淺談水閘工程安全評價(jià)的必要性及理論研究

李凱

（綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

淺談水閘工程安全評價(jià)的必要性及理論研究

李凱

（綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

水閘是水利工程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，然而，在各種不可抗因素的長期影響下，水閘開始出現(xiàn)各類病險(xiǎn)問題，其自身功能無法正常發(fā)揮，人民的生命財(cái)產(chǎn)安全也將受到嚴(yán)重威脅。除險(xiǎn)加固工作的首要任務(wù)是進(jìn)行水閘工程的安全評價(jià)。因此，其相關(guān)評價(jià)工作的理論與技術(shù)是非常值得深入研究且具有廣闊實(shí)用前景的。

水閘；病險(xiǎn)問題；安全評價(jià)

一、安全評價(jià)工作的必要性

我國大力推行水利工程建設(shè)，其中水閘工程分布十分廣泛。截至2013年底，據(jù)《全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，我國已建成流量為5立方米每秒及以上的水閘98192座，包括大型水閘870座。其中，分洪閘7985座，排（退）水閘17509座，節(jié)制閘55758座，引水閘11106座，擋潮閘5834座。水閘影響著社會生活的方方面面，并且能夠有效保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全進(jìn)行，是我國公共安全事業(yè)重要的公益性水利工程。

然而，水閘在各種自然因素，如荷載、水污染、滲透破壞、氣候、洪水和泥沙淤積等的長期作用下，其各部分構(gòu)件都發(fā)生老化甚至破損等情況，加之很多水閘都缺乏正常的管理維護(hù)工作，使得水閘的老化病害現(xiàn)象更加嚴(yán)重。病險(xiǎn)問題的存在將導(dǎo)致水閘的使用功能得不到正常發(fā)揮，甚至?xí)蔀榉篮榈男母怪肌?/p>

根據(jù)全國水閘安全普查等工作不完全統(tǒng)計(jì)，我國水閘的病險(xiǎn)比例高達(dá)三分之二，在對病險(xiǎn)水閘的各類安全隱患調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，水閘的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞約占76％，閘門及其配套機(jī)電設(shè)備損壞以及老化失修占75％左右，閘下游消能防沖設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞占42％左右，滲流破壞或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)占32％左右，其他如通信設(shè)施和交通車輛不足、防滲鋪蓋、閘位布置不合理、防汛道路損壞、管理房屋失修、翼墻、堤岸護(hù)坡?lián)p壞以及缺少備用電源等大約占50％。因此，面對我國水閘工程如此嚴(yán)重的病險(xiǎn)狀況，開展全國大規(guī)模的病險(xiǎn)水閘的除險(xiǎn)加固工作勢在必行。

水閘工程的病險(xiǎn)狀況一直被國家所高度重視，在《水閘安全鑒定規(guī)定》、《水閘工程技術(shù)管理規(guī)程》、《中華人民共和國防洪法》、《中華人民共和國水法》和《水閘安全鑒定管理辦法》等法律、規(guī)范中都明確地指導(dǎo)和規(guī)范了病險(xiǎn)水閘的除險(xiǎn)加固工作。全國水利工作會議曾提出，病險(xiǎn)水庫（其中包括大中型病險(xiǎn)水閘）除險(xiǎn)加固工程將作為“十大水利工程建設(shè)”的重中之重。因此，大中型病險(xiǎn)水閘的除險(xiǎn)加固工作必將是水利行業(yè)未來一段時(shí)間內(nèi)的重點(diǎn)工作。

二、安全評價(jià)理論研究

我國學(xué)者在水閘工程安全評價(jià)的理論方面取得了很多成果，研究主要是基于一些系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型再結(jié)合其他行業(yè)的先進(jìn)方法，針對水閘工程進(jìn)行安全評價(jià)。這些理論成果主要包括層次分析評判法、加權(quán)遞階評估法、模糊集合論評估法、灰色理論評估法、模糊綜合評判法以及物元可拓理論綜合評估法等。

（一）層次分析評判法（簡稱AHP法）。這種方法可以將復(fù)雜的目標(biāo)問題分解為基本的單位元素，再將這些元素按照屬性進(jìn)行分類，形成不同層次。應(yīng)用時(shí)，安全評價(jià)通常將單位元素分成三個(gè)層次，即混凝土構(gòu)件的安全性、適用性和耐久性，將待評定的各因素兩兩比較，并對其相對重要性進(jìn)行排序，最終確定水閘的安全等級。這種評價(jià)法適用于水閘這類定性與定量兼具的多目標(biāo)決策分析問題，并且在其他領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。但是，要素選擇的合理與否將直接影響AHP法進(jìn)行決策的準(zhǔn)確度。

（二）加權(quán)遞階評估法。該方法根據(jù)水閘失事和老化病害的實(shí)際情況確定評估指標(biāo)，并在統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際檢測資料和長期觀測成果的基礎(chǔ)上，利用專家的經(jīng)驗(yàn)知識對評估指標(biāo)進(jìn)行量化。各評估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)是由層次分析法確定，并對其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)進(jìn)而通過加權(quán)遞階運(yùn)算分析得到待評價(jià)水閘老化狀態(tài)的評估結(jié)果。該研究操作簡便且具有一定的準(zhǔn)確性，主要適用于中小型水閘，大中型水閘初步評估時(shí)，也可以使用。

（三）模糊集合論評估法。該方法將水閘分解成若干個(gè)部件，并且就每個(gè)部件的三大可靠性指標(biāo)進(jìn)行單因素評估，計(jì)算出部件老化的綜合隸屬度，最終得到整個(gè)水閘的老化級別。這種評估法以工程實(shí)際檢測資料為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)行的水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對水閘的老化狀態(tài)進(jìn)行評估，評估結(jié)果相比于層次分析法和加權(quán)遞階評估法更加準(zhǔn)確。而且通過單個(gè)部件的老化評估進(jìn)而完成整個(gè)水閘的老化評估，使得該方法應(yīng)用上操作簡便，并且指標(biāo)因素比較全面，比較適用于大中型水閘的老化問題研究。

（四）灰色理論評估法。這種評估方法在評價(jià)指標(biāo)體系的選擇上打破了以往基于可靠性作為標(biāo)準(zhǔn)的模式，選擇以水閘安全狀態(tài)為總目標(biāo)，工程現(xiàn)狀調(diào)查、工程安全檢測和工程復(fù)核計(jì)算為子目標(biāo)建立評價(jià)指標(biāo)體系，能夠最大限度地與“水閘安全鑒定報(bào)告”相吻合。水閘工程常常由于管理不善、水下結(jié)構(gòu)檢測困難等原因造成信息不完全等現(xiàn)象，可以將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用于水閘工程的安全評價(jià)。評估時(shí)，在評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上建立白化函數(shù)得到白化值，再計(jì)算得到灰評價(jià)值，從而得到水閘的老化狀態(tài)的總評價(jià)值。該方法主要適用于大中型水閘的安全綜合評價(jià)。

（五）模糊綜合評判法。作為定性分析與定量分析綜合集成的常用方法，模糊評價(jià)法在工程中被廣泛應(yīng)用。其基本思路是：確定影響因素，建立水閘工程的評價(jià)指標(biāo)體系，通過指標(biāo)權(quán)重集和隸屬函數(shù)的確定，建立模糊評價(jià)矩陣，然后綜合分析計(jì)算得到最終評價(jià)報(bào)告。該方法的關(guān)鍵問題在于指標(biāo)權(quán)重的確定，因此，賦權(quán)方法的選擇和改進(jìn)研究將是模糊綜合評判法在水閘安全評價(jià)應(yīng)用方面的重點(diǎn)。

（六）物元可拓理論綜合評估法。在系統(tǒng)研究中，存在著大量的不相容問題，物元理論可以化不相容問題為相容問題，使問題得到合理解決。目前，物元可拓理論在物流、地表水環(huán)境以及土地整理等方面的應(yīng)用已經(jīng)取得較好的成果，而在水閘安全評價(jià)方面應(yīng)用卻較少。該方法在實(shí)際檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定各指標(biāo)權(quán)重，然后建立經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元矩陣，通過綜合分析運(yùn)算得到綜合關(guān)聯(lián)度值，進(jìn)而得到水閘安全評價(jià)等級。已有研究驗(yàn)證了該方法在水閘安全評價(jià)方面的可行性，但其指標(biāo)體系的確定以及指標(biāo)權(quán)重的確定方法均應(yīng)該進(jìn)行深入的研究，使其成為一種適用性更強(qiáng)、更具科學(xué)性的評價(jià)方法。

三、結(jié)論

水閘工程的安全評價(jià)工作是除險(xiǎn)加固工作的重中之重，但是目前國內(nèi)仍然沒有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及一整套統(tǒng)一的水閘工程安全評價(jià)方面的理論系統(tǒng)。因此，研究一套簡單且通用的安全綜合評價(jià)系統(tǒng)，是今后水閘工程安全評價(jià)方面的重點(diǎn)內(nèi)容。

水閘安全性能的影響因素眾多，且涉及的指標(biāo)眾多，決定了水閘工程的安全評價(jià)是一個(gè)多目標(biāo)的復(fù)雜問題。物元可拓理論在水閘工程的評價(jià)方面應(yīng)用很少，但是在其他多目標(biāo)復(fù)雜問題的安全評價(jià)方面應(yīng)用卻很廣泛，并且已經(jīng)取得了很好的成果，因此今后水閘工程的安全綜合評價(jià)可以引用物元可拓理論進(jìn)行深入研究，驗(yàn)證其在水閘安全評價(jià)方面的可行性。

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［責(zé)任編輯 鄭麗娟］

TV66

A

2095-0438（2015）09-0155-02

2015-05-20

李凱（1987-），女，綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院助教，碩士，研究方向：水工建筑物健康檢測。

2014年綏化學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（K1401003）。