大连市金普新区小型水库运行管理评价

孙 涛

(大连金普新区农业农村发展服务中心，辽宁 大连 116199)

1 概 述

大连市地处黄渤海之滨，属于辽东半岛重要的旅游、港口、贸易、工业及经济发展的副省级城市。境内大小河流200余条，黄海和渤海为大连地区的两大水系，其中大沙河、清水河、庄河、英那河及碧流河等属于注入黄河的较大河流；三十里堡河、李官村河及复州河等属于注入渤海的较大河流。当前，已建各类水库大坝500余座，为降低自然灾害损失、减少水库病险率、提升区域水资源利用效率和保障库区下游安全，针对小型病险水库政府部门开展实施了一系列的加固整治项目，大大提升了当地水库安全状况和运行管理能力[1-3]。

当前，水库安全管理实行的定期安全鉴定制，每五年鉴定一次小型水库运行状况，并将水利工程运行分为“差”、“较好”、“好”3个等级。针对小型水库运行的管理研究大多数为定性分析，通常给出模糊的“较好”评价爱，无法客观、真实的体现水库运行管理的薄弱环节及其存在的问题[4-6]。

鉴于此，结合层次分析法综合分析、定量评价了小型水库运行管理现状，较为真实、全面的反映水库安全管理现状，研究成果可消除水库安全隐患和水库管理年终考评等提供科学依据。

2 层次分析法原理

20世纪70年代T.L.Saaty教授基于多目标网络法提出了一种综合考虑定性与定量因素的层次分析法，该方法通过量化待评价对象的影响因素构造多层次结构，其特点是能够量化描述两两因素关于某一层次的相对重要程度，经数学运算确定各元素权重，其详细步骤如下：

步骤一：关于待决策目标或评价对象构建一个包含指标层、准则层和目标层的梯阶层次结构。

步骤二：两两比较相同层次中各要素的相对重要性，按照1-9标度准则建立判断矩阵A=(aij)n×n，见表1。

表1 判断矩阵A的标度准则

步骤三：评价指标关于相同层次的权重计算和一致性检验。依据专家意见和标度准则构造判断矩阵A，求解特征根λmax及单位特征权向量ω=(ω1，ω2，…，ωn)。从数学的角度很容易证明A为正互反矩阵，采用数学方法可以确定某一正实数λmax。根据专家评分建立的判断矩阵并不一定满足科学合理性要求，因此有必要引入一致性比例CR衡量矩阵的一致性。其中，CR=CI/RI、CR=(λmax-n)/(n-1)，不同阶数的矩阵RI值不同，按照表2确定。判断矩阵A满足一致性检验的判别准则为CR<0.10，符合该标准则认为权重计算科学合理，能够用于水库运行管理的评价；如果不符合以上要求则重新进行调整，直至满足检验要求停止运算，确定梯阶层次结构中的各项指标权重。

表2 平均随机一致性RI检验指标值

步骤四：组合权重的确定。通过适当组合评价体系中各层次指标权重，确定关于目标层所有元素的最终权重，为保证权重计算的合理性一致性检验总体矩阵。

将影响小型水库运行管理的各要素权重采用层次分析法推算，该方法能够有效的避免评价结果受人为主观因素的干扰。若水库运行管理的客观实际情况与主观判断存在偏差，则CR值的大小可体现这一差别，对判断矩阵即时作出相应的调整。许多工程实践和研究成果均已证明，在权重计算时AHP法具有较强的适用性与可靠性。

3 评价体系及模型

3.1 梯阶层次结构体系

小型水库运行管理评价覆盖的范围广、因素多，不同水库的运行状况和水文条件存在较大差异，为全面掌握水库运行的实际情况就要求从复杂的信息中提取有效的数据，构建的递阶层次结构体系应尽可能的体现水库运行管理时存在的问题和现状。文章遵循完备性、科学性、层次层和定量定性相结合等原则选择评价因子，结合水库大坝安全评价导则和安全鉴定办法，从大坝安全监测、维修养护和运行管理3个方面构建多要素、多层次评价体系，见表3。

3.2 确定指标权重和评价值

对水库运行管理递阶层次评价体系中各要素按照表1中的1-9标度法构造判断矩阵，矩阵特征值及其一致性检验，见表7。值得一提的是，1960-1970年修建的大连市现有土石坝上水库，其地基沉降已趋于稳定，所以对于大坝的安全监测，变形观测对评价结果的贡献率较小。

当前，尚未形成普遍适用、系统完善的运行管理等级划分方法，文章依据相关文献资料和水库大坝安全鉴定办法，将运行管理评价划分为差、较好、好三个等级。为避免主观随意性对各指标评分的影响，将二级指标等级利用“黄金分割”原理确定，即水库运行管理完善、较完善、较差的评分值依次为1、0.618、0.328，不同等级下各项指标的评分依据如表8。针对定性评判因子，若水库运行管理评判属于折中的，则取中间值作为评分。

表3 小型水库运行管理递阶层次评价体系

表4 判断矩阵A-B及其一致性

表5 判断矩阵B1-C及其一致性

表6 判断矩阵B2-C及其一致性

表7 判断矩阵B3-C及其一致性

表8 小型水库运行管理评判依据

3.3 运行管理评价模型

运用多要素、多层次数学法构建水库运行管理评价模型，其表达式为：

(1)

式中：R——为综合评价值；Ci、Ci、ωi为各评价因子的定量分值及其权重。

根据大连市小型水库安全鉴定意见、水库大坝安全评价导则，将运行管理等级划分为差、较好、好3个等级，对应的评分值为R<0.5、0.5≤R<0.8、R≥0.8。

4 实例分析

4.1 水库概况

1)葡萄沟水库位于金石滩街道葡萄沟村、集雨面积0.95km2、河道比降45.63‰、河长1.26km、年均降水量600mm、防洪能力>200a；水库特征：设计和正常水位分别为61.44m、60.50m，总库容20.07万m3；主坝为黏土心墙坝、最大坝高10.93m；溢洪道为宽浅式明渠、堰顶高程37.80m、最大泄量78.68m3/s；输水洞为坝下埋管、断面尺寸DN300mm；管理情况：管理人员2人，管理单位为金石滩街道葡萄沟村村民委员会；保护耕地53.3hm2，保护人口237人；现有水位观测设施和固定电话、无雨量观测设施，水库道路交通可通行。

2)什字街水库位于金普新区什字街村、集雨面积3.98km2、河道比降21.44‰、河长3.82km、年均降水量600mm、防洪能力>500a；水库特征：总库容195.96万m3、正常蓄水位和设计洪水位分别为37.80m、39.22m；水库为黏土心墙坝、最大坝高17.0m；溢洪道为宽顶堰、堰顶高程60.50m、最大泄量19.09m3/s；输水洞为坝下埋管、断面尺寸2×DN400mm；管理情况：管理人员3人，管理单位为金石滩街道；保护耕地106.6hm2，保护人口1316人；有水位观测设施和通讯信号、无雨量观测设施和固定电话，水库道路交通可通行[7]。

3)宋北沟水库位于金石滩街道满家滩村、集雨面积0.84km2、河道比降42.53‰、河长1.07km、年均降水量600mm、防洪能力<10a；水库特征：总库容24.99万m3、正常蓄水位和设计洪水位分别为47.10m、47.94m；主坝为黏土心墙坝、最大坝高12.55m；溢洪道为宽顶堰、堰顶高程47.1mm、最大泄量18.71m3/s；输水洞为分级卧管、断面尺寸DN250mm；管理情况：该水库为集体管理，管理单位为满家滩村村委员会；保护耕地93.3hm2，保护人口1134人；有水位观测设施和通讯信号、无雨量观测设施和固定电话，水库道路交通可通行[8]。

4)新建水库位于大李家街道新建村、集雨面积1.78km2、河道比降11.25‰、河长1.97km、年均降水量600mm、防洪能力>50a；水库特征：总库容25.43万m3、正常蓄水位21.20m、设计洪水位22.12m；主坝为均质土坝、最大坝高6.5m；溢洪道为宽顶堰明渠、堰顶高程21.2mm、最大泄量19.41m3/s；输水洞为坝下埋管、断面尺寸DN300mm；管理情况：该水库为集体管理，管理单位为满新建村村村委员会；保护耕地306.6hm2，保护人口1540人；有水位观测设施和通讯信号、无雨量观测设施和固定电话，水库道路交通可通行。

5)盘道水库位于大李家街道盘道村、集雨面积0.95km2、河道比降55.09‰、河长1.41km、年均降水量600mm、防洪能力>500a；水库特征：总库容35.46万m3、正常蓄水位64.39m、设计洪水位65.30m；主坝为黏土心墙坝、最大坝高15.0m；溢洪道为宽顶堰、堰顶高程64.39mm、最大泄量28.92m3/s；输水洞为坝下埋管、断面尺寸DN300mm；管理情况：该水库为集体管理，管理单位为盘道村村村委员会；保护耕地132.0hm2，保护人口485人；有水位观测设施和通讯信号、无雨量观测设施和固定电话，水库道路交通可通行。

6)太山水库位于大李家街道太山村、集雨面积0.6km2、河长1.32km、河道平均比降70.98‰、多年平均降水量630mm、防洪能力10a；水库特征：总库容22.87万m3、正常蓄水位61.82m、设计洪水位62.77m；主坝为均质坝、最大坝高13.3m；溢洪道为宽顶堰、堰顶高程61.82mm、最大泄量28.92m3/s；输水洞为坝下埋管、断面尺寸DN400mm；管理情况：该水库为集体管理，管理单位为太山村村村委员会；保护耕地90.7hm2，保护人口1109人；有水位观测设施和通讯信号、无雨量观测设施和固定电话，水库道路交通可通行。

各水库除险加固工程的实施显著提升了坝基、坝肩的防渗能力和上下游坝坡的稳定性，满足水利设施过流能力要求、溢洪道泄流量设计要求及坝顶高程防洪要求，在很大程度上改善了水利设施管理水平和大坝安全监测能力，加固整治工程的实施取得了显著的综合效益[9-11]。

4.2 结果分析

以大连市金普新区的葡萄沟水库、什字街水库、宋北沟水库、新建水库、盘道水库、太山水库为例，对各水库运行管理现状运用层次分析法进行综合分析，见表9。

表9 大连市金普新区小型水库运行管理评价

根据表9可知，各水库安全鉴定结果与层次分析综合评价结果保持一致，通过评价分析能够较为客观、准确的揭示各水库在监测、维修、运行等方面的实际情况。

5 结 论

系统、完善的评价体系为水库运行管理评价的重要基础，结合小型水库工程特点和运行管理实际情况，从大坝安全监测、维修养护和运行管理3个方面构建多要素、多层次评价体系。为避免主观判断对指标评分的影响，对各评价指标等级采用“黄金分割”原理确定，依据各水库实际情况确定各指标评分。

为解决传统的水库运行管理定性的笼统的分析问题构建了基于层次分析法的定量评价模型，然后以大连市金普新区6个小型水库为例，验证了模型的科学合理性。结果发现，水库安全鉴定结果与层次分析综合评价结果保持一致，依据综合评分和各指标权重计算结果能够准确、客观的分析运行管理过程中存在的问题，为提高水库管理水平和除险加固方案的设计奠定基础。