林 楓

(北票市大板水利服務(wù)站， 遼寧 北票 122114)

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基于風(fēng)險(xiǎn)分析的龍?zhí)端畮?kù)除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化技術(shù)研究

林 楓

(北票市大板水利服務(wù)站， 遼寧 北票 122114)

現(xiàn)如今，在進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)治理過(guò)程中，重點(diǎn)突出了治理效果，對(duì)于常住居民生活、當(dāng)?shù)丨h(huán)境、社會(huì)環(huán)境等都沒(méi)有涉及，因此研究基于風(fēng)險(xiǎn)分析的除險(xiǎn)加固優(yōu)化技術(shù)是非常必要的。本文結(jié)合中國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)治理現(xiàn)狀，以龍?zhí)端畮?kù)病險(xiǎn)加固為例，構(gòu)建了事件樹(shù)法決策模型，對(duì)龍?zhí)端畮?kù)修筑前后產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，評(píng)選出了風(fēng)險(xiǎn)小、投資少、花費(fèi)少的修筑方案，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)分析的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)方法，對(duì)今后病險(xiǎn)水庫(kù)修筑具有理論指導(dǎo)意義。

病險(xiǎn)水庫(kù)； 除險(xiǎn)加固； 風(fēng)險(xiǎn)分析； 方案優(yōu)化

1 概 述

病險(xiǎn)水庫(kù)的治理受很多條件的制約與影響，例如：水文、地形、地貌、氣候、社會(huì)發(fā)展等，并且對(duì)于以后工程的治理、庫(kù)區(qū)的改建等都會(huì)產(chǎn)生相互限制。在這些相關(guān)聯(lián)的制約條件中，存在很多條件只能進(jìn)行定量分析或者定性分析。在方案優(yōu)化的過(guò)程中，如果選取相對(duì)保守的策略，也就是只對(duì)方案的長(zhǎng)處和短處進(jìn)行定性研究，將會(huì)很大程度上受人為因素的影響，不能很好地解決問(wèn)題[1-2]。所以，合理客觀地制定優(yōu)選方案，既可以滿足制定者的要求，又能綜合考慮多方面的因素，而且能夠定量和定性地對(duì)各種問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，定量做出備選的優(yōu)劣次序。

2 除險(xiǎn)加固方案與大壩風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)分析與決策

2.1 制約條件集

用M表示制約治理方案的條件，主要包括制約病險(xiǎn)水庫(kù)加固的條件：

式中j——制約條件的個(gè)數(shù)。

其中，第一個(gè)制約條件m1為大壩風(fēng)險(xiǎn)，是必要條件；m2～mn為非必要條件，包括：施工機(jī)械、施工人員、修筑范圍等，并且負(fù)責(zé)人可以自己決定非必要條件。

2.2 加固方案集

加固方案集主要是指制定的加固方案的集合，記為集合N：

2.3 關(guān)聯(lián)矩陣

利用線性代數(shù)的知識(shí)，關(guān)聯(lián)制約條件集M和加固方案集N，并推導(dǎo)出兩者的關(guān)聯(lián)矩陣X，即關(guān)聯(lián)集Xi=NTM。

2.4 關(guān)聯(lián)分析與決策

修補(bǔ)方案與大壩風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)解決步驟詳細(xì)如下：

a.關(guān)聯(lián)系數(shù)集E是由比較序列Xi(i=1，2，…，n)中各序列與參考序列X0關(guān)聯(lián)系數(shù)組成：

式中 ξnm——第n種加固方案中第m項(xiàng)因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

b.決策權(quán)重一般用權(quán)重?cái)?shù)據(jù)集W表示：

在風(fēng)險(xiǎn)修補(bǔ)方案中，占權(quán)重比值最高的是大壩風(fēng)險(xiǎn)，所以在W集合中，最大值是w1。

c.通過(guò)分析各種加固方案，對(duì)比各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，比較影響因素在各個(gè)方案中所占的比重，綜合比較分析，選取最優(yōu)加固方案，關(guān)聯(lián)度表示為

R=WET{r1,r2,…,rn}=ri

d.利用關(guān)聯(lián)分析法，選擇rmax代表的加固方案為最終實(shí)施方案。

3 基于事件樹(shù)法的除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化

通過(guò)對(duì)水庫(kù)大壩加固方案分析評(píng)選，目的在于分析方案中存在的風(fēng)險(xiǎn)，并估算修補(bǔ)前后存在風(fēng)險(xiǎn)的差異及影響程度，從而分析出影響大壩穩(wěn)定的最關(guān)鍵因素，為以后修補(bǔ)施工提供理論基礎(chǔ)。通過(guò)事件樹(shù)法評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的途徑，綜合對(duì)比分析，制定合適的修補(bǔ)方案，主要是估算大壩加固前后出現(xiàn)潰壩的概率[3-5]。

步驟實(shí)施如下所示：

a.根據(jù)已有的修補(bǔ)方案，分析按照設(shè)計(jì)方案施工前后大壩存在的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是分析大壩加固后，容易出現(xiàn)的垮塌破壞模式及路徑。

b.計(jì)算大壩出現(xiàn)的概率以及出現(xiàn)垮塌后引起破壞的風(fēng)險(xiǎn)率。根據(jù)a中做出的破壞路徑，組建潰壩事件樹(shù)，然后運(yùn)用此方法估算水庫(kù)加固前后的潰壩風(fēng)險(xiǎn)。

c.綜合分析比較大壩加固方案，并尋找出大壩風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵區(qū)域范圍，并根據(jù)關(guān)鍵區(qū)域位置，選取能夠明顯降低風(fēng)險(xiǎn)概率的方案，對(duì)于修補(bǔ)后仍存在很大問(wèn)題的技術(shù)方案，需要技術(shù)人員對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，選取加固后風(fēng)險(xiǎn)明顯降低的方案，而加固后風(fēng)險(xiǎn)仍比較大的加固方案應(yīng)調(diào)整優(yōu)化，將有限的時(shí)間、資金投入到對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)事件的處理上，以求得最好的資金效益[6-7]。

4 工程實(shí)例分析

龍?zhí)端畮?kù)位于遼寧省朝陽(yáng)市哈爾腦鄉(xiāng)，該水庫(kù)是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的中型水庫(kù)。大壩防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。大壩壩基坐落在風(fēng)化巖層上，基礎(chǔ)滲漏嚴(yán)重，下游壩腳出現(xiàn)明顯滲漏點(diǎn)；溢洪道無(wú)消能設(shè)施；輸水洞閥門(mén)損壞，無(wú)法正常運(yùn)行；水庫(kù)無(wú)管理設(shè)施。根據(jù)大壩安全分類標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)定該壩為三類壩，設(shè)計(jì)的實(shí)際抗洪能力要比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50年一遇低，并且在進(jìn)行水庫(kù)大壩加固前，制定了大量的加固方案，通過(guò)綜合分析比較，選取了以下四種方案進(jìn)行分析[8-9]：

方案1：保持現(xiàn)有大壩泄洪能力，按照100年一遇洪水加高混凝土大壩，對(duì)于周圍的土壩按照200年一遇加固。

方案2：校核時(shí)，按照1000年一遇洪水對(duì)混凝土加固方案進(jìn)行復(fù)核，按照1000年一遇洪水對(duì)土壩進(jìn)行復(fù)核，并在混凝土壩間設(shè)計(jì)一座泄洪閘(增加泄洪閘方案)。

方案3：保持現(xiàn)有大壩泄洪能力不變的條件下，按照1000年一遇洪水加固大壩。

方案4：采用爆潰方式形成爆潰溢洪道(爆潰式非常溢洪道方案)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)同方案1、2。

表1為各加固方案的投資，表2為四種方案綜合評(píng)價(jià)方案。其中大壩風(fēng)險(xiǎn)與加固規(guī)模屬于成本型指標(biāo)，加固效果和安全程度屬于效益性指標(biāo)。

表1 各加固方案建筑工程直接投資

表2 各加固方案的綜合評(píng)價(jià)

按照花費(fèi)少、施工效果好的原則，分析得到每個(gè)指標(biāo)的理想值，并構(gòu)成參考系列：X0={0.10，11155，1.00，0.90}。

比較序列為由表2得出的各方案的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集：

由參考序列和比較序列構(gòu)成的矩陣為

對(duì)矩陣Ti進(jìn)行規(guī)范化處理，得出規(guī)范矩陣：

規(guī)范矩陣中比較序列Yi(i=1，2，3，4)與參考序列X0中各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣如下：

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，可以得到大壩風(fēng)險(xiǎn)、加固規(guī)模、加固效果、安全程度四個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重，如表3所示。

表3 4個(gè)指標(biāo)所占權(quán)重及關(guān)聯(lián)度

表4 加固方案參考指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

分析表3可知，大壩風(fēng)險(xiǎn)占有的權(quán)重為0.35，大于其他三個(gè)指標(biāo)，因此大壩風(fēng)險(xiǎn)是風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中的關(guān)鍵指標(biāo)；從表4可以看出，方案三的關(guān)聯(lián)度為0.85，且大于其他三種方案，因此選擇方案三作為龍?zhí)端畮?kù)的加固方案。所以龍?zhí)端畮?kù)在進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)加固方案時(shí)，要注重選取花費(fèi)少、風(fēng)險(xiǎn)小、施工效果好的加固方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以遼寧省朝陽(yáng)市北票市龍?zhí)端畮?kù)加固為例，基于灰色關(guān)聯(lián)分析理論，設(shè)立了包括制約條件集合和病險(xiǎn)水庫(kù)修筑措施方案集合在內(nèi)的決策模型，分析了兩者之間的關(guān)系，根據(jù)事件樹(shù)法對(duì)龍?zhí)端畮?kù)修筑前后產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，找到了加固方案的缺點(diǎn)，評(píng)選出了風(fēng)險(xiǎn)小、投資少、花費(fèi)少的加固施工方案，并提出了基于風(fēng)險(xiǎn)的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)方法，從而為龍?zhí)端畮?kù)除險(xiǎn)加固工程前期設(shè)計(jì)提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，為該水庫(kù)工程后期除險(xiǎn)加固奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為今后水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案指明了設(shè)計(jì)方向，提供了參考和借鑒作用。

[1] 楊杰,鄭成成,江德軍,等.病險(xiǎn)水庫(kù)理論分析研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2014(1):148-154.

[2] 楊杰,江德軍,鄭成成,等.病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案決策研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(11):213-219.

[3] 袁劍軍.土石壩防滲墻黏土混凝土材料的工程應(yīng)用初探[J].水利建設(shè)與管理,2013(2):33-35.

[4] 嚴(yán)祖文,魏迎奇,張國(guó)棟.病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固現(xiàn)狀分析及對(duì)策[J].水利水電技術(shù),2010(10):76-79.

[5] 胡江,蘇懷智.基于生命質(zhì)量指數(shù)的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固效應(yīng)評(píng)價(jià)方法[J].水利學(xué)報(bào),2012(7):852-859,868.

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Technology research based on risk analysis of Longtan Reservoir reinforcement plan optimization

LIN Feng

(Beipiao Daban Water Resources Service Station, Beipiao 122114, China)

Currently, governance effect is mainly emphasized in the process of diseased reservoir management. It is not related to permanent resident life, local environment, social environment, etc. Therefore, it is very necessary to study reinforcement optimization technology based on risk analysis. Governance status of diseased reservoirs in China is combined, and risky reinforcement of Longtan Reservoir is adopted as an example for constructing event tree method decision-making model to evaluate risks produced before and after Longtan Reservoir construction. Construction plans with low risk, investment and spending are selected. Diseased reservoir reinforcement plan design method based on risk analysis is proposed, which has theoritical instruction significance for diseased reservoir construction in the future.

diseased reservoir; reinforcement; risk analysis; plan optimization

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.023

TV52

A

2096- 0131(2016)07- 0081- 04