乌鲁瓦提水利枢纽工程大坝安全监测监控工程综合评价

徐 瑾

(新疆维吾尔自治区乌鲁瓦提水利枢纽管理局，新疆 和田 848000)

1 工程概况

乌鲁瓦提水库坝址以上控制面积19983km2，控制全河径流量97%，该工程位于喀拉喀什河中游，属于一座集防洪发电、生态保护、农业灌溉等功能的大(2)型工程。喀拉喀什河发源于山势陡峭险峻的昆仑山区，地处外力强烈冲击和构造隆起的中高山地带，工程地质以砾岩、粉砂岩、石膏岩、砂页岩、砂砾岩、碳系灰岩、粉砂岩及砂砾为主。水利枢纽包括升压变电站、开关楼、水电站厂房、发电引水洞、泄洪排沙洞、冲沙洞、大坝、溢洪道等建筑结构，总库容3.336亿m3，装机容量60MW，年发电量1.97亿kW·h，设计和校核洪水位为1962.65、1963.29m，正常蓄水位1962.00m。工程投入运行后可改善、扩大灌溉面积7.5万hm2和4.6万hm2，通过对水库的调节每年平均向塔里木河供水10.57亿m3。乌鲁瓦提水库工程显著提升了下游河段的防洪能力和周边地区的农业发展水平，有利于减轻洪水灾害和维护和田河下游绿色廊道生态环境，对保障该地区的可持续发展和水资源合理发挥着重要的作用[1-3]。

为了提高水利枢纽综合应用能力和大坝安全管理水平，实现大坝安全管理和运行自动化，针对仪器报废、技术落后、设备老化的原监测监控系统的绕坝渗流、内部和外部监测部分进行升级改造，拆除已报废且与该工程相关的混凝土结构、废旧线缆、设备等，加强对信息网络和测控的完善，建设数据采集、处理、传输系统和新建坝区视频监控系统，实现安全自动化监测设备及配套土建的工程。大坝安全监测监控系统投运后状况良好，为检验该工程是否满足设计要求，从档案管理、项目实施、建设管理、前期工作和投资执行5个方面综合评价监测监控工程状况[4]。

2 DEA-AHP评价模型

2.1 评价指标体系

根据相关研究成果和文献资料构建包括指标层、准则层和目标层的综合评价体系，其中准则层涉及档案管理、建设管理、项目实施、前期工作和投资执行5个方面，将其进一步细分为22项指标。安全监测监控工程评价体系，见表1。

2.2 构造判断矩阵

针对目标层识别出的准则层n项评价因子为c1、c2、…、cn，每两要素ci与cj之间的相互影响程度利用aij表征，以此类推确定其它各项因子的相对重要性并构造判断矩阵A=(aij)n×n，其中aij=1/aij、aii=1。在大坝安全监测监控工程评价过程中确定最优决策单元，即最优决策单元的最大值作为每个决策单元的输入值，最大值为1。

2.3 DEA模型确定矩阵权重

运用DEA方法计算矩阵权重序列，即以线性规划问题替代权重的计算，该方法应用较为广泛且理论成熟。然而，因各决策单元从自身的角度获取最有利的权重，从而使得不同DMU获取的权重存在较大差异，各决策单元之间的可比性缺乏。鉴于此，设定输入值全部为1的理想决策单元，DEMU模型决策单元，见表2，即大坝安全监测监控各决策单元最大值为输出值，该方法能够更好的反映专家项目工程的偏好、决策和服务。DMU决策单元的每一列作为输出，由此可实现单个指标DMU输出替代权重运算的问题，DEA模型C2R输入为1时的模型如下：

表2 DEMU模型决策单元

2.4 模糊矩阵及综合评价

目前，水库主、副坝坝体稳定，水工建筑、机电设备维护到位，通讯设施完备可靠，大坝安全监测设施完善且道路交通畅通，应急物资储备充足，各项规章制度齐全并落实到位，大坝整体处于完整的可运行状态，能够满足本年度度汛要求。水库出库流量由乌鲁瓦提专用水文站报送，目前运行良好；托满水文站位于乌鲁瓦提水库上游63km处，洪水传播历时(以500m3/s计算)约为6h，可以为洪水调度提供时间，喀拉喀什河托满水文(专用)站自2009年至2010至改为驻汛站，5-8月观测，该站从2015年购置使用了先进的雷达水位计，通过北斗卫星传输信息，最高可以达到每6min发送1次采集的水位信息数据，为了避免仪器故障出现问题，保证达到水位数据不中断，在原水位观测断面安装了2套该设备；建立了大坝监测自动化系统、闸控系统以及水情自动化系统，目前各统软件运行良好，硬件设备运行正常，能正常发挥预报预警功能。同时配备了固定电话、对讲机、手机以及卫星电话等多种途径的通信手段，为大坝安全度汛提供可靠通信保障[5-7]。

文章根据综合评价隶属度和指标权重运算结果，按照算子M(·,+)、M(·,⨁)、M(·,∨)、M(∧,⨁)中的M(·,∨)确定模糊评价矩阵，然后对指标综合评价分值利用加权求和法确定。

3 大坝安全监测监控工程评价

3.1 指标权重及隶属度

采用专家评判法量化处理定性指标，结合大坝安全监测监控工程实际情况和专家意见将评价等级分为较差、差、中等、较好、好5个等级，所对应的分界值依次为20、40、60、80、100分，安全监测监控工程各因子评分如表1。将综合评价体系中各项指标权重利用以上方法求解，结果如表3。

表3 评价因子权重值

3.2 准则层隶属度

依据各评价因子权重及其相应的赋分值，利用文中所述相关公式获取准则层各因子赋分值，其中B1、B2、B3、B4、B5指标赋分为82、86、88、82、60分，具体计算过程如下：

3.3 综合评价

总体目标覆盖工程建设档案管理、项目实施、建设管理、投资执行和前期工作5个方面，对乌鲁瓦提水利枢纽大坝安全监测监控工程完成情况运用评价模型分析。依据各项评价因子赋分值和准则层各因子权重最终确定综合赋分为86分，按照差、较差、中等、较好、好5个等级赋分界限20、40、60、80、100分，可认为该工程达到较好等级，详细计算结果如下：

从以上结果可以看出，乌鲁瓦提水利枢纽大坝安全监测监控工程综合赋分为85分，达到较好等级，除档案管理子系统为中等外其它各指标均达到较好水平。该项目竣工验收报告评价结果为优良，可见工程建设实际情况与评价结果保持较高的一致性，所构建的评价体系和模型具有较强的可行性与有效性。另外，考虑到各评价因素之间内在的复杂关系和人为因素、专家意见的主观不确定性，未来仍需要进一步完善和修正评价体系，逐渐提升评价体系的普遍适用性和科学合理性[8-9]。

文章结合工程运行实际情况和评价结果，在监测监控过程中采取的运行与保养措施为：①乌鲁瓦提水利枢纽大坝安全监测系统工作环境潮湿恶劣，监测内容齐全且采集设备繁多，为延长设备服役寿命及确保仪器工作状态完好，实施修养并重、加强管理措施；②水库大坝安全自动化监测不仅要求从业人员具备精密仪器、电子元件、计算机等操作技能和相关知识，而且还要掌握水利工程有关理论，从复杂的系统工程和监测数据中准确判定结构运行状态；③升级改造工程应考虑原设计技术指标和工况条件，从而为引入成熟、先进的监测设备和技术方法提供依据。

4 结 论

文章以乌鲁瓦提水利枢纽为例，从档案管理、建设管理、项目实施、前期工作和投资执行5个方面构建大坝安全监测监控工程综合评价体系，然后将DEA数据包络法和AHP层次分析法相耦合建立评价模型，综合评价该工程的建设状况，得出的主要结论如下：

1) 乌鲁瓦提水利枢纽大坝安全监测监控工程综合赋分为85分，达到较好等级，除档案管理子系统为中等外外其它各指标均达到较好水平。该项目竣工验收报告评价结果为优良，可见工程建设实际情况与评价结果保持较高的一致性，所构建的评价体系和模型具有较强的可行性与有效性。

2) 为延长设备服役寿命以及确保仪器工作状态完好，结合工程运行情况和评价结果提出要实施修养并重、加强管理措施；同时，从业人员要具备相应的操作技能和专业知识，能够从复杂的系统工程和监测数据中准确判定结构运行状态；综合考虑原设计指标和运行工况，为引入成熟、先进的技术与设备提供支撑。