淺談水閘工程安全評價的必要性及理論研究

李凱

（綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

淺談水閘工程安全評價的必要性及理論研究

李凱

（綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

水閘是水利工程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，然而，在各種不可抗因素的長期影響下，水閘開始出現(xiàn)各類病險問題，其自身功能無法正常發(fā)揮，人民的生命財產(chǎn)安全也將受到嚴重威脅。除險加固工作的首要任務(wù)是進行水閘工程的安全評價。因此，其相關(guān)評價工作的理論與技術(shù)是非常值得深入研究且具有廣闊實用前景的。

水閘；病險問題；安全評價

一、安全評價工作的必要性

我國大力推行水利工程建設(shè)，其中水閘工程分布十分廣泛。截至2013年底，據(jù)《全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》統(tǒng)計，我國已建成流量為5立方米每秒及以上的水閘98192座，包括大型水閘870座。其中，分洪閘7985座，排（退）水閘17509座，節(jié)制閘55758座，引水閘11106座，擋潮閘5834座。水閘影響著社會生活的方方面面，并且能夠有效保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全進行，是我國公共安全事業(yè)重要的公益性水利工程。

然而，水閘在各種自然因素，如荷載、水污染、滲透破壞、氣候、洪水和泥沙淤積等的長期作用下，其各部分構(gòu)件都發(fā)生老化甚至破損等情況，加之很多水閘都缺乏正常的管理維護工作，使得水閘的老化病害現(xiàn)象更加嚴重。病險問題的存在將導(dǎo)致水閘的使用功能得不到正常發(fā)揮，甚至?xí)蔀榉篮榈男母怪肌?/p>

根據(jù)全國水閘安全普查等工作不完全統(tǒng)計，我國水閘的病險比例高達三分之二，在對病險水閘的各類安全隱患調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，水閘的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嚴重破壞約占76％，閘門及其配套機電設(shè)備損壞以及老化失修占75％左右，閘下游消能防沖設(shè)施嚴重損壞占42％左右，滲流破壞或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)占32％左右，其他如通信設(shè)施和交通車輛不足、防滲鋪蓋、閘位布置不合理、防汛道路損壞、管理房屋失修、翼墻、堤岸護坡?lián)p壞以及缺少備用電源等大約占50％。因此，面對我國水閘工程如此嚴重的病險狀況，開展全國大規(guī)模的病險水閘的除險加固工作勢在必行。

水閘工程的病險狀況一直被國家所高度重視，在《水閘安全鑒定規(guī)定》、《水閘工程技術(shù)管理規(guī)程》、《中華人民共和國防洪法》、《中華人民共和國水法》和《水閘安全鑒定管理辦法》等法律、規(guī)范中都明確地指導(dǎo)和規(guī)范了病險水閘的除險加固工作。全國水利工作會議曾提出，病險水庫（其中包括大中型病險水閘）除險加固工程將作為“十大水利工程建設(shè)”的重中之重。因此，大中型病險水閘的除險加固工作必將是水利行業(yè)未來一段時間內(nèi)的重點工作。

二、安全評價理論研究

我國學(xué)者在水閘工程安全評價的理論方面取得了很多成果，研究主要是基于一些系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型再結(jié)合其他行業(yè)的先進方法，針對水閘工程進行安全評價。這些理論成果主要包括層次分析評判法、加權(quán)遞階評估法、模糊集合論評估法、灰色理論評估法、模糊綜合評判法以及物元可拓理論綜合評估法等。

（一）層次分析評判法（簡稱AHP法）。這種方法可以將復(fù)雜的目標問題分解為基本的單位元素，再將這些元素按照屬性進行分類，形成不同層次。應(yīng)用時，安全評價通常將單位元素分成三個層次，即混凝土構(gòu)件的安全性、適用性和耐久性，將待評定的各因素兩兩比較，并對其相對重要性進行排序，最終確定水閘的安全等級。這種評價法適用于水閘這類定性與定量兼具的多目標決策分析問題，并且在其他領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。但是，要素選擇的合理與否將直接影響AHP法進行決策的準確度。

（二）加權(quán)遞階評估法。該方法根據(jù)水閘失事和老化病害的實際情況確定評估指標，并在統(tǒng)計分析實際檢測資料和長期觀測成果的基礎(chǔ)上，利用專家的經(jīng)驗知識對評估指標進行量化。各評估指標的權(quán)重系數(shù)是由層次分析法確定，并對其進行一致性檢驗進而通過加權(quán)遞階運算分析得到待評價水閘老化狀態(tài)的評估結(jié)果。該研究操作簡便且具有一定的準確性，主要適用于中小型水閘，大中型水閘初步評估時，也可以使用。

（三）模糊集合論評估法。該方法將水閘分解成若干個部件，并且就每個部件的三大可靠性指標進行單因素評估，計算出部件老化的綜合隸屬度，最終得到整個水閘的老化級別。這種評估法以工程實際檢測資料為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)行的水利行業(yè)標準和規(guī)范對水閘的老化狀態(tài)進行評估，評估結(jié)果相比于層次分析法和加權(quán)遞階評估法更加準確。而且通過單個部件的老化評估進而完成整個水閘的老化評估，使得該方法應(yīng)用上操作簡便，并且指標因素比較全面，比較適用于大中型水閘的老化問題研究。

（四）灰色理論評估法。這種評估方法在評價指標體系的選擇上打破了以往基于可靠性作為標準的模式，選擇以水閘安全狀態(tài)為總目標，工程現(xiàn)狀調(diào)查、工程安全檢測和工程復(fù)核計算為子目標建立評價指標體系，能夠最大限度地與“水閘安全鑒定報告”相吻合。水閘工程常常由于管理不善、水下結(jié)構(gòu)檢測困難等原因造成信息不完全等現(xiàn)象，可以將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用于水閘工程的安全評價。評估時，在評價指標體系的基礎(chǔ)上建立白化函數(shù)得到白化值，再計算得到灰評價值，從而得到水閘的老化狀態(tài)的總評價值。該方法主要適用于大中型水閘的安全綜合評價。

（五）模糊綜合評判法。作為定性分析與定量分析綜合集成的常用方法，模糊評價法在工程中被廣泛應(yīng)用。其基本思路是：確定影響因素，建立水閘工程的評價指標體系，通過指標權(quán)重集和隸屬函數(shù)的確定，建立模糊評價矩陣，然后綜合分析計算得到最終評價報告。該方法的關(guān)鍵問題在于指標權(quán)重的確定，因此，賦權(quán)方法的選擇和改進研究將是模糊綜合評判法在水閘安全評價應(yīng)用方面的重點。

（六）物元可拓理論綜合評估法。在系統(tǒng)研究中，存在著大量的不相容問題，物元理論可以化不相容問題為相容問題，使問題得到合理解決。目前，物元可拓理論在物流、地表水環(huán)境以及土地整理等方面的應(yīng)用已經(jīng)取得較好的成果，而在水閘安全評價方面應(yīng)用卻較少。該方法在實際檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定各指標權(quán)重，然后建立經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元矩陣，通過綜合分析運算得到綜合關(guān)聯(lián)度值，進而得到水閘安全評價等級。已有研究驗證了該方法在水閘安全評價方面的可行性，但其指標體系的確定以及指標權(quán)重的確定方法均應(yīng)該進行深入的研究，使其成為一種適用性更強、更具科學(xué)性的評價方法。

三、結(jié)論

水閘工程的安全評價工作是除險加固工作的重中之重，但是目前國內(nèi)仍然沒有統(tǒng)一的評價標準以及一整套統(tǒng)一的水閘工程安全評價方面的理論系統(tǒng)。因此，研究一套簡單且通用的安全綜合評價系統(tǒng)，是今后水閘工程安全評價方面的重點內(nèi)容。

水閘安全性能的影響因素眾多，且涉及的指標眾多，決定了水閘工程的安全評價是一個多目標的復(fù)雜問題。物元可拓理論在水閘工程的評價方面應(yīng)用很少，但是在其他多目標復(fù)雜問題的安全評價方面應(yīng)用卻很廣泛，并且已經(jīng)取得了很好的成果，因此今后水閘工程的安全綜合評價可以引用物元可拓理論進行深入研究，驗證其在水閘安全評價方面的可行性。

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［責任編輯 鄭麗娟］

TV66

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2095-0438（2015）09-0155-02

2015-05-20

李凱（1987-），女，綏化學(xué)院農(nóng)業(yè)與水利工程學(xué)院助教，碩士，研究方向：水工建筑物健康檢測。

2014年綏化學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項目（K1401003）。