某水電站失效概率評(píng)價(jià)方法研究

張永強(qiáng)

（和田鼎晟工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，新疆 和田 848000）

面對(duì)當(dāng)前農(nóng)村水利水電的安全現(xiàn)狀，本文引入國(guó)外的先進(jìn)理念，對(duì)水電設(shè)施實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，以提高我國(guó)農(nóng)村水電的管理水平。風(fēng)險(xiǎn)由失效概率和事故后果組成，失效概率的計(jì)算既困難又重要，因此風(fēng)險(xiǎn)管理的前提是正確計(jì)算農(nóng)村水電失效概率。

目前，計(jì)算失效概率的方法主要有以下三種：事件樹(shù)法、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法和可靠性法，但以上方法均不適用于農(nóng)村水電失效概率的計(jì)算。為了解決上述計(jì)算農(nóng)村水電失效概率方法存在的不足，本文建立失效概率與運(yùn)行狀態(tài)之間的反向相關(guān)性模型，從而完成失效概率的計(jì)算[1]。最后以某水電站為例，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)即工程失效概率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估方法

農(nóng)村水利水電有多種水工建筑物，如大壩、引水道、壓力管道、廠(chǎng)房等，其作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行工作。任何水工結(jié)構(gòu)的異常運(yùn)行都會(huì)影響其發(fā)電的效益。因此，農(nóng)村水利水電的運(yùn)行狀況由所有水工建筑物的工程行為共同決定。因此，本文選擇綜合評(píng)價(jià)理論對(duì)農(nóng)村水利水電運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其中指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型的建立是綜合評(píng)價(jià)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.1 綜合評(píng)價(jià)方法

綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)具有代表性、科學(xué)性、可變性和可行性。根據(jù)農(nóng)村水利水電工程的特點(diǎn)，選取與水工建筑物運(yùn)行狀況密切相關(guān)的13項(xiàng)指標(biāo)以建立評(píng)價(jià)體系，包括：防洪能力、結(jié)構(gòu)安全和蓄水建筑物滲漏情況、溢洪道的泄流能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、引水道（或隧道）的泄漏狀態(tài)、堵塞程度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、壓力管道的泄漏狀態(tài)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、廠(chǎng)房防洪能力、潛在地質(zhì)災(zāi)害和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

以“農(nóng)村水工建筑物運(yùn)行狀況”為綜合評(píng)價(jià)目標(biāo)，采用13項(xiàng)指標(biāo)建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.2 綜合評(píng)價(jià)模型

線(xiàn)性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型綜合了各因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。首先對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化，然后考慮相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行疊加，得到綜合評(píng)價(jià)值，從而決定最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。這種方法特別適用于受多種因素多種程度影響的目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。本文選擇線(xiàn)性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)農(nóng)村水工建筑物的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

層次分析法（AHP）被用于計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值。1～9及其倒數(shù)是該方法中兩個(gè)元素之間有意義比較的定量度量。1、3、5、7、9分別代表一個(gè)要素比另一個(gè)要素同等重要、稍微重要、更重要、非常重要和極其重要的相對(duì)重要性水平；2、4、6、8分別代表兩個(gè)相鄰因數(shù)的平均值，其對(duì)應(yīng)的倒數(shù)表示兩個(gè)元素反向比較的結(jié)果。所有指標(biāo)的權(quán)重均已確定，見(jiàn)表1所示。

表1 各指標(biāo)權(quán)重表

2 失效概率的計(jì)算

水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)與失效概率的關(guān)系是相反的，線(xiàn)性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型得到的運(yùn)行狀態(tài)值越大，水工建筑物的運(yùn)行狀態(tài)越好，失效概率越小。運(yùn)行狀態(tài)可以用公式（1）近似轉(zhuǎn)換成失效概率 ：

式中，Pf為失效概率，Cmax為評(píng)估的打分的最大值，C為評(píng)估的打分的最終值。公式（1）計(jì)算的Pf是在0和1之間的值，并且這與概率的數(shù)學(xué)特征相一致，此外，C和Pf滿(mǎn)足逆相關(guān)。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的等級(jí)，水工建筑物的失效概率可分為4個(gè)等級(jí)，如表2所示。

表2 農(nóng)村水工建筑物破壞概率等級(jí)表

公式（1）計(jì)算的失效概率Pf只是概念性的，用于相對(duì)測(cè)量失效概率。

3 工程案例研究

以某水電站為例，進(jìn)行失效概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。該發(fā)電站的建設(shè)是橡膠壩工程的重要部分，其于2014年竣工投入運(yùn)行。發(fā)電站工程順?biāo)鞯姆较蜷L(zhǎng)度為22 m，寬21 m，設(shè)計(jì)上游水位為29.5 m，下游為24 m，水流的高差為5.5 m，通過(guò)橡膠壩的攔蓄，抬升了河流的水位，使河水流進(jìn)入發(fā)電站內(nèi)。本研究組織了6位水電站工程風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)家成立評(píng)價(jià)小組，各專(zhuān)家在了解了該水電站的建設(shè)情況和6年來(lái)的運(yùn)行工況資料后，分別對(duì)3級(jí)指數(shù)中的13個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了打分，根據(jù)打分結(jié)果計(jì)算的權(quán)重結(jié)果如表3。

表3 專(zhuān)家打分及權(quán)重計(jì)算結(jié)果

將表3中專(zhuān)家打分結(jié)果代入（1）式，計(jì)算得到計(jì)入專(zhuān)家評(píng)價(jià)打分值的指標(biāo)值分別為：=17.36，=17.61，=17.06，=16.71，=16.70，=3.01，=2.39，=3.81，=17.49，=17.83，=13.01，=13.46，=13.17，將以上指標(biāo)值代入（1）和（5）式，計(jì)算得到評(píng)估的最終值C和失效概率Pf分別為15.961和0.367。根據(jù)表2可看出，該水電站的失效概率等級(jí)為B級(jí)，運(yùn)行狀態(tài)良好，失效的概率很低，可滿(mǎn)足正常運(yùn)行，與該水庫(kù)曾參與除險(xiǎn)加固建設(shè)成果保持一致，用理論評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證了該工程的可靠性。

4 結(jié)論

考慮到水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)與失效概率的相關(guān)性，可以通過(guò)對(duì)水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估來(lái)綜合計(jì)算失效概率。在綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中，來(lái)自專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)很難避免產(chǎn)生主觀(guān)性的影響。通過(guò)對(duì)專(zhuān)家打分值的適當(dāng)處理，本文建立了專(zhuān)家評(píng)價(jià)模型，可以大大降低主觀(guān)性的影響，使水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理，決策更加科學(xué)。