基于改進(jìn)層次分析法的卡基娃電站面板堆石壩料場優(yōu)化前后的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

蔡小輝 張 瀚 伍儀保

（1.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣東 深圳 510800；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院 四川 成都 610065）

卡基娃水電站是木里河流域“一庫六級(jí)”開發(fā)方案中的“龍頭水庫”工程?？裳须A段設(shè)計(jì)方推薦普爾料場I區(qū)作為大壩填筑料主料場，普爾料場Ⅱ區(qū)為輔助料場，人工骨料料源采用普爾料場II區(qū)，料場的改址將會(huì)帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，本文通過改進(jìn)層次分析法，通過大量專家的調(diào)查，得出料場優(yōu)化前后的風(fēng)險(xiǎn)排序，從而指導(dǎo)決策人員進(jìn)行做出正確的判斷以及得到最合理的經(jīng)濟(jì)評價(jià)。

1 卡基娃面板堆石壩的工程概況

1.1 工程概況

卡基娃電站水庫正常蓄水位為2850.00m，相應(yīng)庫容3.583億m3；死水位2800.00m，相應(yīng)死庫容 0.777億 m3；校核洪水位2852.20m，相應(yīng)總庫容3.745億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。電站采用混合開發(fā)方式，攔河大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高171m，引水隧洞長約6.36km，電站裝機(jī)容量440MW。大壩自上游至下游依次為棄渣壓重區(qū)、粘土鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、大塊石護(hù)坡、下游壓重區(qū)。墊層料區(qū)水平厚度4m，過渡料區(qū)自上而下水平厚度由6m漸變至11m。

1.2 料源

卡基娃電站面板堆石壩的料源包括普爾料場和則窩料場。普爾料場位于壩址下游普爾村一帶，運(yùn)距約4km。該料場右岸沿河現(xiàn)有機(jī)耕道通過，擬拓寬改建，約2900m高程有梯級(jí)電站對外交通公路通過。左岸有木里河相隔，若開采則須架設(shè)橋梁。把普爾料場分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū),有用層總儲(chǔ)量為1380萬m3，滿足兩倍需求量要求，無用層儲(chǔ)量407萬m3，采剝比3.39∶1。則窩料場位于大壩上游木里河右岸通鄉(xiāng)公路以上則窩和牙洛村之間，距大壩3km左右。料場范圍大致北部、南部以較大的沖溝為界，西部（料場后緣）高程達(dá)3200m左右，東部以通鄉(xiāng)公路（高程2900m左右）為界，總體呈葫蘆形，最大寬度530m，長度815m，料場面積27.4萬m2。通過研究則窩料場的骨料得知?jiǎng)t窩料場人工骨料巖石飽和抗壓強(qiáng)度最大值為85.9MPa，最小值為 54.0MPa，平均值為72.1MPa，均滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）大于40MPa的要求。

表1 優(yōu)化前壩料開采與運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)排序表

表2 料場優(yōu)化后的壩料開采與運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)排序表

則窩料場人工骨料巖石的凍融損失率均小于1%，滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）的要求。

則窩料場人工骨料巖石的三氧化硫百分含量均小于0.5%，滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）的要求。

1.3 施工總布置

本工程采用混合式開發(fā)，引水發(fā)電系統(tǒng)布置于木里河右岸，壩址至廠房公路里程約10km。壩址位于唐央鄉(xiāng)則窩溝下游約300m處，壩址區(qū)呈深切略微不對稱“V”型峽谷地貌，峽谷系數(shù)(寬高比)約1.8，左岸壩址下游分布有卡基娃滑坡。工程區(qū)域內(nèi)可供施工布置的場地較少，僅零星分布的河灘地、一級(jí)階地等少量緩坡地帶，施工戰(zhàn)線長，施工總布置難度較大，選擇余地較小。

2 卡基娃電站面板堆石壩料場優(yōu)化[5]前后風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

綜合考慮料場地質(zhì)，規(guī)劃開采量，儲(chǔ)量，地理位置等因素,在大量查閱資料和調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過與從事工程施工多年的技術(shù)人員、施工員的多次訪談，按類確定壩料開采與運(yùn)輸在料場優(yōu)化前和優(yōu)化后的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系如圖1。

3 卡基娃電站壩料開采和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的改進(jìn)層次分析法

層次分析法[4][8]是指將一個(gè)復(fù)雜得多目標(biāo)決策問題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法求解層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。本文提出的改進(jìn)層次分析法主要對權(quán)重的獲取模式進(jìn)行優(yōu)化。層次分析法中最常用的構(gòu)建判斷矩陣以求解權(quán)重的模式，因其判斷矩陣構(gòu)建較復(fù)雜，專家打分要求較高且容易出現(xiàn)不能通過一致性檢驗(yàn)等問題，因此，本次采用一種新方法——定性排序定量轉(zhuǎn)換法獲取各層指標(biāo)權(quán)重。定性排序定量轉(zhuǎn)換法是基于專家對評價(jià)指標(biāo)排序結(jié)果的一種權(quán)重計(jì)算方法。所謂定性排序是通過調(diào)查，將被調(diào)查的專家對方案比較中各技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)根據(jù)重要性進(jìn)行排序，然后再根據(jù)排序先后轉(zhuǎn)化為權(quán)重值大小，如式（1）。完成轉(zhuǎn)換后，即可按式（2）～（3）求解權(quán)重。

式中，I 為專家排序變量，I∈[1，2，3…，j，j+1]；S（I）為 I對應(yīng)的“認(rèn)識(shí)值”；j為實(shí)際最大的序號(hào)；j+1是設(shè)想的最末一個(gè)序號(hào)；m=j+2為轉(zhuǎn)換參數(shù)變量。

最后進(jìn)行層次總排序，如果設(shè)上層次因素為 A1，A2，……，Am，通過定性排序定量轉(zhuǎn)換法獲取其權(quán)重值分別為且同理，獲取下層次因素B1，B2，的單排序權(quán) 重分別 為，（b11，b21，……，bn1)，（b12，b22，……，bn2)，（b1m，b2m，……，bnm)且則下層次因素的總排序權(quán)值可按式（4）計(jì)算并滿足

4 卡基娃電站壩料開采與運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化前后綜合排序匯總表

通過上述改進(jìn)層次分析法，在專家打分的基礎(chǔ)上，先由(1)式將專家排序的結(jié)果進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換,再由（2）、（3）式計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，最后通過（4）式可以得出優(yōu)化前后各指標(biāo)綜合排序匯總表。

5 卡基娃電站面板堆石壩[7]料場優(yōu)化前后風(fēng)險(xiǎn)對比分析

根據(jù)以上風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果可知，可研階段大壩填筑料采用普爾料場I區(qū)和II區(qū)聯(lián)合供料的方案因受料場征地移民、運(yùn)輸線路規(guī)劃、規(guī)劃開采掌子面數(shù)量、路基及邊坡地質(zhì)條件等風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，特別是料場征地移民和9#公路地質(zhì)條件差處理難度大的風(fēng)險(xiǎn)難以避免，普爾料場方案實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)大，壩址附近的則窩料場的儲(chǔ)量和質(zhì)量均滿足要求。因此，可考慮用則窩料場替代普爾料場。

采用則窩料場單獨(dú)供應(yīng)全工程人工骨料和大壩填筑料方案，儲(chǔ)量和質(zhì)量滿足要求，料場開采條件較好，如采用分區(qū)開采，自上而下全線同步開采，規(guī)劃4～5個(gè)開采區(qū)。每區(qū)又可布置多個(gè)開采掌子面，棄料提前剝離。在大壩填筑前形成開采掌子面，開采強(qiáng)度基本可以滿足大壩填筑和人工骨料毛料需求。

則窩料場上壩運(yùn)距較普爾料場I區(qū)和II區(qū)分別遠(yuǎn)約1km和0.5km，棄料運(yùn)距較普爾料場I區(qū)遠(yuǎn)約2km，較II區(qū)近約1km，但普爾料場上壩及棄料基本為重車下行，預(yù)計(jì)棄料及上壩費(fèi)用綜合考慮相當(dāng)。

料場棄料量及邊坡處理本階段難以準(zhǔn)確計(jì)算，宏觀判斷則窩料場剝采比最低，棄料相對較少。則窩料場邊坡處理預(yù)計(jì)相對簡單，但支護(hù)設(shè)計(jì)需要根據(jù)開挖揭示地質(zhì)情況動(dòng)態(tài)進(jìn)行。預(yù)計(jì)棄料及邊坡處理費(fèi)用則窩料場相對較省。

但啟用則窩料場需要在紅線范圍內(nèi)新增征地，考慮該因素啟用則窩料場，所涉征地移民、填筑料和人工骨料毛料運(yùn)輸、料場邊坡支護(hù)總費(fèi)用預(yù)計(jì)比可研階段（普爾料場I區(qū)和II區(qū)聯(lián)合開采）大為減少。

6 結(jié)論

在分析卡基娃電站壩料開采和運(yùn)輸關(guān)鍵環(huán)節(jié)基礎(chǔ)之上，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，建立了壩料開采與運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)清單，并從管理層目標(biāo)角度出發(fā)，構(gòu)建了包括壩料開采與壩料運(yùn)輸2個(gè)指標(biāo)層和料場征地移民、規(guī)劃開采掌子面數(shù)量、運(yùn)輸線路規(guī)劃等16項(xiàng)因子層指標(biāo)的壩料開采與運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系。文中利用改進(jìn)層次分析法得出各風(fēng)險(xiǎn)的重要性排序，對該工程的決策者提供巨大的參考意義，節(jié)省工程投資，提高工程進(jìn)度。陜西水利

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