基于層次分析法的沈陽渾北灌區閘門安全評價

岳 杰，孫菲菲

(1.沈陽市渾北灌區管理處，沈陽110035;2.沈陽農業大學水利學院，沈陽110866)

0 前言

沈陽市北部的渾北灌區始建于1914年，總干渠長26.2 km;干渠、分干渠各兩條，全長53.4 m;支渠85條，全長252 km;橋、涵、閘等渠系建筑物89座。目前負責于洪區8個鄉(鎮)、2個農場及新民市一個鄉的142 km2水田的輸配水工作，此外還承擔著沈城北半部的市內排水任務，同時還為市內幾條景觀河及各大公園提供環境用水。但是渾北灌區的渠系工程老化，建筑物普遍破損，95%的閘涵不同程度地漏水、跑水，部分渠道斷面小，比降不合理，一些建筑物阻水，大部分建筑物超期服役，尤其檔、泄水建筑物已無法正常開啟。這些突出的工程問題，不僅妨礙了農業生產的發展，也影響了灌溉期的節約用水，造成每年數百萬立方米的水量損失。因此，為了改善輸水條件，提高輸水能力，縮短灌水歷時，降低水量損失，需對損壞較嚴重的水閘進行修復，在修復之前需掌握其損壞程度，這需要對其進行安全評價。

我國在這方面也制定了相關規定，1998年制定了《水閘安全鑒定規定》(SL214—98)(以下簡稱《規定》)，2008年水利部頒布了《水閘安全鑒定管理辦法》(以下簡稱《辦法》)。根據《規定》及《辦法》中的相關規定以及相關規范，水閘安全評價要從現狀調查評價、水閘的現場安全監測評價和閘室、岸墻和翼墻的復核計算分析評價三大部分進行，水閘安全評價中既具有定量的因素，又具有定性的因素。本文首先建立閘門的評價指標體系，并運用層次分析法確定評價指標權重，請專家針對實例確定所屬評價指標分數，近而確定灌區水閘安全水平，為灌區水閘安全運行及管理提供可靠依據。

1 基于層次分析法的水閘評價方法

層次分析法(the Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)，是一種定性與定量分析相結合的多因素決策分析方法，它用有序的遞階層次結構來表示復雜問題，通過人們的判斷對決策方案的優劣進行排序［2-3］。

1.1 基本思路

1)建立遞階層次結構，即評價指標體系。即要把問題條理化、層次化，構造出一個具有層次關系的結構模型，見圖1。

圖1 水閘安全評價指標體系

2)對同一層次的各指標以上一層次的指標為準則進行兩兩比較，構造兩兩比較判斷矩陣。假定某一層指標以C為準則，所支配的下一層次的指標為D1、D、…、Dn，我們的目的是按它們對于準則C的相對重要性賦予 D1、D2、…、Dn相應的權重分值［3-5］。

1.2 水閘級別劃分

在《規定》中，將水閘安全類別評定為4個級別:一類閘、二類閘、三類閘和四類閘，一類閘指運用指標能達到設計標準，無影響正常運行的缺陷，按常規維修養護即可保證正常運行。二類閘指運用指標基本達到設計標準，工程存在一定損壞，經大修后，可達到正常運行。三類閘指運用指標達不到設計標準，工程存在嚴重損壞，經除險加固后，才能達到正常運行。四類閘為運用指標無法達到設計標準，工程存在嚴重安全問題，需降低標準運用或報廢重建。

運用層次分析法需要將等級標準進行量化，即如何用數字來表述水閘的安全級別，本文將水閘安全級別量化并列入表1中。

表1 安全級別量化表

表2 判斷矩陣B1-C11-15

1.3 構造判斷矩陣

根據圖1構造判斷矩陣，圖1所示的水閘安全評價指標體系分為3個層次，分別是:目標層、次目標層、指標層。先以次目標層B1為準則構建兩兩判斷矩陣，由專家組對B1下屬指標層中的C11、C12、C13、C14、C15作兩兩因素的重要性比較，見表2所示。

1.4 計算指標權重

本文采用層次分析法中的積法計算各指標權重，步驟如下:

1)將判斷矩陣B1的每一行元素相乘，得到Ai=，i= 1，2，3…，n 。即 Ai= (1/90，200，3/2，1/15，9/2)T。

2)計算各行乘積Ai的n次方根1，2，3…n。式中，n為矩陣階數即 n=5。因此，矩陣B1中=(0.4066，2.8854，1.0845，0.5818，1.3510)T

3)將向量［R1，R2，...，Rn］T歸一化，得W=i即為所求的各指標權重。則該矩陣的權重 為 Wi= (0.0644，0.4573，0.1719，0.0922，0.2142)T

1.5 一致性檢驗

根據上述計算過程，將各指標的權重列入表3。

表3 水閘綜合評價指標權重賦值

2 渾北灌區水閘安全評價

根據表1所示的評分標準，由評審專家組對灌區內3處病險水閘的各個指標進行打分見表4。

表4 各指標安全量化評價表

上表中是專家對該灌區各指標打分情況，其中觀測設施有效性檢測與抗震復核打分為零，因為該工程無觀測設施，并且根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，核定該工程所在地區地震動峰值加速度為0.0 5g，地震基本烈度為Ⅵ度，該工程建筑物級別為2級，設計烈度為Ⅵ度，無需進行地震復核計算。因此，對這兩項指標打分為零。

根據專家打分情況以及指標權重來進行綜合評價。綜合評價即將單一準則下的權重進行合成，假定第n-1層上的kn-1個元素對于總目標的排序權重向量W(n-1)，第n層上kn個元素對n-1層上所有元素排序權重向量P(n)，即各項二級指標的權重乘以其所屬一級指標權重即可得到他們的合成權重Hn為

將專家根據表3評分標準對各個評價指標進行的量化評價值qi代入下式中，計算震損水庫的綜合評分值T。

根據表3的評分標準，本次調查的3處水閘工程安全類別均為三類閘門，已影響正常運行，需要對其主要破損部位立即進行除險加固。

3 結論

在大型灌區管理中，經常遇到各類水工建筑物發生病險的情況，而在日程維護維修工作中，有重點的完成維修任務是灌區管理者的重要工作。以層次分析法為主的評判方法，將以往的評判標準落實到定量的評價指標體系上，有利于反應建筑物的病險特征及病險級別，有利于優化配置灌區維修資金，使灌區管理更具備科學性。今后灌區建筑物的安全管理，更需要包括水閘、涵洞、渠道、泵站在內的綜合評價指標體系，其各項所屬權重及綜合評判結果的確立對灌區管理及決策都有指導性意義。

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