烏魯瓦提水利樞紐工程大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程綜合評價

徐 瑾

(新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000)

1 工程概況

烏魯瓦提水庫壩址以上控制面積19983km2，控制全河徑流量97%，該工程位于喀拉喀什河中游，屬于一座集防洪發(fā)電、生態(tài)保護、農(nóng)業(yè)灌溉等功能的大(2)型工程。喀拉喀什河發(fā)源于山勢陡峭險峻的昆侖山區(qū)，地處外力強烈沖擊和構(gòu)造隆起的中高山地帶，工程地質(zhì)以礫巖、粉砂巖、石膏巖、砂頁巖、砂礫巖、碳系灰?guī)r、粉砂巖及砂礫為主。水利樞紐包括升壓變電站、開關(guān)樓、水電站廠房、發(fā)電引水洞、泄洪排沙洞、沖沙洞、大壩、溢洪道等建筑結(jié)構(gòu)，總庫容3.336億m3，裝機容量60MW，年發(fā)電量1.97億kW·h，設(shè)計和校核洪水位為1962.65、1963.29m，正常蓄水位1962.00m。工程投入運行后可改善、擴大灌溉面積7.5萬hm2和4.6萬hm2，通過對水庫的調(diào)節(jié)每年平均向塔里木河供水10.57億m3。烏魯瓦提水庫工程顯著提升了下游河段的防洪能力和周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，有利于減輕洪水災(zāi)害和維護和田河下游綠色廊道生態(tài)環(huán)境，對保障該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和水資源合理發(fā)揮著重要的作用[1-3]。

為了提高水利樞紐綜合應(yīng)用能力和大壩安全管理水平，實現(xiàn)大壩安全管理和運行自動化，針對儀器報廢、技術(shù)落后、設(shè)備老化的原監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的繞壩滲流、內(nèi)部和外部監(jiān)測部分進行升級改造，拆除已報廢且與該工程相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)、廢舊線纜、設(shè)備等，加強對信息網(wǎng)絡(luò)和測控的完善，建設(shè)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸系統(tǒng)和新建壩區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)安全自動化監(jiān)測設(shè)備及配套土建的工程。大壩安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)投運后狀況良好，為檢驗該工程是否滿足設(shè)計要求，從檔案管理、項目實施、建設(shè)管理、前期工作和投資執(zhí)行5個方面綜合評價監(jiān)測監(jiān)控工程狀況[4]。

2 DEA-AHP評價模型

2.1 評價指標體系

根據(jù)相關(guān)研究成果和文獻資料構(gòu)建包括指標層、準則層和目標層的綜合評價體系，其中準則層涉及檔案管理、建設(shè)管理、項目實施、前期工作和投資執(zhí)行5個方面，將其進一步細分為22項指標。安全監(jiān)測監(jiān)控工程評價體系，見表1。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

針對目標層識別出的準則層n項評價因子為c1、c2、…、cn，每兩要素ci與cj之間的相互影響程度利用aij表征，以此類推確定其它各項因子的相對重要性并構(gòu)造判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij=1/aij、aii=1。在大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程評價過程中確定最優(yōu)決策單元，即最優(yōu)決策單元的最大值作為每個決策單元的輸入值，最大值為1。

2.3 DEA模型確定矩陣權(quán)重

運用DEA方法計算矩陣權(quán)重序列，即以線性規(guī)劃問題替代權(quán)重的計算，該方法應(yīng)用較為廣泛且理論成熟。然而，因各決策單元從自身的角度獲取最有利的權(quán)重，從而使得不同DMU獲取的權(quán)重存在較大差異，各決策單元之間的可比性缺乏。鑒于此，設(shè)定輸入值全部為1的理想決策單元，DEMU模型決策單元，見表2，即大壩安全監(jiān)測監(jiān)控各決策單元最大值為輸出值，該方法能夠更好的反映專家項目工程的偏好、決策和服務(wù)。DMU決策單元的每一列作為輸出，由此可實現(xiàn)單個指標DMU輸出替代權(quán)重運算的問題，DEA模型C2R輸入為1時的模型如下：

表2 DEMU模型決策單元

2.4 模糊矩陣及綜合評價

目前，水庫主、副壩壩體穩(wěn)定，水工建筑、機電設(shè)備維護到位，通訊設(shè)施完備可靠，大壩安全監(jiān)測設(shè)施完善且道路交通暢通，應(yīng)急物資儲備充足，各項規(guī)章制度齊全并落實到位，大壩整體處于完整的可運行狀態(tài)，能夠滿足本年度度汛要求。水庫出庫流量由烏魯瓦提專用水文站報送，目前運行良好；托滿水文站位于烏魯瓦提水庫上游63km處，洪水傳播歷時(以500m3/s計算)約為6h，可以為洪水調(diào)度提供時間，喀拉喀什河托滿水文(專用)站自2009年至2010至改為駐汛站，5-8月觀測，該站從2015年購置使用了先進的雷達水位計，通過北斗衛(wèi)星傳輸信息，最高可以達到每6min發(fā)送1次采集的水位信息數(shù)據(jù)，為了避免儀器故障出現(xiàn)問題，保證達到水位數(shù)據(jù)不中斷，在原水位觀測斷面安裝了2套該設(shè)備；建立了大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)以及水情自動化系統(tǒng)，目前各統(tǒng)軟件運行良好，硬件設(shè)備運行正常，能正常發(fā)揮預(yù)報預(yù)警功能。同時配備了固定電話、對講機、手機以及衛(wèi)星電話等多種途徑的通信手段，為大壩安全度汛提供可靠通信保障[5-7]。

文章根據(jù)綜合評價隸屬度和指標權(quán)重運算結(jié)果，按照算子M(·,+)、M(·,?)、M(·,∨)、M(∧,?)中的M(·,∨)確定模糊評價矩陣，然后對指標綜合評價分值利用加權(quán)求和法確定。

3 大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程評價

3.1 指標權(quán)重及隸屬度

采用專家評判法量化處理定性指標，結(jié)合大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程實際情況和專家意見將評價等級分為較差、差、中等、較好、好5個等級，所對應(yīng)的分界值依次為20、40、60、80、100分，安全監(jiān)測監(jiān)控工程各因子評分如表1。將綜合評價體系中各項指標權(quán)重利用以上方法求解，結(jié)果如表3。

表3 評價因子權(quán)重值

3.2 準則層隸屬度

依據(jù)各評價因子權(quán)重及其相應(yīng)的賦分值，利用文中所述相關(guān)公式獲取準則層各因子賦分值，其中B1、B2、B3、B4、B5指標賦分為82、86、88、82、60分，具體計算過程如下：

3.3 綜合評價

總體目標覆蓋工程建設(shè)檔案管理、項目實施、建設(shè)管理、投資執(zhí)行和前期工作5個方面，對烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程完成情況運用評價模型分析。依據(jù)各項評價因子賦分值和準則層各因子權(quán)重最終確定綜合賦分為86分，按照差、較差、中等、較好、好5個等級賦分界限20、40、60、80、100分，可認為該工程達到較好等級，詳細計算結(jié)果如下：

從以上結(jié)果可以看出，烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程綜合賦分為85分，達到較好等級，除檔案管理子系統(tǒng)為中等外其它各指標均達到較好水平。該項目竣工驗收報告評價結(jié)果為優(yōu)良，可見工程建設(shè)實際情況與評價結(jié)果保持較高的一致性，所構(gòu)建的評價體系和模型具有較強的可行性與有效性。另外，考慮到各評價因素之間內(nèi)在的復(fù)雜關(guān)系和人為因素、專家意見的主觀不確定性，未來仍需要進一步完善和修正評價體系，逐漸提升評價體系的普遍適用性和科學(xué)合理性[8-9]。

文章結(jié)合工程運行實際情況和評價結(jié)果，在監(jiān)測監(jiān)控過程中采取的運行與保養(yǎng)措施為：①烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)工作環(huán)境潮濕惡劣，監(jiān)測內(nèi)容齊全且采集設(shè)備繁多，為延長設(shè)備服役壽命及確保儀器工作狀態(tài)完好，實施修養(yǎng)并重、加強管理措施；②水庫大壩安全自動化監(jiān)測不僅要求從業(yè)人員具備精密儀器、電子元件、計算機等操作技能和相關(guān)知識，而且還要掌握水利工程有關(guān)理論，從復(fù)雜的系統(tǒng)工程和監(jiān)測數(shù)據(jù)中準確判定結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)；③升級改造工程應(yīng)考慮原設(shè)計技術(shù)指標和工況條件，從而為引入成熟、先進的監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)方法提供依據(jù)。

4 結(jié) 論

文章以烏魯瓦提水利樞紐為例，從檔案管理、建設(shè)管理、項目實施、前期工作和投資執(zhí)行5個方面構(gòu)建大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程綜合評價體系，然后將DEA數(shù)據(jù)包絡(luò)法和AHP層次分析法相耦合建立評價模型，綜合評價該工程的建設(shè)狀況，得出的主要結(jié)論如下：

1) 烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監(jiān)測監(jiān)控工程綜合賦分為85分，達到較好等級，除檔案管理子系統(tǒng)為中等外外其它各指標均達到較好水平。該項目竣工驗收報告評價結(jié)果為優(yōu)良，可見工程建設(shè)實際情況與評價結(jié)果保持較高的一致性，所構(gòu)建的評價體系和模型具有較強的可行性與有效性。

2) 為延長設(shè)備服役壽命以及確保儀器工作狀態(tài)完好，結(jié)合工程運行情況和評價結(jié)果提出要實施修養(yǎng)并重、加強管理措施；同時，從業(yè)人員要具備相應(yīng)的操作技能和專業(yè)知識，能夠從復(fù)雜的系統(tǒng)工程和監(jiān)測數(shù)據(jù)中準確判定結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)；綜合考慮原設(shè)計指標和運行工況，為引入成熟、先進的技術(shù)與設(shè)備提供支撐。