大壩安全評(píng)估云模型應(yīng)用探析

譚志英

(山東省臨沂市莒南縣石泉湖水庫(kù)管理所， 山東 莒南　276600)

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大壩安全評(píng)估云模型應(yīng)用探析

譚志英

(山東省臨沂市莒南縣石泉湖水庫(kù)管理所， 山東 莒南276600)

為客觀評(píng)估大壩安全運(yùn)行特征，本文在結(jié)合博弈論原理與云模型的基礎(chǔ)上，建立大壩安全評(píng)估體系，探索構(gòu)建大壩安全評(píng)估云模型。應(yīng)用實(shí)例表明，云模型在大壩安全評(píng)估中具有較強(qiáng)的適用性。該研究可為大壩安全評(píng)估提供決策依據(jù)。

博弈論； 云模型； 大壩安全； 綜合評(píng)估

1　引　言

對(duì)處于建設(shè)或竣工狀態(tài)的大壩工程實(shí)施壩體安全性綜合評(píng)估工作，已經(jīng)越來(lái)越受到重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段中國(guó)大壩大約30%都受到不同程度壩體病險(xiǎn)威脅。伴隨著科技的發(fā)展，PP法、ME-PP模型和模糊可拓評(píng)估模型等評(píng)估方法逐漸應(yīng)用于壩體安全評(píng)估，構(gòu)建了不同類(lèi)型壩體安全體系，有效提高了壩體的安全性能。但壩體安全的評(píng)估體系存在一定的隨機(jī)性和不確定性，易導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確，從而不利于大壩穩(wěn)定性評(píng)估[1]。鑒此，本文通過(guò)引入云模型理論，利用博弈論方法計(jì)算大壩安全評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，建立具有云模型特性的大壩安全評(píng)估體系，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全實(shí)施科學(xué)評(píng)估的目標(biāo)。

2　模型權(quán)重計(jì)算方法

2.1熵權(quán)法權(quán)重計(jì)算

(1)

2.2層次分析法權(quán)重計(jì)算

基于評(píng)估指標(biāo)合理的層次排序和建立判斷矩陣，確定各個(gè)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的方式，稱(chēng)為層次分析法[3]。

2.3博弈論法權(quán)重計(jì)算

2.4大壩安全評(píng)估體系的云模型理論

云模型具體正向發(fā)生器步驟圖

2.5建立基于博弈論的大壩安全評(píng)估云模型

(2)

(3)

qj——在第j個(gè)評(píng)估等級(jí)下，其隸屬度的評(píng)估結(jié)果。

最后，依據(jù)最大隸屬度的原則確定云模型的最終評(píng)估結(jié)果。

3　模型應(yīng)用實(shí)例

3.1工程概況

瀑布溝水電站作為大渡河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的重要控制性工程，水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位為850.00m，水庫(kù)總庫(kù)容近54×108m3，壩體高最大值為185m。水電站的樞紐建筑物包含地下廠房系統(tǒng)、引水工程、岸邊溢洪道與泄洪洞以及土石壩共同組建而成。另外，水電站裝機(jī)容量、保證出力以及年平均發(fā)電量分別可達(dá)4000MW、92×104kW以及150kW·h。

3.2大壩安全評(píng)估體系

基于確保大壩系統(tǒng)安全運(yùn)行和工程進(jìn)度正常進(jìn)行的目標(biāo)，通過(guò)大壩施工期間布置的監(jiān)測(cè)儀器，獲得壩體的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，考慮水電站的相關(guān)地理特征，進(jìn)而確定壩體滲流、變形和環(huán)境影響的6個(gè)安全評(píng)估指標(biāo)，見(jiàn)表1。

根據(jù)表1，帷幕折減系數(shù)用Y3表示，其主要用于判定防滲帷幕在壩體中的防滲效果，進(jìn)而判斷壩體的揚(yáng)壓力是否在正常范圍內(nèi)。在一定范圍內(nèi)，水電站上游水位存在上下波動(dòng)，因此，其評(píng)估指標(biāo)Y7等于水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行水位減去水庫(kù)正常蓄水位。經(jīng)過(guò)查閱當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料可知，工程施工期間的年平均溫度在13～16℃，因此，其評(píng)估指標(biāo)Y5等于當(dāng)?shù)貙?shí)際氣溫減去14℃。另外，降雨影響具有一定的滯后效應(yīng)，因此，前期的降雨影響作用約為15d以?xún)?nèi)，Y6等于監(jiān)測(cè)日降雨量前期的均值。以上評(píng)估指標(biāo)范圍是根據(jù)工程對(duì)比以及征求專(zhuān)家組意見(jiàn)綜合評(píng)定。

表1　大壩安全評(píng)估指標(biāo)確定

注區(qū)間1、2、3、4、5分別為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間。

3.3模型計(jì)算結(jié)果

基于表1評(píng)估指標(biāo)體系，通過(guò)計(jì)算獲得評(píng)估指標(biāo)所對(duì)應(yīng)安全評(píng)估等級(jí)的正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)的矩陣，見(jiàn)表2。

表2　評(píng)估指標(biāo)的正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)

注區(qū)間1、2、3、4、5分別為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間。

基于表2各評(píng)估指標(biāo)在模型中的特征值，通過(guò)采用正向發(fā)生器計(jì)算獲得隸屬度矩陣Z。由于計(jì)算結(jié)果具有不確定性，為了使結(jié)果更加具有可靠性，重復(fù)以上計(jì)算60次，從而獲得準(zhǔn)確結(jié)果，見(jiàn)表3。基于表3結(jié)果，根據(jù)博弈論方法計(jì)算獲得各評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，再依據(jù)隸屬度最大的原則，計(jì)算獲得水電站評(píng)估結(jié)果，見(jiàn)表4。

表3　評(píng)估指標(biāo)的正態(tài)云標(biāo)準(zhǔn)

注區(qū)間1、2、3、4、5分別為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間。

表4　水電站評(píng)估結(jié)果

注區(qū)間1、2、3、4、5分別為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間。

由表4水電站評(píng)估結(jié)果可知，大壩工程的評(píng)估結(jié)果為低風(fēng)險(xiǎn)，其主要原因是該壩體結(jié)構(gòu)承受外部荷載和運(yùn)行的時(shí)間相對(duì)有限，建壩材料強(qiáng)度相對(duì)較高。另外，工程師根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格設(shè)計(jì)和施工，致使大壩安全性能相對(duì)較高。工程投產(chǎn)建設(shè)十年來(lái)，水電站發(fā)電量超過(guò)預(yù)期發(fā)電量，壩體變形、沉降都在工程合理范圍內(nèi)，鑒此，云模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際結(jié)果相符合。

4　結(jié)　論

本文充分考慮壩體評(píng)估過(guò)程存在的隨機(jī)性及模糊性特征，在綜合考慮克服主觀權(quán)重隨機(jī)性及削弱客觀權(quán)重片面性基礎(chǔ)上，引入基于博弈論以及云模型理論，充分發(fā)揮模型針對(duì)模糊及隨機(jī)問(wèn)題處理高效性特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)各評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重的推求，從而達(dá)到對(duì)大壩安全性進(jìn)行評(píng)估的目的。工程實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證模型的適用性及合理性。值得注意的是，大壩安全評(píng)估體系所涵蓋各評(píng)估指標(biāo)具有一定程度隨機(jī)性特征，因此采用云理論實(shí)施大壩安全評(píng)估時(shí)，應(yīng)綜合納入更多評(píng)估因子，從而有效提升模型評(píng)估精確性，拓展模型適用范圍。

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Discussion on dam safety evaluation cloud model application

TAN Zhiying

(ShandongLinyiJunanCountyShiquanhuReservoirManagementOffice,Junan276600,China)

Dam safety evaluation system is established, and construction of dam safety assessment cloud model is explored for construction on the basis of combining game theory principle and cloud model in order to objectively assess dam safety operation characteristics. Application examples show that cloud model has stronger applicability in dam safety evaluation. The study can provide decision-making basis for dam safety evaluation.

game theory; cloud model; dam safety; comprehensive evaluation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.013

TV698

A

1005-4774(2016)09- 0052- 04