大連市金普新區小型水庫運行管理評價

孫 濤

(大連金普新區農業農村發展服務中心，遼寧 大連 116199)

1 概 述

大連市地處黃渤海之濱，屬于遼東半島重要的旅游、港口、貿易、工業及經濟發展的副省級城市。境內大小河流200余條，黃海和渤海為大連地區的兩大水系，其中大沙河、清水河、莊河、英那河及碧流河等屬于注入黃河的較大河流；三十里堡河、李官村河及復州河等屬于注入渤海的較大河流。當前，已建各類水庫大壩500余座，為降低自然災害損失、減少水庫病險率、提升區域水資源利用效率和保障庫區下游安全，針對小型病險水庫政府部門開展實施了一系列的加固整治項目，大大提升了當地水庫安全狀況和運行管理能力[1-3]。

當前，水庫安全管理實行的定期安全鑒定制，每五年鑒定一次小型水庫運行狀況，并將水利工程運行分為“差”、“較好”、“好”3個等級。針對小型水庫運行的管理研究大多數為定性分析，通常給出模糊的“較好”評價愛，無法客觀、真實的體現水庫運行管理的薄弱環節及其存在的問題[4-6]。

鑒于此，結合層次分析法綜合分析、定量評價了小型水庫運行管理現狀，較為真實、全面的反映水庫安全管理現狀，研究成果可消除水庫安全隱患和水庫管理年終考評等提供科學依據。

2 層次分析法原理

20世紀70年代T.L.Saaty教授基于多目標網絡法提出了一種綜合考慮定性與定量因素的層次分析法，該方法通過量化待評價對象的影響因素構造多層次結構，其特點是能夠量化描述兩兩因素關于某一層次的相對重要程度，經數學運算確定各元素權重，其詳細步驟如下：

步驟一：關于待決策目標或評價對象構建一個包含指標層、準則層和目標層的梯階層次結構。

步驟二：兩兩比較相同層次中各要素的相對重要性，按照1-9標度準則建立判斷矩陣A=(aij)n×n，見表1。

表1 判斷矩陣A的標度準則

步驟三：評價指標關于相同層次的權重計算和一致性檢驗。依據專家意見和標度準則構造判斷矩陣A，求解特征根λmax及單位特征權向量ω=(ω1，ω2，…，ωn)。從數學的角度很容易證明A為正互反矩陣，采用數學方法可以確定某一正實數λmax。根據專家評分建立的判斷矩陣并不一定滿足科學合理性要求，因此有必要引入一致性比例CR衡量矩陣的一致性。其中，CR=CI/RI、CR=(λmax-n)/(n-1)，不同階數的矩陣RI值不同，按照表2確定。判斷矩陣A滿足一致性檢驗的判別準則為CR<0.10，符合該標準則認為權重計算科學合理，能夠用于水庫運行管理的評價；如果不符合以上要求則重新進行調整，直至滿足檢驗要求停止運算，確定梯階層次結構中的各項指標權重。

表2 平均隨機一致性RI檢驗指標值

步驟四：組合權重的確定。通過適當組合評價體系中各層次指標權重，確定關于目標層所有元素的最終權重，為保證權重計算的合理性一致性檢驗總體矩陣。

將影響小型水庫運行管理的各要素權重采用層次分析法推算，該方法能夠有效的避免評價結果受人為主觀因素的干擾。若水庫運行管理的客觀實際情況與主觀判斷存在偏差，則CR值的大小可體現這一差別，對判斷矩陣即時作出相應的調整。許多工程實踐和研究成果均已證明，在權重計算時AHP法具有較強的適用性與可靠性。

3 評價體系及模型

3.1 梯階層次結構體系

小型水庫運行管理評價覆蓋的范圍廣、因素多，不同水庫的運行狀況和水文條件存在較大差異，為全面掌握水庫運行的實際情況就要求從復雜的信息中提取有效的數據，構建的遞階層次結構體系應盡可能的體現水庫運行管理時存在的問題和現狀。文章遵循完備性、科學性、層次層和定量定性相結合等原則選擇評價因子，結合水庫大壩安全評價導則和安全鑒定辦法，從大壩安全監測、維修養護和運行管理3個方面構建多要素、多層次評價體系，見表3。

3.2 確定指標權重和評價值

對水庫運行管理遞階層次評價體系中各要素按照表1中的1-9標度法構造判斷矩陣，矩陣特征值及其一致性檢驗，見表7。值得一提的是，1960-1970年修建的大連市現有土石壩上水庫，其地基沉降已趨于穩定，所以對于大壩的安全監測，變形觀測對評價結果的貢獻率較小。

當前，尚未形成普遍適用、系統完善的運行管理等級劃分方法，文章依據相關文獻資料和水庫大壩安全鑒定辦法，將運行管理評價劃分為差、較好、好三個等級。為避免主觀隨意性對各指標評分的影響，將二級指標等級利用“黃金分割”原理確定，即水庫運行管理完善、較完善、較差的評分值依次為1、0.618、0.328，不同等級下各項指標的評分依據如表8。針對定性評判因子，若水庫運行管理評判屬于折中的，則取中間值作為評分。

表3 小型水庫運行管理遞階層次評價體系

表4 判斷矩陣A-B及其一致性

表5 判斷矩陣B1-C及其一致性

表6 判斷矩陣B2-C及其一致性

表7 判斷矩陣B3-C及其一致性

表8 小型水庫運行管理評判依據

3.3 運行管理評價模型

運用多要素、多層次數學法構建水庫運行管理評價模型，其表達式為：

(1)

式中：R——為綜合評價值；Ci、Ci、ωi為各評價因子的定量分值及其權重。

根據大連市小型水庫安全鑒定意見、水庫大壩安全評價導則，將運行管理等級劃分為差、較好、好3個等級，對應的評分值為R<0.5、0.5≤R<0.8、R≥0.8。

4 實例分析

4.1 水庫概況

1)葡萄溝水庫位于金石灘街道葡萄溝村、集雨面積0.95km2、河道比降45.63‰、河長1.26km、年均降水量600mm、防洪能力>200a；水庫特征：設計和正常水位分別為61.44m、60.50m，總庫容20.07萬m3；主壩為黏土心墻壩、最大壩高10.93m；溢洪道為寬淺式明渠、堰頂高程37.80m、最大泄量78.68m3/s；輸水洞為壩下埋管、斷面尺寸DN300mm；管理情況：管理人員2人，管理單位為金石灘街道葡萄溝村村民委員會；保護耕地53.3hm2，保護人口237人；現有水位觀測設施和固定電話、無雨量觀測設施，水庫道路交通可通行。

2)什字街水庫位于金普新區什字街村、集雨面積3.98km2、河道比降21.44‰、河長3.82km、年均降水量600mm、防洪能力>500a；水庫特征：總庫容195.96萬m3、正常蓄水位和設計洪水位分別為37.80m、39.22m；水庫為黏土心墻壩、最大壩高17.0m；溢洪道為寬頂堰、堰頂高程60.50m、最大泄量19.09m3/s；輸水洞為壩下埋管、斷面尺寸2×DN400mm；管理情況：管理人員3人，管理單位為金石灘街道；保護耕地106.6hm2，保護人口1316人；有水位觀測設施和通訊信號、無雨量觀測設施和固定電話，水庫道路交通可通行[7]。

3)宋北溝水庫位于金石灘街道滿家灘村、集雨面積0.84km2、河道比降42.53‰、河長1.07km、年均降水量600mm、防洪能力<10a；水庫特征：總庫容24.99萬m3、正常蓄水位和設計洪水位分別為47.10m、47.94m；主壩為黏土心墻壩、最大壩高12.55m；溢洪道為寬頂堰、堰頂高程47.1mm、最大泄量18.71m3/s；輸水洞為分級臥管、斷面尺寸DN250mm；管理情況：該水庫為集體管理，管理單位為滿家灘村村委員會；保護耕地93.3hm2，保護人口1134人；有水位觀測設施和通訊信號、無雨量觀測設施和固定電話，水庫道路交通可通行[8]。

4)新建水庫位于大李家街道新建村、集雨面積1.78km2、河道比降11.25‰、河長1.97km、年均降水量600mm、防洪能力>50a；水庫特征：總庫容25.43萬m3、正常蓄水位21.20m、設計洪水位22.12m；主壩為均質土壩、最大壩高6.5m；溢洪道為寬頂堰明渠、堰頂高程21.2mm、最大泄量19.41m3/s；輸水洞為壩下埋管、斷面尺寸DN300mm；管理情況：該水庫為集體管理，管理單位為滿新建村村村委員會；保護耕地306.6hm2，保護人口1540人；有水位觀測設施和通訊信號、無雨量觀測設施和固定電話，水庫道路交通可通行。

5)盤道水庫位于大李家街道盤道村、集雨面積0.95km2、河道比降55.09‰、河長1.41km、年均降水量600mm、防洪能力>500a；水庫特征：總庫容35.46萬m3、正常蓄水位64.39m、設計洪水位65.30m；主壩為黏土心墻壩、最大壩高15.0m；溢洪道為寬頂堰、堰頂高程64.39mm、最大泄量28.92m3/s；輸水洞為壩下埋管、斷面尺寸DN300mm；管理情況：該水庫為集體管理，管理單位為盤道村村村委員會；保護耕地132.0hm2，保護人口485人；有水位觀測設施和通訊信號、無雨量觀測設施和固定電話，水庫道路交通可通行。

6)太山水庫位于大李家街道太山村、集雨面積0.6km2、河長1.32km、河道平均比降70.98‰、多年平均降水量630mm、防洪能力10a；水庫特征：總庫容22.87萬m3、正常蓄水位61.82m、設計洪水位62.77m；主壩為均質壩、最大壩高13.3m；溢洪道為寬頂堰、堰頂高程61.82mm、最大泄量28.92m3/s；輸水洞為壩下埋管、斷面尺寸DN400mm；管理情況：該水庫為集體管理，管理單位為太山村村村委員會；保護耕地90.7hm2，保護人口1109人；有水位觀測設施和通訊信號、無雨量觀測設施和固定電話，水庫道路交通可通行。

各水庫除險加固工程的實施顯著提升了壩基、壩肩的防滲能力和上下游壩坡的穩定性，滿足水利設施過流能力要求、溢洪道泄流量設計要求及壩頂高程防洪要求，在很大程度上改善了水利設施管理水平和大壩安全監測能力，加固整治工程的實施取得了顯著的綜合效益[9-11]。

4.2 結果分析

以大連市金普新區的葡萄溝水庫、什字街水庫、宋北溝水庫、新建水庫、盤道水庫、太山水庫為例，對各水庫運行管理現狀運用層次分析法進行綜合分析，見表9。

表9 大連市金普新區小型水庫運行管理評價

根據表9可知，各水庫安全鑒定結果與層次分析綜合評價結果保持一致，通過評價分析能夠較為客觀、準確的揭示各水庫在監測、維修、運行等方面的實際情況。

5 結 論

系統、完善的評價體系為水庫運行管理評價的重要基礎，結合小型水庫工程特點和運行管理實際情況，從大壩安全監測、維修養護和運行管理3個方面構建多要素、多層次評價體系。為避免主觀判斷對指標評分的影響，對各評價指標等級采用“黃金分割”原理確定，依據各水庫實際情況確定各指標評分。

為解決傳統的水庫運行管理定性的籠統的分析問題構建了基于層次分析法的定量評價模型，然后以大連市金普新區6個小型水庫為例，驗證了模型的科學合理性。結果發現，水庫安全鑒定結果與層次分析綜合評價結果保持一致，依據綜合評分和各指標權重計算結果能夠準確、客觀的分析運行管理過程中存在的問題，為提高水庫管理水平和除險加固方案的設計奠定基礎。