清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

趙陽(yáng) 崔領(lǐng)謙 柴春嶺 韓會(huì)玲

摘要：南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系屬于復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，其模糊性在評(píng)估中應(yīng)予以考慮?；谀：R(shí)別理論，采用非線(xiàn)性模型對(duì)清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)介于2級(jí)與3級(jí)之間，略偏于2級(jí)，屬于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。評(píng)價(jià)過(guò)程與評(píng)價(jià)結(jié)果不僅可為清苑縣南水北調(diào)配套工程的安全管理提供參考意義，而且表明非線(xiàn)性模型在南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中具有良好的適用性。

關(guān)鍵詞：模糊識(shí)別理論；南水北調(diào)；配套工程；運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；非線(xiàn)性模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TV68 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-1683（2014）06-0184-05

由于南水北調(diào)中線(xiàn)工程其所涉及的配套工程建筑物數(shù)量之多，其沿線(xiàn)地質(zhì)情況之復(fù)雜，所以，南水北調(diào)配套工程的安全運(yùn)行對(duì)于保障工程沿線(xiàn)城市城鎮(zhèn)的安全及國(guó)家的水資源戰(zhàn)略發(fā)展，都顯得十分必要[1]。目前，關(guān)于工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)存在許多方法，如模糊綜合評(píng)判法、層次分析法、極限條件法[2]、經(jīng)驗(yàn)指數(shù)法[2]、投影尋蹤法[3]和綜合評(píng)判物元模型[4-7]等。本文采用模糊識(shí)別理論對(duì)清苑縣南水北調(diào)配套工程的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該方法是基于可變模糊集的方法，對(duì)相對(duì)隸屬度函數(shù)作了嚴(yán)格的歸一化處理，由于可變模糊理論研究的是在不同的時(shí)空條件下模糊概念的相對(duì)性與可變性，使得每一次條件的改變，都要進(jìn)行一次歸一化處理，雖然增加了問(wèn)題處理的相對(duì)難度，但其綜合考慮了清苑縣南水北調(diào)配套工程中各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的影響，計(jì)算中采用非線(xiàn)性模型相結(jié)合的方法，從而使計(jì)算結(jié)果更具合理性，也在某種程度上彌補(bǔ)了其他評(píng)價(jià)方法的不足。

1 模糊識(shí)別理論

設(shè)有對(duì)[8-9]模糊概念A(yù)作識(shí)別的n個(gè)樣本集合

樣本j的特性用m個(gè)指標(biāo)特征值表示，即

則樣本集可用m×n階指標(biāo)特征值矩陣表示為

式中：xij為樣本j指標(biāo)i的特征值。

樣本集依據(jù)m個(gè)指標(biāo)按c個(gè)級(jí)別的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行識(shí)別，則有m×c階指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值矩陣

式中：yih為級(jí)別h指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)特征值，隨級(jí)別h的增大而減小。

若該指標(biāo)小于、等于指標(biāo)的c級(jí)標(biāo)準(zhǔn)特征值，則其對(duì)A相對(duì)隸屬確定為0；若該指標(biāo)等于、大于指標(biāo)的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)特征值，則其對(duì)A的相對(duì)隸屬度為1，所以對(duì)于該指標(biāo)的特征值介于1級(jí)與c級(jí)標(biāo)準(zhǔn)特征值之間指標(biāo)有相對(duì)隸屬度函數(shù)公式

式中：rij為樣本j指標(biāo)i的特征值對(duì)A的相對(duì)隸屬度；yi1、yic分別為指標(biāo)i的1級(jí)、c級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。類(lèi)似地，可得指標(biāo)i級(jí)別h標(biāo)準(zhǔn)值yih得相對(duì)隸屬函數(shù)公式

式中：sih為級(jí)別h指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)A的相對(duì)隸屬度。

一般地，樣本集的m個(gè)指標(biāo)對(duì)識(shí)別的影響程度不同，故指標(biāo)應(yīng)具有不同的權(quán)重。設(shè)指標(biāo)權(quán)向量為

樣本j與級(jí)別h間的差別用權(quán)距離向量表示

公式（10）稱(chēng)為模糊識(shí)別理論模型。當(dāng)優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)α=1、距離參數(shù)p=2時(shí)，其為非線(xiàn)性模型。

為了更準(zhǔn)確地描述清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的大小，在模糊識(shí)別理論模型的基礎(chǔ)上，用級(jí)別特征值公式分析

2 清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

指標(biāo)體系2.1 指標(biāo)體系建立的原則

由于清苑縣南水北調(diào)配套工程所涉及配套工程種類(lèi)的數(shù)量繁多，且影響配套工程運(yùn)行安全的因素具有不確定性，因此其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的建立是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要求必須全面搜集有關(guān)工程的相關(guān)資料，并在有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)專(zhuān)家的指導(dǎo)下完成，選定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的主要原則如下。

（1）科學(xué)性原則。指標(biāo)體系的建立要立足于現(xiàn)有的基礎(chǔ)和條件，客觀(guān)反映不同地區(qū)、不同類(lèi)型建筑物的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，所以指標(biāo)的選擇、指標(biāo)權(quán)重的確定以及指標(biāo)數(shù)據(jù)的確定，都必須以科學(xué)為依據(jù)[10]。

（2）層次性原則[11]。指標(biāo)體系應(yīng)根據(jù)涉及工程的種類(lèi)分出相應(yīng)的層次，在此基礎(chǔ)上再對(duì)每一項(xiàng)工程進(jìn)行詳細(xì)的指標(biāo)分類(lèi)。

（3）代表性原則[12]。評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)的選擇應(yīng)具有一定的代表性，能準(zhǔn)確地反映清苑縣配套工程建筑運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)狀況。

（4）定性方法與定量方法相結(jié)合原則。清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)可分為定性指標(biāo)與定量指標(biāo)。為達(dá)到科學(xué)評(píng)價(jià)的目的[13]，必須以定量指標(biāo)為主，定性指標(biāo)為輔，而且要將兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合、統(tǒng)籌考慮。對(duì)于難以量化且不可或缺的指標(biāo)可采取定性描述指標(biāo)。

（5）可操作性原則。指標(biāo)體系的建立是整個(gè)工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和核心，因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)定應(yīng)具體、準(zhǔn)確，并結(jié)合資料的可獲得性及可靠性，在專(zhuān)家的指導(dǎo)下進(jìn)行完善和補(bǔ)充，使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有很強(qiáng)的操作性[14]。

2.2 指標(biāo)體系的建立

清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由4個(gè)層次構(gòu)成，分別為級(jí)別特征值層、一級(jí)指標(biāo)層、二級(jí)指標(biāo)層和三級(jí)指標(biāo)層，其中一級(jí)指標(biāo)層包括6個(gè)子目標(biāo)，二級(jí)指標(biāo)層共有29個(gè)具體指標(biāo)，三級(jí)指標(biāo)為二級(jí)指標(biāo)的進(jìn)一步細(xì)化，見(jiàn)表1。

3 實(shí)例應(yīng)用

本文將清苑縣南水北調(diào)配套工程作為研究對(duì)象，運(yùn)用模糊識(shí)別理論模型中的非線(xiàn)性模型，對(duì)清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并驗(yàn)證模糊識(shí)別理論在清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的適用性。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)值及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)《保定市南水北調(diào)配套工程輸水管道工程可行性研究報(bào)告》、《保定市南水北調(diào)配套工程輸水管道工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》、《保定市南水北調(diào)配套工程輸水管道工程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》并結(jié)合河北省水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院、河北省水利水電第二勘察設(shè)計(jì)研究院及保定市水利水電勘察設(shè)計(jì)院的數(shù)據(jù)調(diào)查分析篩選結(jié)果，得到清苑縣配套工程輸水管道的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)數(shù)據(jù)；同時(shí)，立足于對(duì)整個(gè)保定市南水北調(diào)配套工程數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，參考國(guó)家相關(guān)行業(yè)以頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合上述相關(guān)單位的專(zhuān)家意見(jiàn)，確定了各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由于篇幅所限，本文將以管道指標(biāo)為例進(jìn)行說(shuō)明，管道指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，管道指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)公式（5）、公式（6）將清苑縣南水北調(diào)配套工程管道工程數(shù)據(jù)及管道指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使其成為關(guān)于每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的均在0～1之間的數(shù)。

清苑縣南水北調(diào)配套工程管道工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果如下：

管道指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果如下：

3.3 權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重的確定采用二元比較模糊決策分析法[8]，對(duì)管道中的9項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩對(duì)比，構(gòu)建二元對(duì)比一致性標(biāo)度矩陣：

對(duì)每行求和得到9項(xiàng)指標(biāo)的重要性排序，權(quán)重的確定可直接根據(jù)語(yǔ)氣算子[15]來(lái)確定，語(yǔ)氣算子與相對(duì)隸屬度關(guān)系見(jiàn)表5。

參考語(yǔ)氣算子與相對(duì)隸屬度間的關(guān)系，確定了9項(xiàng)指標(biāo)的模糊標(biāo)度，并將其進(jìn)行歸一化，得到各指標(biāo)的權(quán)重（表6）。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

以清苑縣各配套工程中管道工程為例，根據(jù)表2、表3、表4、表6，以及模型中優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)α=1、距離參數(shù)p=2，運(yùn)用公式（9）可以得出管道工程評(píng)價(jià)指標(biāo)與級(jí)別h的廣義權(quán)距離dhj，見(jiàn)表7。

根據(jù)表2、表3、表4、表6，以及模型中優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)α=1、距離參數(shù)p=2，運(yùn)用公式（10）可以得出管道工程評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)相對(duì)隸屬度uhj，見(jiàn)表8。

根據(jù)上表，運(yùn)用公式（11）及模型中優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)α=1、距離參數(shù)p=2，可以得出管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：H管道=2.381。

類(lèi)似地，清苑縣其他配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算可參照管道工程評(píng)價(jià)過(guò)程，得出當(dāng)α=1、p=2時(shí)其他配套工程的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表9）。

對(duì)清苑縣整條輸水管道的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，本文對(duì)清苑縣南水北調(diào)各個(gè)配套工程權(quán)重的確定依然采用二元比較模糊決策分析法，可以得出關(guān)于一級(jí)指標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重（表10）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用模糊識(shí)別理論的非線(xiàn)性模型對(duì)清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不但得到了清苑縣所涉及配套工程建筑物各自的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且也得到了整個(gè)清苑縣南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，能準(zhǔn)確代表各種配套工程建筑物運(yùn)行后面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)大小，并驗(yàn)證了該理論及該模型在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)用中的適用性和合理性。

面對(duì)即將竣工的南水北調(diào)中線(xiàn)工程，該種方法能為其他地區(qū)及省市的南水北調(diào)配套工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供研究?jī)r(jià)值，也能為南水北調(diào)中線(xiàn)所涉及的工程管理部門(mén)提出應(yīng)對(duì)重點(diǎn)與應(yīng)對(duì)措施提供參考意義。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 宋軒.南水北調(diào)中線(xiàn)交叉建筑物運(yùn)行工程風(fēng)險(xiǎn)分析[D].南京：南京水利科學(xué)研究院.2010.（SONG Xuan.South-to-North WaterTransfer Project run cross building project risk analysis[D].Nanjing.Nanjing Water Conservancy Science Research Institute，2010.（in Chinese））

[2] 陳健飛，劉衛(wèi)民.Fuzzy綜合評(píng)價(jià)在土地適宜性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].資源科學(xué)，1999，21（4）：71-74.（CHEN Jian-fei，LIU Wei-min.Application of fuzzy comprehensive evaluation in land suitability evaluation[J].Resources science，1999.21（4）：71-74.（in Chinese））

[3] 金菊良，丁晶.水資源系統(tǒng)工程[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2002.（JIN Ju-liang，DING Jing.Water resources systems engineering[M].Chengdu：Sichuan Science and Technology Publishing Company，2002.（in Chinese））

[4] 陳守煜.水資源與防洪系統(tǒng)可變模糊集理論與方法[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.194-240.（CHENG Shou-yu.Water and flood control system of variable fuzzy sets theory and method[M].Dalian：Publishing Company of Dalian Technology University，2005：194-240.（in Chinese））

[5] 陳守煜.工程可變模糊集理論與模型-模糊水文水資源學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（2）：308-312.（CHENG Shou-yu.Variable fuzzy sets theory and engineering model - to learn math based fuzzy hydrology and water resources[J].The Learned Journal of Dalian Technology University，2005（2）：308-312.（in Chinese））

[6] 陳守煜.可變模糊集理論哲學(xué)基礎(chǔ)[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2005，26（1）：53-57.（CHENG Shou-yu.The philosophical basis for variable fuzzy sets theory[J].The Learned Journal of Dalian University Technology：Social Science Edition，2005，26（1）：53-57.（in Chinese））

[7] 陳守煜，郭瑜.模糊可變集合及其在防洪工程體系綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展，2005，25（6）：4-8.（CHENG Shou-yu，GUO Yu.Variable fuzzy sets and its application in flood control engineering system comprehensive risk evaluation[J].Water Conservancy and Hydropower Science and Technology Progress，2005，25（6）：4-8.（in Chinese））

[8] 陳守煜.復(fù)雜水資源系統(tǒng)優(yōu)化模糊識(shí)別理論與應(yīng)用[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，2002.（CHENG Shou-yu.The complex water resources system to optimize the fuzzy identification theory and application[M].Changchun：Publishing Company of Jilin University.2002.（in Chinese））

[9] 陳守煜.模糊概念在分級(jí)條件下的模式識(shí)別理論[J].控制與決策，1995，10（4）：347-351.（CHENG Shou-yu.Fuzzy concept under the condition of the hierarchical theory of pattern recognition[J].Control and Decision making，1995，10（4）：347-351.（in Chinese））

[10] 劉威，尚金城.吉林省可再生能源戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立[J].四川環(huán)境，2010，29（6）：92-97.（LIU Wei，SHANG Jin-cheng.Jilin provinces renewable energy strategy environment evaluation index system established[J].Sichuan Environment，2010，29（6）：92-97.（in Chinese））

[11] 高永年，高俊峰.南水北調(diào)中線(xiàn)工程對(duì)漢江中下游流域生態(tài)環(huán)境影響的綜合評(píng)價(jià)[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29（1）：59-64.

（GAO Yong-nian.，GAO Jun-feng.South-to-North water transfer project of the comprehensive evaluation of ecological environmental impact in the middle and lower reaches of hanjiang river valley[J].Geographical Science Progress，2010，29（1）：59-64.（in Chinese））

[12] 譚運(yùn)坤，關(guān)松，趙娜.水利工程管理現(xiàn)代化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其方法研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，35（3）：36-39.（TAN Yun-kun，GUAN Song，ZHAO Na.Water conservancy project management modernization evaluation index system and method research[J].The Learned Journal of Sanxia University：Natural science edition，2013，35（3）：36-39.（in Chinese））

[13] 郭瀟，方國(guó)華，章哲愷.跨流域調(diào)水生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].水利學(xué)報(bào)，2008，39（9）：1125-1130.（GUO Xiao，F(xiàn)ANG Guo-hua.Inter-basin water transfer evaluation index system of ecological environmental impact study[J].Journal of Water Conservancy，2008，39（9）：1125-1130.（in Chinese））

[14] 楊銘威，石亞?wèn)|.城市供水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系初探[J].水利經(jīng)濟(jì)，2009，27（6）：32-35.（YANG Ming-wei.SHI Ya-dong.A preliminary evaluation index system of urban water supply safety[J].Water Conservancy Economy，2009，27（6）：32-35.（in Chinese））

[15] 柴春嶺.基于可變模糊集理論的水文水資源系統(tǒng)模擬、評(píng)價(jià)與決策方法及應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.（CHAI Chun-ling.Based on variable fuzzy sets theory of hydrology and water resources system simulation，evaluation and decision method，and application[D].Dalian：Dalian Technology University，2008.（in Chinese））