寒旱地区渡槽运行期间受病害影响的安全风险评估

王伟 WANG Wei；史虎 SHI Hu；柳成铭 LIU Cheng-ming

（甘肃铁科建设工程咨询有限公司，兰州 730000）

0 引言

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽[1，2]。随着引水工程（南水北调、引黄入京、引滦入津、引黄入晋、引大入秦等）的实施，渡槽作为一种重要的输水建筑物，得到了大量的建设，大型渡槽常采用预应力新技术，相关研究成果相继出现[3，4]。我国寒旱地区的水资源较为短缺，在相关引水工程建设中采用了大量渡槽进行输水，受寒旱地区条件影响，渡槽病害的产生严重影响到渡槽的正常使用，故对寒旱地区渡槽运行期间受病害影响的安全风险进行评估尤为重要。

当前国内关于寒旱地区渡槽运行期受病害影响的研究较为缺少，本文运用模糊网络分析法（F-ANP）[5-7]，针对西部寒旱地区渡槽运行期病害影响的安全风险建立评价模型，并弥补了各病害之间考虑不充分的问题，为寒旱地区渡槽运行期维护提供相关参考。

1 寒旱地区渡槽运行期受病害影响的指标体系

针对寒旱地区自然气候特征，对渡槽的病害进行分析研究，建立病害影响因素的指标体系，如表1 所示。

表1 寒旱地区渡槽病害影响指标体系

2 基于F-ANP 的寒旱地区渡槽运行期受病害影响的安全风险评估理论

基于F-ANP 的寒旱地区渡槽运行期受病害影响的安全风险评估方法是将网络分析法[8]和模糊综合评价法[9]结合而成的综合评价方法。网络分析法更加突出影响因素的相互影响关系；模糊综合评价法能突出模糊性和不确定性。两者结合能客观反映寒旱地区渡槽运行期受病害影响的安全风险的特性，对拥有复杂关系的模糊系统具有显著的应用性。

2.1 建立指标网络层次结构

根据寒旱地区渡槽病害影响因素的指标体系，构建其网络结构，突出因素之间的相互影响及反馈，对寒旱地区渡槽病害影响的描述更接近实际情况，如图1 所示。

图1 网络结构图

2.2 建立风险评价因素集和评语集

2.2.1 风险评价因素集 根据建立的指标体系构建一级指标因素集和二级指标因素集，即：

2.3 确定模糊关系矩阵

邀请对寒旱地区工程建设有相关经验的专家学者对二级指标进行评判，根据风险因素发生的概率，确定单因素评价结果既而建立模糊关系矩阵：

2.4 确定指标权重

对建立的网络结构中的元素组内部及元素组之间元素进行两两比较，并采用三角模糊数构造判断矩阵，这样既弥补了专家较为主观的判断又突出了模糊判断矩阵的相对客观性。

2.4.1 建立模糊超矩阵 在某一级指标中，分别以该一级指标下的二级指标依次为准则构造模糊判断矩阵比较它们之间相互影响的重要度，得出该一级指标下的二级指标形成的权重矩阵；同理判断其他一级指标下的二级指标之间相互影响的重要度，得出该二级指标的权重矩阵。将所有权重矩阵组合，建立模糊超矩阵W：

2.4.2 建立模糊权矩阵 以一级指标因素F1，F2，F3，F4，F5分别为准则，判断F1，F2，F3，F4，F5对其的间接优势度，构造判断矩阵。通过计算组合，建立模糊权矩阵A：

2.4.3 建立模糊加权超矩阵 将上述模糊超矩阵W 和模糊权矩阵A 组合建立模糊加权超矩阵W~：

2.4.4 计算模糊极限超矩阵 对模糊加权超矩阵进行自乘，直到收敛，故而得到最后的各影响因素的权重，即：

2.5 综合评价

运用模糊数学计算方法，进行综合评价，确定寒旱地区渡槽运行期受病害影响的安全风险评价结果，即：

3 案例分析

通过以寒旱地区某渡槽为例，进行该渡槽运行期受病害影响的安全风险评估，突出相关病害带来风险的大小，为寒旱地区渡槽使用的安全性做出提前判断和相关处理措施。

3.1 构造模糊关系矩阵

邀请20 名对寒旱地区工程建设有相关经验的专家学者对二级指标进行评判，根据风险因素发生的概率，确定单因素评价结果，既而建立模糊关系矩阵R：

3.2 确定指标权重

以F11为例：因素F11，F12，F13，F14按其对F11的影响程度进行间接优势度比较，见表2。

采用相同方法，求出模糊判断矩阵W12~W55，从而构成模糊超矩阵，具体数据因文章版幅有限省略。

以一级指标因素F1，F2，F3，F4，F5分别为准则，判断F1，F2，F3，F4，F5对其的间接优势度，构造判断矩阵，得到F1，F2，F3，F4，F5的排序向量，既而构成模糊权矩阵A：

将模糊超矩阵W 和模糊权矩阵A 进行合成，构造出模糊权矩阵。

计算模糊极限超矩阵：

采用Matlab 进行计算，从而确定出二级指标因素的权重=（0.025，0.035，0.047，0.055，0.043，0.061，0.060，0.033，0.018，0.035，0.036，0.032，0.062，0.057，0.071，0.069，0.128，0126）。

3.3 确定评价结果

4 结语

①模糊网络分析法将模糊综合评价法和网络分析法有效结合，并利用三角模糊数降低了主观性，通过实际分析，模糊网络分析法能有效地解决具有模糊不确定性、结构复杂的系统问题。②通过确定寒旱地区渡槽运行期病害影响因素权重，得出土体冻胀性，土体湿陷性，温度应力等寒旱地区相关特点均为突出问题，符合寒旱地区实际特征。综合评价得出该渡槽运行期受病害影响的安全风险评估结果为显著风险，因此渡槽病害是决定渡槽是否正常使用的关键问题，故应加大对渡槽病害的监测及防治措施，保证渡槽充分发挥出长距离输水中的利用率，提高经济性。③本文采用模糊网络分析法对寒旱地区渡槽病害进行定量分析，评价结果与实际检测情况相符合，对今后寒旱地区渡槽施工注意事项和运行安全性具有一定指导作用，并希望能够运用在寒旱地区渡槽病害的风险管理中，从而提高安全性，降低风险等级。