物元可拓模型在渠首沖砂閘安全評價中的應(yīng)用

霍洪元,鄭 健

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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物元可拓模型在渠首沖砂閘安全評價中的應(yīng)用

霍洪元,鄭 健

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

本文概述了物元可拓理論，并建立了物元可拓模型。通過確定鐵力市王楊渠首沖砂閘的經(jīng)典域物元矩陣、各指標(biāo)權(quán)重和綜合關(guān)聯(lián)度，建立了水閘安全評價指標(biāo)體系和安全評價標(biāo)準(zhǔn)，利用物元可拓模型對鐵力市王楊渠首沖砂閘進(jìn)行了安全綜合評價，并依據(jù)水閘安全鑒定標(biāo)準(zhǔn)將鐵力市王楊渠首沖砂閘判定為三類閘。

物元可拓；水閘；安全評價

1 物元理論概述

物元分析方法是由我國著名學(xué)者蔡文先生首先提出的，物元分析方法基于事務(wù)的功能目標(biāo)與環(huán)境條件之間的可容性與事物系統(tǒng)的相關(guān)性，把現(xiàn)實(shí)問題概括為相容性和不相容性問題，研究處理矛盾問題的規(guī)律和方法[1]。

物元理論用來描述事物的三要素：事物M、特征C和量值V，它們所構(gòu)成的有序三元組R=(M，C，V)稱為事物的基本元，即物元。根據(jù)物元的定義和特征，一個具有多個特征的事物，其物元矩陣記作[2]:

(1)

式(1)中：n為事物特征數(shù)量，每個特征所對應(yīng)的量值為v1、v2、…vn。

2 物元可拓模型及評價過程

水閘工程的安全評價是一個多目標(biāo)的復(fù)雜過程，在解決多目標(biāo)系統(tǒng)的評價問題時，采用“事物、特征、量值”這三個要素來對待評測事物進(jìn)行描述，能夠比較準(zhǔn)確地反映客觀事物的變化規(guī)律，有利于對事物進(jìn)行定性分析和定量計算[3]。物元可拓模型及綜合評價的步驟具體如下。

2.1 確定經(jīng)典域物元矩陣

經(jīng)典域物元矩陣由事物的特征以及其特征的標(biāo)準(zhǔn)值范圍組成，記為

(2)

式(2)中：Ni表示所劃分的i個評價等級；C1、C2、…、Cn代表評價指標(biāo)；vi1、vi2、…vi n是物元矩陣的經(jīng)典域，即待評事物評價等級i的取值區(qū)間。

2.2 確定各指標(biāo)權(quán)重

水閘安全評價指標(biāo)是多層次的，在層次結(jié)構(gòu)中，上一層指標(biāo)受下一層指標(biāo)影響，將指標(biāo)間的相對重要程度用數(shù)值的形式表示出來，即為權(quán)重系數(shù)，指標(biāo)權(quán)重的確定是安全評價工作的關(guān)鍵，其結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接關(guān)系水閘工程評價結(jié)果的質(zhì)量[4]。

(3)

式(3)中：P0為待評事物；v1、v2、…、vn是待評物元各指標(biāo)的實(shí)際值。

2.4 綜合關(guān)聯(lián)度

系統(tǒng)中全部因素屬于各評價等級的程度稱為綜合關(guān)聯(lián)度，評價指標(biāo)對于等級i的綜合關(guān)聯(lián)度計算方法見公式(4)至公式(8)，式(4)中vpj為物元矩陣的節(jié)域，式(7)中apj、bpj為物元矩陣的節(jié)域區(qū)間。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

3 應(yīng)用實(shí)例

鐵力市王楊渠首沖砂閘工程位于呼蘭河支流上游，始建于1997年，于1998年主體工程竣工。工程經(jīng)過多年運(yùn)行，受區(qū)間洪水及非自然因素影響，河道下切，沖砂閘下游海漫段導(dǎo)流墻出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜。雖及時對下游防沖海漫進(jìn)行鋼筋籠砌石搶修，但經(jīng)連續(xù)觀察，王楊渠首工程水毀程度有進(jìn)一步加重趨勢，消力池底板下沉，消力池邊墻中部出現(xiàn)裂縫，邊墻底部沖刷剝蝕嚴(yán)重[5]。沖砂閘處于病險狀態(tài)，工程效益不能有效發(fā)揮。

3.1 評價指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)系統(tǒng)全面性、簡明科學(xué)性、相對獨(dú)立性、層次性、相關(guān)性原則，確定經(jīng)典域物元矩陣的特征以及特征的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，即建立王楊渠首沖砂閘評價指標(biāo)體系及評價標(biāo)準(zhǔn)。從安全性、適用性、耐久性三方面共選取19個指標(biāo)，并按一類閘、二類閘、三類閘、四類閘標(biāo)準(zhǔn)量化，確定各指標(biāo)對應(yīng)不同類別的評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 水閘安全指標(biāo)體系及評價標(biāo)準(zhǔn)

3.2 確定各指標(biāo)權(quán)重

本次采用組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，將層次分析法(AHP)和熵權(quán)法兩種賦權(quán)方法有機(jī)結(jié)合：首先利用層次分析法初步賦權(quán)，通過運(yùn)算得到帶有主觀性質(zhì)的指標(biāo)權(quán)重，再利用熵權(quán)理論中的熵模型對其進(jìn)行修正，使得指標(biāo)權(quán)重更具科學(xué)性、準(zhǔn)確性。各指標(biāo)權(quán)重見表2。

表2 水閘工程安全評價指標(biāo)權(quán)重表

3.3 綜合關(guān)聯(lián)度

通過計算安全性、適用性、耐久性指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度，來確定水閘的綜合關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果見表3、表4、表5。

表3 安全性指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

表4 適用性指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

表5 耐久性指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

根據(jù)安全性、適用性和耐久性的關(guān)聯(lián)度匯總結(jié)果，得到水閘的綜合關(guān)聯(lián)度，用矩陣表示為：

(9)

根據(jù)物元可拓理論，取最大的k值，即kmax=0.0039，所以鐵力市王楊渠首沖砂閘屬于三類閘，即目前沖砂閘達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(P設(shè)計=5%，P校核=2%)，存在嚴(yán)重?fù)p壞，要進(jìn)行除險加固。

4 結(jié) 語

按照水閘安全鑒定程序，在2012年8月完成的鐵力市王楊渠首沖砂閘安全鑒定報告書中，鐵力市王楊渠首沖砂閘確定為三類閘。本次采用物元可拓模型進(jìn)行的安全評價與安全鑒定報告書結(jié)論一致。物元可拓模型在水閘安全評價中應(yīng)用是可行的。

[1] 徐磊，何艷霞，趙曉飛.物元可拓理論在水閘安全評價中的可行性[J].科技信息，2010(29)：766-767.

[2] 蔡文.物元分析[M]. 廣州：廣東高等教育出版社，1987.

[3] 李佳佳. 基于模糊物元分析法的應(yīng)急物流能力評價研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2011.

[4] 謝仁山，王先華. 層次分析法(AHP)在安全評價有關(guān)指數(shù)賦值的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與防塵，1996(1)：31-34.

[5] 樸哲浩，宋力.我國病險水閘成因及除險加固工程措施分析[J].水利建設(shè)與管理，2011(1)：25-26.

Application of matter-element extension model in safety evaluation of sand-flushing sluice of canal headwork

HUO Hongyuan, ZHENG Jian

(HeilongjiangProvinceHydraulicResearchInstitute,Harbin150080,China)

This paper summarized the theory of matter-element extension, and established the matter-element extension model. The safety evaluation index system and standard for sluice were built by fist determining the classical domain matter element matrix, the weight of each index and the comprehensive dependent degree. The matter-element extension model was used to assess the comprehensive safety status of the sand-flushing sluice of Wangyang canal headwork in Tieli City. Based on the safety appraisal standard for sluice, the sand-flushing sluice of Wangyang canal headwork was classified as a third kind dangerous sluice.

matter-element extension; sluice; safety evaluation

霍洪元(1977-)，男，高級工程師，從事水利工程設(shè)計、科研工作。

TV66；O242

A

2096-0506(2016)11-0014-04