基于賦權(quán)方法計算的水閘安全評價指標體系

李浩田 趙金劍

摘 要：隨著我國建筑工程的發(fā)展，水利工程也逐漸得到重視。水閘是控制水位變化的關(guān)鍵建筑，但在使用過程中存在老化等問題，嚴重影響水利工程安全。因此，本研究基于賦權(quán)方法計算對水閘安全評價指標體系進行優(yōu)化設(shè)計，首先設(shè)計了水閘安全評價方案，其次基于賦權(quán)方法計算了指標權(quán)重，最后構(gòu)建了水閘安全評價原則，實現(xiàn)了水閘安全評價，進行實例分析。結(jié)果表明，設(shè)計的水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)較高，證明其評價效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價值，也為后續(xù)水閘安全評估提供了參考。

關(guān)鍵詞：賦權(quán)方法;水閘;安全

中圖分類號：TV698.2+2 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1003-5168（2022）6-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.024

Safety Evaluation Index System of Sluice Based on Weighting Method

LI Haotian ? ?ZHAO Jinjian

（Qingzhou Water Construction Engineering Construction Co.， Ltd.，Qingzhou 262500，China）

Abstract： With the development of Construction Engineering in China， water conservancy engineering has gradually received attention. Sluice is the key building to control the change of water level， but there are aging and other problems in the use process， which seriously affect the safety of water conservancy engineering. Therefore， it is urgent to optimize the design of sluice safety evaluation index system based on weighting method calculation. Firstly， the sluice safety evaluation scheme is designed， Secondly， the index weight is calculated based on the weighting method. Finally， the sluice safety evaluation principle is constructed， the sluice safety evaluation is realized， and the example analysis is carried out. The results show that the evaluation coefficient of the designed sluice safety evaluation index system is high， which proves that its evaluation effect is good， effective and has certain application value. It also provides a reference for the follow-up sluice safety evaluation.

Keywords：weighting method; sluice; safety

0 引言

水利工程是影響民生的關(guān)鍵工程，國家對水利工程一直比較重視，在水利工程泄水過程中，需要使用水閘不斷調(diào)整水位[1]，保證水利建筑的安全，因此，水閘是影響水利工程安全的關(guān)鍵建筑物。研究表明，目前我國的大多數(shù)水閘建設(shè)時間較久遠，或多或少都存在老化問題，增加了水閘的使用風險[2]，也無法保證水利工程安全，因此急需設(shè)計符合水閘安全評價標準的評價指標體系，及時排除水閘的安全問題，提高水利工程的安全系數(shù)，降低水利安全事故發(fā)生的風險。

近幾年，國內(nèi)外學者分別就水閘可能存在的安全風險進行了研究[3]，部分學者發(fā)現(xiàn)，受水閘系統(tǒng)復(fù)雜度限制，影響水閘安全的因素較多，部分學者根據(jù)現(xiàn)有的指標設(shè)計了原始的水閘安全評價指標體系，但在實際應(yīng)用過程中往往出現(xiàn)了較大的評價誤差，無法滿足目前的水閘安全評價需求，基尼系數(shù)是一種綜合指標[4]，可以分配評價中的指標權(quán)重，避免分配不均對評價結(jié)果造成的影響，賦權(quán)方法是一種基于基尼系數(shù)的特殊賦權(quán)分配，能有效降低水閘安全評價中的權(quán)重分配誤差，因此本研究基于賦權(quán)方法設(shè)計了新的水閘安全評價指標體系，為保障水利工程安全提供參考。

1 基于賦權(quán)方法的水閘安全評價指標體系設(shè)計

1.1 設(shè)計水閘安全評價方案

水閘安全評價方案是水閘安全評價指標體系構(gòu)建的基礎(chǔ)，因此，可以根據(jù)不同水閘的實際使用情況，進行安全檢測、安全評估[5]，設(shè)計有效的水閘安全評價方案，水閘的評價因素較多，因此，繪制了水閘安全評價影響因素分類示意圖，如圖1所示。

由圖1可知，水閘安全評價影響因素可以根據(jù)實際水利工程條件界定，因此在制定水閘安全評價方案之前要先進行水閘安全檢測[6]。

影響水閘安全的病害成因較多，可以在水閘安全評價方案中對其進行概況，可以分為規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、自然、管理等幾個不同的方面。本研究設(shè)計的方案從穩(wěn)定性、耐久性出發(fā)，闡述了水閘安全病害成因。一是水閘的實際防洪能力較差;二是水閘的抗?jié)B穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性不足;三是水閘的閘室出現(xiàn)不同程度的傾斜;四是承載水閘的地基承載力較差;五是水閘的結(jié)構(gòu)存在破損。結(jié)合上述水閘安全病害成因，本研究結(jié)合《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL 214—98）制定了水閘安全評價方案。

1.2 基于賦權(quán)方法計算指標權(quán)重

傳統(tǒng)的水閘安全評價指標體系往往使用簡單的對照比較法計算水閘安全評價指標權(quán)重，這往往會導致較大的安全評價誤差[4]，賦權(quán)方法可以將影響水閘安全的各類型評價因素進行擬合，重新分配各個因素的權(quán)重，從而實現(xiàn)精準化評價，但在實際使用過程中，僅僅使用賦權(quán)方法計算指標權(quán)重還會存在一定的決策性問題，因此可以將其與AHP結(jié)合，共同計算水閘安全評價指標權(quán)重CR，設(shè)計的計算公式如式（1）所示。

[CR=CIRI] ? ? ? （1）

式（1）中，[CI]代表矩陣隨機比率，[RI]代表矩陣一次性指標，本文設(shè)計的評價指標體系可以使用該指標權(quán)重進行評價。

在開始進行權(quán)重劃分時，需要將決策問題中可能包含的屬性元素進行分解。本研究設(shè)計的指標將其分為三個不同的層次[7]：第一個層次是最高層，該層次中有一個元素，與決策最終結(jié)果呈正相關(guān);第二個層次是準則層，該層次往往還可以繼續(xù)劃分，該層次也是決策的中間環(huán)節(jié);最后一個層次是最底層，該層次往往不能再進行分解，也是層次結(jié)構(gòu)中的最小元素。

將層次劃分結(jié)果與需要評價的元素進行比較，構(gòu)造初級判斷矩陣，為了避免過多因素對指標體系評價造成影響，需要逐一計算各個指標的影響程度[8]，設(shè)置指標數(shù)字標度。根據(jù)數(shù)字標度的含義，計算評價因素的特征值，判斷特征向量之間的關(guān)系，再使用式（1）進行一致性檢驗，從而得到準確的安全指標權(quán)重。

1.3 構(gòu)建水閘安全評價原則

根據(jù)上文計算出的水閘安全評價指標權(quán)重，可以構(gòu)建水閘安全評價準則，為了保證水閘安全評價效果，本研究設(shè)計的水閘安全評價指標體系需要遵循以下原則。

1.3.1 評價完備性原則。設(shè)計的評價指標體系必須存在較大的覆蓋性，即其在各種各樣的水利工程中都能有效進行評價。

1.3.2 評價層次性原則。由于影響水閘安全的因素較多，需要將復(fù)雜的影響因素逐一分解為多個不同的層次，降低評價難度，還可以根據(jù)實際評價情況設(shè)計層次分析系統(tǒng)，保證水閘安全評價的全面性。

1.3.3 科學性原則。評價的效果受科學性指標影響，因此選取的指標必須以科學性為基礎(chǔ)，且必須是具有含義的真實指標，具有特定的描述性特征。

1.3.4 簡明性原則。影響水閘的安全影響因素過多，如果每個因素都進行評價會嚴重降低評價效率，對實際評價不利，因此需要以簡明性為原則，僅僅選取具有代表性的指標即可。

1.3.5 相關(guān)性原則。即選取的評價指標之間必須有一定的聯(lián)系，進一步保證指標評價的綜合效果。

1.3.6 相對獨立原則。各個指標在存在一定聯(lián)系的同時務(wù)必相對獨立，不受其他特征影響，增加評價指標的度量性。

1.3.7 定性定量結(jié)合原則。選取的定量指標必須可以使用相關(guān)的公式計算出或?qū)嶋H測量出，增加評價的合理性和準確性。

1.4 實現(xiàn)水閘安全評價

實現(xiàn)水閘安全評價還需要構(gòu)建綜合評價細則，本研究設(shè)計的安全評價指標主要將傳統(tǒng)的層次分析法進行改進，提高其在決策分析時的準確程度?？梢越Y(jié)合上述計算的安全評價指標權(quán)重構(gòu)建模糊一致性矩陣，添加改進的標度，進一步進行判斷。本研究主要使用0.1～0.9標度法進行綜合評價，其具體含義如下：標度為0.1時證明指標1明顯沒有指標2重要，標度為0.3時證明指標1沒有指標2重要，標度為0.5時證明指標1與指標2一樣重要，標度為0.7時證明指標1比指標2重要，標度為0.9時證明指標1明顯比指標2重要，在使用上述標度進行比較時，可以有效地進行決策判斷，降低評價難度。利用0.1～0.9標度法綜合評價后，可以結(jié)合水閘安全鑒定標準進行水閘安全標準調(diào)查，繪制指標層次結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建安全指標比較表格，并設(shè)計判斷矩陣，求解出判斷矩陣的平均值后需要使用標準變換公式對其進行變換，形成模糊一致性矩陣，通過該矩陣可以準確地判斷安全評價指標之間的關(guān)系實現(xiàn)水閘安全評價。

2 實例分析

2.1 概況及準備

為了研究設(shè)計的水閘安全評價指標體系的評價效果，筆者以X水利工程為例，進行實例分析，X水利工程位于某城市的主河道干流中，構(gòu)建于1995年，每5年進行一次改造，在2000年設(shè)置了水閘操控臺，降低水閘控制難度，該水閘的標準流量為1 159 m3/s，上游設(shè)計水位為4.10 m，下游設(shè)計水位為3.95 m，該水閘共有10孔，其中包含8個中孔及2個邊孔，中孔的寬度約為9 m，邊孔的寬度約為15 m，水閘高約為7.5 m，閘門頂部高度約為3.5 m，該水閘的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為灌注樁，設(shè)置了浮筏式底板，閘門使用液壓栓塞開關(guān)，型號為2×250，閘門的閘室由混凝土組成，部分水工結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

由表1可知，該水閘存在區(qū)域沉降問題，閘門高度也不合格，經(jīng)過檢測可知橋梁底部存在滲漏通道，水閘的中孔強度不足，閘門銹蝕指標偏高，無法滿足運行需求，對該水閘進行綜合分析，測試規(guī)定時間內(nèi)的河床斷面狀態(tài)，判斷水閘的標準指標。

根據(jù)X水利工程中的水閘現(xiàn)狀，進行安全描述，使用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣，以水閘安全影響指標為例構(gòu)建安全判斷表格，如表2所示。

由表2可知，此時的安全判斷表格能有效反映水閘安全評價指標中的判斷系數(shù)，可以根據(jù)該表格設(shè)計水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)計算式，如式（2）所示。

[G=E2C] ? ? ? ?（2）

式（2）中，E為判斷系數(shù)，C為水閘安全評價權(quán)重，水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)數(shù)值越高證明評價指標的評價效果越好。

2.2 應(yīng)用效果與討論

根據(jù)X水利工程的水閘概況，分別使用本文設(shè)計的水閘安全評價指標體系和傳統(tǒng)的水閘安全評價指標體系進行評價，使用公式（1）分別計算兩個評價指標體系的評價系數(shù)，計算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，設(shè)計的水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)均在0.9左右，而傳統(tǒng)的水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)普遍低于0.7，因此設(shè)計的水閘安全評價指標體系的評價效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

綜上所述，水利工程是影響民生的基礎(chǔ)性工程，但我國大多數(shù)水利工程的建成年份較早，水閘普遍出現(xiàn)了老化腐蝕問題，嚴重影響水利工程安全，因此本研究基于賦權(quán)方法設(shè)計了新的水閘安全評價指標體系來保證水閘的使用安全，并進行了實例分析。結(jié)果表明，設(shè)計的水閘安全評價指標體系的評價系數(shù)較高，評價效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)水利工程安全評價的參考。

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