。

根据表1，帷幕折减系数用Y3表示，其主要用于判定防渗帷幕在坝体中的防渗效果，进而判断坝体的扬压力是否在正常范围内。在一定范围内，水电站上游水位存在上下波动，因此，其评估指标Y7等于水库实际运行水位减去水库正常蓄水位。经过查阅当地气候资料可知，工程施工期间的年平均温度在13～16℃，因此，其评估指标Y5等于当地实际气温减去14℃。另外，降雨影响具有一定的滞后效应，因此，前期的降雨影响作用约为15d以内，Y6等于监测日降雨量前期的均值。以上评估指标范围是根据工程对比以及征求专家组意见综合评定。

表1　大坝安全评估指标确定

注区间1、2、3、4、5分别为低风险区间、较低风险区间、中等风险区间、较高风险区间、高风险区间。

3.3模型计算结果

基于表1评估指标体系，通过计算获得评估指标所对应安全评估等级的正态云标准的矩阵，见表2。

表2　评估指标的正态云标准

注区间1、2、3、4、5分别为低风险区间、较低风险区间、中等风险区间、较高风险区间、高风险区间。

基于表2各评估指标在模型中的特征值，通过采用正向发生器计算获得隶属度矩阵Z。由于计算结果具有不确定性，为了使结果更加具有可靠性，重复以上计算60次，从而获得准确结果，见表3。基于表3结果，根据博弈论方法计算获得各评估指标的综合权重，再依据隶属度最大的原则，计算获得水电站评估结果，见表4。

表3　评估指标的正态云标准

注区间1、2、3、4、5分别为低风险区间、较低风险区间、中等风险区间、较高风险区间、高风险区间。

表4　水电站评估结果

注区间1、2、3、4、5分别为低风险区间、较低风险区间、中等风险区间、较高风险区间、高风险区间。

由表4水电站评估结果可知，大坝工程的评估结果为低风险，其主要原因是该坝体结构承受外部荷载和运行的时间相对有限，建坝材料强度相对较高。另外，工程师根据设计规范严格设计和施工，致使大坝安全性能相对较高。工程投产建设十年来，水电站发电量超过预期发电量，坝体变形、沉降都在工程合理范围内，鉴此，云模型的计算结果和实际结果相符合。

4　结　论

本文充分考虑坝体评估过程存在的随机性及模糊性特征，在综合考虑克服主观权重随机性及削弱客观权重片面性基础上，引入基于博弈论以及云模型理论，充分发挥模型针对模糊及随机问题处理高效性特征，实现对各评估指标综合权重的推求，从而达到对大坝安全性进行评估的目的。工程实例应用验证模型的适用性及合理性。值得注意的是，大坝安全评估体系所涵盖各评估指标具有一定程度随机性特征，因此采用云理论实施大坝安全评估时，应综合纳入更多评估因子，从而有效提升模型评估精确性，拓展模型适用范围。

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[3]李振苓,宫云赵,刘本宝.大沽河梯级拦河坝雨洪水资源利用模式浅谈[J].水资源开发与管理,2015(1):51-52.

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Discussion on dam safety evaluation cloud model application

TAN Zhiying

(ShandongLinyiJunanCountyShiquanhuReservoirManagementOffice,Junan276600,China)

Dam safety evaluation system is established, and construction of dam safety assessment cloud model is explored for construction on the basis of combining game theory principle and cloud model in order to objectively assess dam safety operation characteristics. Application examples show that cloud model has stronger applicability in dam safety evaluation. The study can provide decision-making basis for dam safety evaluation.

game theory; cloud model; dam safety; comprehensive evaluation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.013

TV698

A

1005-4774(2016)09- 0052- 04