塔头水库安全运行风险分析

牟倩芸

(1. 沈阳农业大学，沈阳110866;2. 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 工程实例

黑龙江省密山市塔头水库位于密山市黑台镇塔头村，穆棱河流域塔头湖河上，水库是以灌溉为主，兼防洪、养鱼等综合利用的小(1)型水库。水库工程由土坝、非常溢洪道、输水洞组成，无正常溢洪道，水工建筑物级别为Ⅳ级，原设计为20 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。

经现场勘查，发现塔头水库大坝坝体浸润线高，坝顶出现多处裂缝，坝后无排水设施，坝后出逸点较高，出逸比降大，经常发生渗漏破坏，威胁水库安全。溢洪道为浆砌石结构开敞式实用堰，进口翼墙现已倾斜，泄槽及消力池底板浆砌石抹面及嵌缝中的水泥砂浆大部分脱落，块石仅靠重力堆放在池底，二级消力坎中部已经坍塌，不能发挥消能作用。为此，需对水库进行风险分析［1］。

2 层次分析法

2.1 建立层次结构模型

根据现场勘测和监测数据分析结果，拟定塔头水库安全运行风险因子，按隶属关系层次结构模型见图1，模型分为目标层A、准则层B 和指标层C［2］。

图1 塔头水库安全风险分析模型

2.2 构建判断矩阵

建立层次结构模型后，根据下层指标对上层指标隶属关系，构建判断矩阵。本文采用1 ～9 标度法，通过对因素间进行两两对比重要性的方法对每个风险因子进行度量，其含义为数值从1 ～9 表示两指标相比较，其重要程度从同等重要到极端重要，从1 的倒数到9 的倒数则含义正相反，即aji=1/aij。

判断矩阵如下:

2.3 计算权重

用matlab 软件对判断矩阵求解权重向量，计算结果如下:

2.4 一致性检验

对矩阵进行一致性检验是为了检验风险指标设置的是否合理，若满足一致性条件，则说明风险指标的选定较为合理，反之则需重新筛选风险指标。通常用最大特征值λmax是来检验判断矩阵的一致性［3］，经计算，本文构建的判断矩阵均满足一致性条件。

2.5 层次总排序

层次总排序是对各层指标的权重进行组合计算，逐层向下，计算每层元素对于最高层次即目标层的权重值。层次总排序见表1。

表1 层次总排序

由表1 可以看出，对塔头水库安全运行影响最大的风险因素是坝高不足，其次为坝基坝体渗漏、溢洪道渗流、泄洪能力不足、坝体结构安全等，可按权重值大小顺序优先对风险高的部位进行除险加固。

3 模糊综合评价法

3.1 建立因素集与评语集

1)建立因素集，设U = {u1，u2，…，un}，按风险因子从属关系建立3个等级层次，即目标层、准则层和指标层。

2)建立评语集，本文将模型中的各指标评语划分为5个级别。设评语集:V = {v1，v2，v3，v4，v5}={低风险，正常风险，较高风险，高风险，极高风险}

3.2 确定隶属度

本文采用专家打分法来确定各风险因素的隶属度，邀请10 位专家组成评价组对每个影响因素进行评价。若对某个影响因素ui有k 人评为pj级，则该指标被评为pj级的可能性为:

式中:vij为第i个因素被评为pj级的可能性;k 为10人中将第i个因素被评为pj级的人数。

专家通过查阅塔头水库运行相关资料等，结合资料统计和理论计算，对各影响因素做出评价，得到关于某一影响因素的判断矩阵R。

3.3 模糊综合评价

根据模糊理论，采用模糊运算法则，从而得到模糊综合评价:

式中:W 为指标向量;R 为判断矩阵。

根据公式(1)统计数据，根据公式(2)进行模糊运算，可得各风险指标的评价向量:

由上述结果构造模糊判断矩阵R，由公式(2)计算，得塔头水库安全风险综合评价向量:

评语集进行量化:

式中:1、2、3、4、5 分别代表水库处于低风险、正常风险、较高风险、高风险、极高风险状态。

对塔头水库的安全风险分析结果为:

根据最大隶属度原则，塔头水库安全运行风险等级为3 级，处于较高风险状态，必须采取必要的除险措施。

4 结 语

通过对影响水库安全运行的风险因素进行分析，构建风险分析结构模型。运用层次分析法计算各风险因素的权重值，可以对风险进行排序，运用模糊综合评价法计算综合风险值。经塔头水库工程实例验证，模糊层次分析法能较好的反映水库安全运行的风险性，这一方法的运用不仅可以得出较为准确的风险等级，还能为水库群的风险程度进行排序，在资金投入有限的情况下，科学地优先对风险高的水库进行降险工作，保证水库在风险允许范围内正常运行。

［1］中华人民共和国水利部，中华人民共和国国家统计局.第一次全国水利普查公报［M］. 北京:国家统计出版社，2013:59 －65.

［2］阿里木吐尔逊，阿布都艾尼. 我国水库大坝老化现状初步分析［J］. 大坝与安全，2004(03):9 －11.

［3］杨华舒，施延华，杨志刚. 用设计指标直接诊断水工混凝土结构的老化［J］. 大坝与安全，2002(04):3 －7，19.