邹家源水库除险加固治理效果评价

曾国林

(新干县水利局，江西 吉安 331300)

0 引 言

科学合理的综合评价水库加固治理工程效益，对于全面消除水库安全隐患以及水库加固方案的优化设计具有重要意义[1]。对此，许多研究者开展了大量的研究并取得了丰富的成果，如刘展志等[2]从水环境、内部收益率、灌溉增量和防洪增量5个方面选择评价指标，通过对评价等级的划分提出了改进的云模型法；刘青青等[3]将水库加固绩效评价体系引入平衡计分卡理论，评估体系的普遍适用性和客观性相对较差；吴焕新等[4]通过对加固工程特点的详细分析，根据水库安全运行情况研究了加固效果评价体系的构建方法，所确立的评价体系比较单一。然而，定性评价为现有研究应用较多的方法，考虑模糊性、不确定性因素的综合评价研究相对较少。因此，针对多要素、多层次评价体系和权重计算存在较强主观性的特征，评价方法将传统的AHP法运用三标度准则加以改进，结合模糊数学理论建立适用于水库加固效果评价的模型，然后以邹家源水库加固工程为例验证了模型的科学有效性。

1 模糊综合评价模型

1.1 构建评价体系

水库加固效果评价涉及的因素多、范围广，不同地区的水文条件和水库运行状况存在一定差异，为了全面掌握水库加固治理成效要求从复杂的数据信息中选取合适的指标，建立的评价指标体应尽可能的反映水库运行时存在的问题和现状情况[5]。遵循定量定性相结合、完备性、层次性和科学性原则建立评价指标体系，对加固治理效果评价因子依据水库大坝安全鉴定办法筛选，从综合影响、康复程度、工程设计与施工方案等方面建立多层次、多要素综合评价体系，见表1。

表1 水库加固效果综合评价体系

1.2 改进的AHP法确定权重

1-9标度法为传统的AHP法构造判断矩阵的基础，该准则过于细化且标度分级过多，对于多个层次要素难以准确掌握比较尺度，专家估算难度大且判断矩阵的准确性较低。将各评价指标重要程度利用三标度准则判别时省去了一致性检验的环节，可有效避免了1-9标度法存在的计算量大、偏差大和主观性强等问题。所以，文章对水库加固效果评价指标的重要性运用专家较容易给出的三标度法进行排序，将传统的AHP法加以优化改进，其具体流程如下：

1)准则层比较矩阵C=(cij)的构造，其表达式为：

(1)

2)因素层判断矩阵A=(aij)按照下式和比较矩阵C确定，即：

(2)

3)权重的计算。各指标权重利用下式确定，经归一化处理和整合运算后确定最终的指标权值，如下：

(3)

(4)

水库加固效果各评价因子权重集W={ω1，ω2，…，ωn}按照上述改进的三标度层次分析法计算确定。

1.3 构建综合评价模型

根据各评价因子等级的隶属度构造模糊关系映射矩阵，模糊关系的合成运算为模糊综合评价的重要基础，考虑不同评价等级下多个因素的隶属程度即可实现水库加固效果的综合分析。对于多约束、多层次难以用精确数学法描述的复杂问题，模糊数学法具有较强的适用性，目前该方法已广泛应用于各个学科领域，其基本流程为：

1)因素集U的确定。根据各层次评价因子构造因素集U，如将社会发展影响、工程投资、运行管理和技术适用性等因子构成集合，即U={u1,u2,…,um}，ui为单评价因子，其中i=1,2，…，m。

2)评语集V的确定。根据水库加固工程治理情况和目标要求，将所有评价级别构成集合V，即V={v1,v2,…,vn}，vi为评价等级，其中j=1，2，…，n。

3)单因素评价。设ui为评价指标体系中第i个要素，关于评价等级vj为此单要素的隶属度为rij，由此可构成单要素模糊矩阵R。

4)模糊综合评价。根据评价要素ui确定的隶属于不同等级的程度，构造单要素模糊权重子集W={ω1，ω2，…，ωn}。然后采用合成算子将R与W进行模糊运算确定综合评判集B，其表达式为：

B=(bj)=W×R

(5)

式中：bj为水库加固效果综合评价值。

根据最大隶属度原则确定水库加固效果的评价等级，模糊综合法不仅有效解决了多因素权重分配困难的问题，而且可反映不同层次中各因素的影响程度。

2 实例分析

2.1 水库概况

邹家源水库位于新干县大洋洲镇谭家坊村，总库容486万m3，是一座集灌溉、养殖、防洪等功能于一体的小(1)型水库，具有年调节性能。水库枢纽工程等别为Ⅳ等，主要建筑物有大坝、正常溢洪道、非常溢洪道、灌溉涵管和灌溉渠系等，正常高水位84.48m，设计调洪演算校核和设计洪水位分别为88.08m、86.75m。

在特殊的历史背景下兴建的该水利枢纽工程，勘测、设计及施工方面均存在较多缺陷，加之维修管理不善和建设期资金的缺乏，给水库大坝留下了许多安全隐患。通过对整个枢纽工程进行勘查，发现的主要问题如下：①大坝存在坝体、坝基渗漏和绕坝渗漏问题；②大坝无监测设施，上游块石护坡不完善，风化严重，下游排水棱体不完善；③正常溢洪道陡槽下游冲坑、塌陷严重，陡槽有断裂现象，非常溢洪道边坡塌方，阻塞严重；④输水涵管有裂缝，防汛公路路面差，无上坝公路等；⑤大坝发现多处蚁穴，坝体遭受蚁害严重。经过长期的服役运行，该水库存在各种各样的问题，尤其是服役年限的增大和部分水利设施的超期服役，使得安全隐患问题较为突出[6-9]。

根据安全鉴定结论以及水库运行过程中发现的问题，结合设计规范、标准和安全鉴定意见拟对大坝采取以下措施进行除险加固：①对大坝进行加固处理；②对溢洪道进行翻修扩建；③对灌溉斜管进行翻建和涵管补强处理；④按规范要求增设水库大坝安全监测设施，完善通讯、管理设施及修建防汛公路等。

按50a一遇洪水校核、10a一遇洪水设计和相关标准，全面复核输水管、溢洪道和水库大坝，消除水库安全隐患和水库加固方案优化设计提供科学的依据。

2.2 确定指标权重

1)根据专家意见和各指标具体内涵，利用公式(1)构造比较矩阵C。为简要介绍其运算流程，选取准则层加固设计方案C1为例，构造的比较矩阵如下：

(6)

2)依据计算式(2)和比较矩阵C，考虑水库加固具体情况建立判断矩阵A，如下：

(7)

3)评价体系中各项因子权重利用式(3)、(4)计算确定，经归一化处理获取各评价因子权重集为：w11=(0.2855，0.1430，0.5715)。

4)同理，按照以上运算流程依次确定每一层级中各因素权重。

2.3 模糊综合评价

1)评语集的确定。根据水利部颁发的水库大坝安全鉴定办法和相关文献资料将评价等级划分为V1-V5级，评语集为V={很好，好，一役，较差，很差}，采用五级制划分评价等级，各等级分值标准及其判别依据见表2。

表2 水库除险加固效果评价等级

表3 不同等级下三级要素标准分值

参考辽宁省重要中小型水库安全鉴定指导意见、水库大坝安全评价导则和水利水电工程等级划分及洪水标准，采用等级打分方案由9名专家给出不同评价等级下28项因素的标准分值，见表3。

2)隶属度的计算。对于不同评价等级下各指标的计算结果进行统计分析，从而获取准则层各要素的隶属度矩阵如下：

3)子系统中各要素评价。结合C1隶属度矩阵r11和权重集w11计算结果，对指标C1运用公式(5)进行求解，可有：BC1=w11×r11=(0.2858，0.5715，0.1427，0，0)。

4)同理，按照以上流程计算确定评价体系中其它各层级的运算结果，获取的因素层评价结果为：BA=w31×r31=(0.2502，0.6281，0.1217，0，0)。

2.4 结果分析

将BA运算结果按照最大隶属度原则，其最大值为0.6281，属于“好”等级，即邹家源水库加固治理效果隶属于“好”等级，各项评估指标较加固前较大改善，整治后的工程效益、水库功能达到设计水平及预期目标，工程验收结论、加固实际状况和该评价结果保持较好的一致性。

3 结 论

1)水库加固治理效果评价的重要基础是建立系统、全面的评价体系，文章结合评价体系建立方法、水库加固工程特点和相关原则，从多个方面建立多层次、多要素综合评价体系，然后将各指标权重利用三标度改进的AHP法计算，有效避免了传统方法存在的计算量大、偏差大和主观性强等问题。根据工程现场调查结果和相关资料，采用模糊数学法构建加固效果评价模型，并以实例工程验证了模型的科学有效性。

2)对邹家源水库加固治理工程运用建立的评价体系和模糊数学模型分析，结果显示水库加固治理效果隶属于“好”等级，各项评估指标较加固前较大改善，可为消除水库安全隐患，完善水库管理体系和加固效果评价方法提供科学的依据。