模糊層次綜合評價法在渡槽安全評價中的應用

劉濤

摘要：目前我國未有詳細的關于渠系建筑物的安全評價導則，本文參考《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2000）將渡槽安全類別分為四類。本文將層次分析法和模糊數學理論結合起來，先采用層次分析法確定渡槽各影響因素在安全評價中所占的權重，再采用模糊綜合評價法進行評價，綜合判斷渡槽的安全類別，具體工程實例采用該方法的評價結果與該渡槽安全評價單位所得出的結論一致，該方法簡單、實用、評價結果可信，具有一定的工程應用價值。

關鍵字：渡槽安全評價 層次分析法 模糊數學法

中圖分類號： X932 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2015）01（c）0000-00

1 前言

灌區渠系建筑物的建設有利于農田的灌溉、農業的發展，渡槽屬渠系建筑物中的一種，主要為渠道與山谷、道路等相交時所修建的建筑物，可對整個灌區的正常運轉起著重要作用。水利工程的建設需要消耗大量的人力物力，因此應盡可能的延長其使用壽命，方可符合可持續發展戰略，而在對其維修、加固前，必須經過全面的安全評價。目前我國未有詳細的關于渠系建筑物的安全評價導則，本文參照《水庫大壩安全評價導則》（SL258-2000）將渡槽安全類別分為四類，分別為一類（正常）、二類（基本正常）、三類（不正常）、四類（危險）。

模糊層次綜合評價法[1]是將層次分析法和模糊數學理論結合起來，使用層次分析法先確定各指標的權重，再采用模糊綜合評價法進行綜合評定。該方法可在渡槽安全評價中得到運用。

2 模糊層次綜合評價法基本原理

2.1構建渡槽安全評定層次結果關系

影響渡槽安全的因素有很多，如渡槽的水力、結構、地基條件，運行管理情況等，它們之間互相作用、互相聯系、相互影響，筆者據此構建層次結構模型：目標層P、以及指標準則層E、二級指標層U、三級指標層K。

2.2利用層次分析法確定各指標權重

（1）按照層次結構圖，采用1～9標度法[2]，在同層元素中進行兩兩比較，建立判斷矩陣，以確立各元素的權重。

表2-1 1～9標度的含義

標度 含義

1 元素Ⅰ與元素Ⅱ同等重要

3 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，稍微重要

5 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，明顯重要

7 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，強烈重要

9 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，極端重要

2、4、6、8 介于上列重要度之間

（2）按照公式（1）確定同一層各元素對于上層某元素的相對重要度的排序權值。

（1）

式中： 為所求的權重值，nb為某一判斷準則的影響元素數量； 為判斷矩陣中的元素值，表示元素Ⅰ相對于Ⅱ的重要性。

（3）進行判斷矩陣的一次性檢驗：計算判斷矩陣的一致性指標以得到其偏離一致性的程度。一致性指標C.I.采用公式（2）計算，所得出的值越小，判斷矩陣一致性越好。

（2）

按上述步驟所得的層次結構模型及各元素權重值見表2.1所示。

表2.1 渡槽安全鑒定層次結構模型及各元素權重值

目標層P 準則層E 權重 二級指標U 權重 三級指標K 權重

渡槽安全評價 水力條件評價E1 0.09 流速 0.1220 進口流速 0.5000

出口流速 0.5000

過流量 0.3196 1.0000

槽身超高 0.5584 1.0000

運行管理評價E2 0.08 渡槽觀測 0.1494 1.0000

渡槽維修 0.4742 1.0000

渡槽管理 0.3764 1.0000

結構變形評價E3 0.26 槽身 0.1618 跨中撓度 1.0000

拱架、橫墻或支墩 0.7510 頂部水平位移 1.0000

漸變段 0.0872 進口 0.5000

出口 0.5000

結構破損、滲漏評價E4 0.32 槽身 0.3329 表面破損 0.1109

鋼筋外漏、銹蝕 0.4176

裂縫與漏水 0.4715

拱架、橫墻或支墩 0.3133 表面破損 0.1109

鋼筋外漏、銹蝕 0.4176

裂縫與漏水 0.4715

止水材料 0.3538 1.0000

基礎評價E5 0.25 基礎 0.4000 1.0000

地基 0.6000 1.0000

2.3模糊綜合評價

（1）確定隸屬函數

本文研究的隸屬函數采用半梯形分布函數來確定指標的隸屬度，見公式（3-5）。

（3）

（4）

（5）

式中： 表示某一指標的標準值， 表示該指標的實際值（對于不能定量表示的定性指標，采用工程經驗和專家打分相結合的方法評定）， 表示該指標的隸屬度。

（2）模糊綜合評價

將已有元素量化的數據代入上述隸屬度函數中，可得到模糊關系矩陣R。運用模糊數學中的模糊運算B=W·R進行模糊綜合評價，其中W為權向量，B為評價向量。計算式從最底層開始，逐層向上綜合，最終得到最頂層的評價值向量B=（b1，b2，…，bn），B需滿足歸一化條件。最后根據總體評價值，通過最大隸屬度法確定渡槽評價的總體結論[3]。

3某渡槽模糊綜合評價實例

某渡槽建設于1977年6月，設計流量2.64m3/s，加大流量3.30m3/s，全長175.36m，其進口漸變段長14.78m，槽身段長141.40m，出口漸變段長19.18m。渡槽為空腹型雙曲拱結構，槽型為有拉桿矩形槽，槽內凈寬2.00m，高1.65m，鋼筋混凝土槽身，主拱共5跨，單跨23m，腹拱44跨，單跨1.8m，基礎采用混凝土擴大基礎。

現場調查發現該渡槽槽身、進出口漸變段、主拱、腹拱裂縫較大，止水材料老化，滲漏嚴重，側墻混凝土局部缺失，鋼筋外漏銹蝕嚴重，混凝土強度滿足規范最低要求，碳化深度未能達到鋼筋保護層厚度。經計算當采用設計流量時，流速及渡槽超高滿足規范要求，采用加大流量計算時，流速及超高不滿足規范要求。為了確保渡槽的安全運行，充分發揮灌溉效益，急需對其進行安全評價及除險加固。

3.1建立模糊矩陣

將各指標的實測值與標準值代入隸屬度函數中得到該渡槽安全評價的模糊矩陣為：

。

按照公式B=W·R從最底層開始，逐層向上進行模糊評價，經計算， ，滿足歸一化條件，最大隸屬度為0.4996，按照最大隸屬度原則，該渡槽處于不正常狀態，需要對其進行除險加固。

4結論

該渡槽基于本文方法得出的評價結論與安全評價單位作出的“三類”（不正常狀態）評價一致，說明模糊層次綜合評價法的評價結果是可信的，該方法可區別各種因素對渡槽安全的影響，和目前通用的評價方法相比，能作出更加直觀、準確的定量化評價，方便實用，值得推廣。

參考文獻：

[1]楊建斌，張慧.大型水利項目風險模糊層次綜合評價方法研究.人民長江，2007，38（6）：148-150.

[2]李曉璐，李春霜，李德玉，等.基于多層次模糊分析法的大壩安全評價研究[J].人民長江，2010，41（17）：92-95

[3]相楊.灌區渠系建筑物安全鑒定方法研究.華北水利水電學院碩士學位論文，2011-05.