基于改进层次分析法的卡基娃电站面板堆石坝料场优化前后的风险评价

蔡小辉 张 瀚 伍仪保

（1.深圳市水务规划设计院 广东 深圳 510800；2.四川大学水利水电学院 四川 成都 610065）

卡基娃水电站是木里河流域“一库六级”开发方案中的“龙头水库”工程。可研阶段设计方推荐普尔料场I区作为大坝填筑料主料场，普尔料场Ⅱ区为辅助料场，人工骨料料源采用普尔料场II区，料场的改址将会带来一定的风险，本文通过改进层次分析法，通过大量专家的调查，得出料场优化前后的风险排序，从而指导决策人员进行做出正确的判断以及得到最合理的经济评价。

1 卡基娃面板堆石坝的工程概况

1.1 工程概况

卡基娃电站水库正常蓄水位为2850.00m，相应库容3.583亿m3；死水位2800.00m，相应死库容 0.777亿 m3；校核洪水位2852.20m，相应总库容3.745亿m3，具有年调节能力。电站采用混合开发方式，拦河大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高171m，引水隧洞长约6.36km，电站装机容量440MW。大坝自上游至下游依次为弃渣压重区、粘土铺盖区、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、大块石护坡、下游压重区。垫层料区水平厚度4m，过渡料区自上而下水平厚度由6m渐变至11m。

1.2 料源

卡基娃电站面板堆石坝的料源包括普尔料场和则窝料场。普尔料场位于坝址下游普尔村一带，运距约4km。该料场右岸沿河现有机耕道通过，拟拓宽改建，约2900m高程有梯级电站对外交通公路通过。左岸有木里河相隔，若开采则须架设桥梁。把普尔料场分为Ⅰ区、Ⅱ区,有用层总储量为1380万m3，满足两倍需求量要求，无用层储量407万m3，采剥比3.39∶1。则窝料场位于大坝上游木里河右岸通乡公路以上则窝和牙洛村之间，距大坝3km左右。料场范围大致北部、南部以较大的冲沟为界，西部（料场后缘）高程达3200m左右，东部以通乡公路（高程2900m左右）为界，总体呈葫芦形，最大宽度530m，长度815m，料场面积27.4万m2。通过研究则窝料场的骨料得知则窝料场人工骨料岩石饱和抗压强度最大值为85.9MPa，最小值为 54.0MPa，平均值为72.1MPa，均满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（DL/T5388-2007）大于40MPa的要求。

表1 优化前坝料开采与运输风险排序表

表2 料场优化后的坝料开采与运输风险排序表

则窝料场人工骨料岩石的冻融损失率均小于1%，满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（DL/T5388-2007）的要求。

则窝料场人工骨料岩石的三氧化硫百分含量均小于0.5%，满足《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（DL/T5388-2007）的要求。

1.3 施工总布置

本工程采用混合式开发，引水发电系统布置于木里河右岸，坝址至厂房公路里程约10km。坝址位于唐央乡则窝沟下游约300m处，坝址区呈深切略微不对称“V”型峡谷地貌，峡谷系数(宽高比)约1.8，左岸坝址下游分布有卡基娃滑坡。工程区域内可供施工布置的场地较少，仅零星分布的河滩地、一级阶地等少量缓坡地带，施工战线长，施工总布置难度较大，选择余地较小。

2 卡基娃电站面板堆石坝料场优化[5]前后风险评价指标体系的构建

综合考虑料场地质，规划开采量，储量，地理位置等因素,在大量查阅资料和调研的基础上，通过与从事工程施工多年的技术人员、施工员的多次访谈，按类确定坝料开采与运输在料场优化前和优化后的风险评价指标体系如图1。

3 卡基娃电站坝料开采和运输风险评价的改进层次分析法

层次分析法[4][8]是指将一个复杂得多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法求解层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。本文提出的改进层次分析法主要对权重的获取模式进行优化。层次分析法中最常用的构建判断矩阵以求解权重的模式，因其判断矩阵构建较复杂，专家打分要求较高且容易出现不能通过一致性检验等问题，因此，本次采用一种新方法——定性排序定量转换法获取各层指标权重。定性排序定量转换法是基于专家对评价指标排序结果的一种权重计算方法。所谓定性排序是通过调查，将被调查的专家对方案比较中各技术经济指标根据重要性进行排序，然后再根据排序先后转化为权重值大小，如式（1）。完成转换后，即可按式（2）～（3）求解权重。

式中，I 为专家排序变量，I∈[1，2，3…，j，j+1]；S（I）为 I对应的“认识值”；j为实际最大的序号；j+1是设想的最末一个序号；m=j+2为转换参数变量。

最后进行层次总排序，如果设上层次因素为 A1，A2，……，Am，通过定性排序定量转换法获取其权重值分别为且同理，获取下层次因素B1，B2，的单排序权 重分别 为，（b11，b21，……，bn1)，（b12，b22，……，bn2)，（b1m，b2m，……，bnm)且则下层次因素的总排序权值可按式（4）计算并满足

4 卡基娃电站坝料开采与运输风险优化前后综合排序汇总表

通过上述改进层次分析法，在专家打分的基础上，先由(1)式将专家排序的结果进行定量转换,再由（2）、（3）式计算各指标的权重，最后通过（4）式可以得出优化前后各指标综合排序汇总表。

5 卡基娃电站面板堆石坝[7]料场优化前后风险对比分析

根据以上风险分析结果可知，可研阶段大坝填筑料采用普尔料场I区和II区联合供料的方案因受料场征地移民、运输线路规划、规划开采掌子面数量、路基及边坡地质条件等风险因素的影响，特别是料场征地移民和9#公路地质条件差处理难度大的风险难以避免，普尔料场方案实施的风险大，坝址附近的则窝料场的储量和质量均满足要求。因此，可考虑用则窝料场替代普尔料场。

采用则窝料场单独供应全工程人工骨料和大坝填筑料方案，储量和质量满足要求，料场开采条件较好，如采用分区开采，自上而下全线同步开采，规划4～5个开采区。每区又可布置多个开采掌子面，弃料提前剥离。在大坝填筑前形成开采掌子面，开采强度基本可以满足大坝填筑和人工骨料毛料需求。

则窝料场上坝运距较普尔料场I区和II区分别远约1km和0.5km，弃料运距较普尔料场I区远约2km，较II区近约1km，但普尔料场上坝及弃料基本为重车下行，预计弃料及上坝费用综合考虑相当。

料场弃料量及边坡处理本阶段难以准确计算，宏观判断则窝料场剥采比最低，弃料相对较少。则窝料场边坡处理预计相对简单，但支护设计需要根据开挖揭示地质情况动态进行。预计弃料及边坡处理费用则窝料场相对较省。

但启用则窝料场需要在红线范围内新增征地，考虑该因素启用则窝料场，所涉征地移民、填筑料和人工骨料毛料运输、料场边坡支护总费用预计比可研阶段（普尔料场I区和II区联合开采）大为减少。

6 结论

在分析卡基娃电站坝料开采和运输关键环节基础之上，结合类似工程经验，建立了坝料开采与运输风险清单，并从管理层目标角度出发，构建了包括坝料开采与坝料运输2个指标层和料场征地移民、规划开采掌子面数量、运输线路规划等16项因子层指标的坝料开采与运输风险评价指标体系。文中利用改进层次分析法得出各风险的重要性排序，对该工程的决策者提供巨大的参考意义，节省工程投资，提高工程进度。陕西水利

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