突變評價法改進(jìn)及其在土石壩施工期風(fēng)險評價中的應(yīng)用

關(guān)艷慶

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

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突變評價法改進(jìn)及其在土石壩施工期風(fēng)險評價中的應(yīng)用

關(guān)艷慶

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

影響土石壩工程安全施工的影響因子較多，施工期間各影響因子又相互作用，一經(jīng)忽視極易發(fā)生土石壩的失穩(wěn)事故，嚴(yán)重威脅施工作業(yè)人員和附近居民的生命財產(chǎn)安全。文章針對傳統(tǒng)突變評價法的不足，進(jìn)行全面的研究與改進(jìn)，確定了將評價值從密集型分布改進(jìn)成均勻型分布；通過S型曲線構(gòu)造出回歸方程，得到了優(yōu)化改進(jìn)值，使評價值的分布更為直觀，由對象分析及湯河水庫施工期風(fēng)險評價，驗證了改進(jìn)后方案的實用性及可靠性，為類似項目的風(fēng)險評價提供可參考研究結(jié)論。

突變評價法；土石壩；壩體施工；風(fēng)險評價

土石壩工程具有危險性高、施工時間長、影響范圍大等特征，施工期間各種突發(fā)性因素可能造成工期、成本等達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。施工作業(yè)時因環(huán)境、氣候等外部影響因子的相互作用，極易發(fā)生土石壩失穩(wěn)事故，因此，為達(dá)到綠色、安全、高效的施工目標(biāo)，對施工期的評價研究和分析必不可少。

葛巍[1]等，對施工期的項目層次及隱患詳細(xì)劃分，建立WBS-RBS矩陣及AHP模型分別對安全隱患進(jìn)行風(fēng)險辨識及程度劃分，分析了安全隱患影響因子及各項目層次的比重，從而達(dá)到風(fēng)險評價的目的。李宗坤[2]等采取集對分析的措施，構(gòu)造出聯(lián)系度矩陣，全面、系統(tǒng)地探討了各指標(biāo)與隱患程度的關(guān)系?；趥鹘y(tǒng)AHP方法，在區(qū)間數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行研究，建立了判斷矩陣，優(yōu)選出各風(fēng)險影響因子的權(quán)重，構(gòu)造出風(fēng)險評價模型。葛巍[3]運(yùn)用Monte-Carlo理論構(gòu)造了風(fēng)險動態(tài)評價模型，研究了各影響因子對施工期風(fēng)險的作用性質(zhì)，利用ALARP及F-N曲線選取風(fēng)險指標(biāo)，有效地評價了土石壩施工期的風(fēng)險水平。徐黎明，趙振宇，蘇石亮[4-6]等也在運(yùn)用不同模型對施工期風(fēng)險進(jìn)行了評價。

國內(nèi)外專家學(xué)者對土石壩施工期風(fēng)險評價進(jìn)行了一系列的研究，取得了豐碩的成果。但是，在壩體施工風(fēng)險評估中的運(yùn)用仍存在較多值得商榷的地方。文章對傳統(tǒng)的突變評價法進(jìn)行了改進(jìn)，對各影響因子進(jìn)行量化分析，降低了人為因素對評價造成的影響，結(jié)合湯河水庫壩體施工驗證了該評價方法的可靠性，對類似工程的評價具有重要意義。

1 傳統(tǒng)突變評價法的基本理論及特點

1.1 基本理論

突變理論即探討勢函數(shù)F(x)的極小值狀態(tài)，研究狀態(tài)突變點兩側(cè)間斷性變化特點。運(yùn)用歸一公式對(X,Y)量化，之后運(yùn)用F(x)進(jìn)行遞推計算，最后得到綜合評價值。突變模型見表1所示。

表1 常用的突變模型

1.2 突變評價法特點

1)優(yōu)點：定性分析評價指標(biāo)的比重，避免了人為因素引起的誤差。

2)缺點：基于歸一公式得出綜合評價值高于平均水平，與直觀判斷結(jié)果差異較大；底層指標(biāo)隸屬度值與綜合評價值負(fù)相關(guān)，影響評價成果的利用。

2 突變評價法的改進(jìn)

突變評價法在風(fēng)險評估方面已取得相當(dāng)大的進(jìn)展，但對于該方法缺陷的優(yōu)化研究相對不足。文章基于突變評價法的缺陷，做出了優(yōu)化方案。

2.1 改進(jìn)方法

根據(jù)多種模型的比較，優(yōu)選出S型曲線來擬合x、y關(guān)系來對突變評價法進(jìn)行改進(jìn)。

1)構(gòu)建對應(yīng)關(guān)系

運(yùn)用傳統(tǒng)突變評價法構(gòu)造出綜合評價值yi(i=1,2,…,n且yi∈[0，1])與隸屬度值xi(i=1,2,…,n且xi∈[0，1])之間的關(guān)系。

2)回歸模型中相關(guān)參數(shù)的估計

利用S型曲線的擬合，得出回歸函數(shù)：

(1)

令y′=1/y,x′=1/ex使得到的回歸方程呈線性分布。

y′=a+bx′

(2)

選取似然估計確定a、b的值：

(3)

則回歸方程為：

(4)

3)檢驗線性模型的可靠性

由此構(gòu)造分布統(tǒng)計量：

(5)

給定顯著性水平α(一般取α=0.05)，若F≥fα(1,n-2)則回歸模型是顯著的。

將y′=1/y,x′=1/ex帶入式(4)，得：

(6)

4)計算改進(jìn)的突變評價值

將傳統(tǒng)突變評價法的y值投影到x值上作為(4)中回歸函數(shù)的突變評價值，經(jīng)過此番處理，可將密度較大的評價值分離開來。

2.2 改進(jìn)的突變評價法計算流程

按照以上探討，其計算流程如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后突變評價法的計算流程

2.3 改進(jìn)方法的合理性驗證

將遼陽市2015年澇災(zāi)突變評價(對象1)和遼陽市灌溉水資源突變評價(對象2)作為驗證體系，針對文章的回歸函數(shù)進(jìn)行合理性與可行性的研究。

1)按照改進(jìn)后的計算方法得到擬合函數(shù)：

(7)

對于該擬合函數(shù)，F(xiàn)=142.13>F0.05(1,8)=5.32，回歸模型是顯著的。

2)按照改進(jìn)后的計算方法得到擬合函數(shù)：

(8)

對于該擬合函數(shù)，F(xiàn)=87.66>F0.05(1,13)=4.67，回歸模型是顯著的。

將初始綜合評價值映射到底層指標(biāo)隸屬度值上，得到改進(jìn)的突變評價值，見表2。

表2 常規(guī)法與改進(jìn)法評價結(jié)果對比

從表2的數(shù)據(jù)得出，突變評價改進(jìn)值與傳統(tǒng)值比較，不但等級排列相同，而且將取值區(qū)間進(jìn)一步擴(kuò)大，更加符合直觀的優(yōu)劣判斷。因此，文章對傳統(tǒng)的突變評價法的改進(jìn)是行之有效的。

3 基于改進(jìn)突變評價法的土石壩施工期風(fēng)險評價

湯河水庫位于遼陽市是太子河流域防洪灌溉的關(guān)鍵性工程。根據(jù)國家的整體規(guī)劃，為達(dá)到小凌河流域的治理目標(biāo)，設(shè)計單位對湯河水庫的修建制定了3種方案，如表3所示。湯河水庫監(jiān)管機(jī)構(gòu)邀請專家從危險性、可靠性、功能性等多方面進(jìn)行評估，文章按照所述計算流程對3種方案的施工期風(fēng)險性進(jìn)行評價。

表3 3種方案指標(biāo)對比

3.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

風(fēng)險指標(biāo)體系選取應(yīng)綜合考慮安全性、適用性、整體性、環(huán)保性等要求。結(jié)合湯河水庫的工程規(guī)模及地理位置的氣候、水文等因素，詳細(xì)探討了可能出現(xiàn)的各種突發(fā)性情況，根據(jù)專家研討及理論分析，最終優(yōu)選出指標(biāo)體系見圖2。

圖2 湯河水庫風(fēng)險評價指標(biāo)體系

3.2 風(fēng)險評價

1)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化

考慮到突變評價法的使用準(zhǔn)則，需對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對于越大越優(yōu)型指標(biāo)，采用：

(9)

對于越小越優(yōu)型指標(biāo)，采用：

(10)

2)突變評價值的計算

根據(jù)表1提供的公式，將各指標(biāo)歸一化處理，對于綜合評價值應(yīng)計算應(yīng)考慮2個原則：①對應(yīng)于同一指標(biāo)的不同控制變量，當(dāng)出現(xiàn)耦合效應(yīng)的時候，應(yīng)運(yùn)用“互補(bǔ)”的方法，選取平均數(shù)進(jìn)行下一步計算；②當(dāng)出現(xiàn)相互獨立的時候，應(yīng)運(yùn)用“大中取小”的方法。基于以上兩大原則，運(yùn)用文章介紹的改進(jìn)的突變評價法建立你和函數(shù)：

(11)

對于該擬合函數(shù)，F(xiàn)=85.27>F0.05(1,13)=4.67，因此回歸模型是顯著的。

通過研究分析湯河水庫3種方案的評價值見表4。

表4 湯河水庫風(fēng)險評價值

3)評價結(jié)果對比及分析

由表4的計算結(jié)果繪制出柱狀圖進(jìn)行分析，如圖2所示。通過圖2直觀顯示，傳統(tǒng)突變評價法的3種方案指標(biāo)值都趨于1，只能根據(jù)詳細(xì)計算才能得出評價結(jié)論，直觀性較差；改進(jìn)后的突變評價法在區(qū)間內(nèi)均勻分布，能有效反映出個指標(biāo)的差異程度，直觀性較好。通過改進(jìn)后的評價法得出，方案2的各指標(biāo)均較大，表明此方案最不適用；將另外2個方案進(jìn)行對比得出，方案3的安全及工期風(fēng)險值較小，雖然成本較高，但從綜合評價指標(biāo)分析，方案3為最優(yōu)。綜上所述，3種方案優(yōu)劣程度為：方案3>方案1>方案2。

圖3 改進(jìn)前后評價值對比

4 結(jié) 語

文章針對傳統(tǒng)突變評價法的不足進(jìn)行研究和改進(jìn)，將評價值從密集型分布改進(jìn)成均勻型分布。運(yùn)用S型曲線構(gòu)造出回歸方程，經(jīng)參數(shù)選定、顯著性檢驗、映射等步驟，確定了改進(jìn)值，使評價值在區(qū)間上均勻分布，便于直觀性研究，最后對改進(jìn)方法進(jìn)行驗證?；跍铀畮熳鳛檠芯繉ο?，全面、系統(tǒng)地選取了評價指標(biāo)，結(jié)合文中所述的評價方法進(jìn)行優(yōu)化方案選取研究，通過風(fēng)險評價確定各方案的優(yōu)劣程度，其結(jié)果與專家研討及理論分析情況一致，驗證了改進(jìn)后方法的實用性及可靠性，為類似項目風(fēng)險評價提供借鑒。

[1]葛巍，李宗坤，王文姣，等.基于WBS-RBS和AHP的土石壩施工期風(fēng)險評估[J].人民黃河，2013，15(06)：121-123 .

[2]李宗坤，李奇，楊朝霞.基于集對分析的土石壩施工期風(fēng)險評價[J].水利發(fā)電，2016，9(42)：54-59 .

[3]葛巍.土石壩施工與運(yùn)行風(fēng)險綜合評價[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2016.

[4]徐黎明.基于突變理論的烏東德水電站近壩區(qū)泥石流風(fēng)險評價與防治研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2013 .

1007-7596(2017)03-0148-04

2017-02-20

關(guān)艷慶(1982-)，男，遼寧遼陽人，工程師，研究方向為水文測驗、水文預(yù)報、水文資料整編、水質(zhì)分析、水資源論證等。

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