烏魯瓦提水利樞紐工程大壩安全監測監控工程綜合評價

徐 瑾

(新疆維吾爾自治區烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000)

1 工程概況

烏魯瓦提水庫壩址以上控制面積19983km2，控制全河徑流量97%，該工程位于喀拉喀什河中游，屬于一座集防洪發電、生態保護、農業灌溉等功能的大(2)型工程。喀拉喀什河發源于山勢陡峭險峻的昆侖山區，地處外力強烈沖擊和構造隆起的中高山地帶，工程地質以礫巖、粉砂巖、石膏巖、砂頁巖、砂礫巖、碳系灰巖、粉砂巖及砂礫為主。水利樞紐包括升壓變電站、開關樓、水電站廠房、發電引水洞、泄洪排沙洞、沖沙洞、大壩、溢洪道等建筑結構，總庫容3.336億m3，裝機容量60MW，年發電量1.97億kW·h，設計和校核洪水位為1962.65、1963.29m，正常蓄水位1962.00m。工程投入運行后可改善、擴大灌溉面積7.5萬hm2和4.6萬hm2，通過對水庫的調節每年平均向塔里木河供水10.57億m3。烏魯瓦提水庫工程顯著提升了下游河段的防洪能力和周邊地區的農業發展水平，有利于減輕洪水災害和維護和田河下游綠色廊道生態環境，對保障該地區的可持續發展和水資源合理發揮著重要的作用[1-3]。

為了提高水利樞紐綜合應用能力和大壩安全管理水平，實現大壩安全管理和運行自動化，針對儀器報廢、技術落后、設備老化的原監測監控系統的繞壩滲流、內部和外部監測部分進行升級改造，拆除已報廢且與該工程相關的混凝土結構、廢舊線纜、設備等，加強對信息網絡和測控的完善，建設數據采集、處理、傳輸系統和新建壩區視頻監控系統，實現安全自動化監測設備及配套土建的工程。大壩安全監測監控系統投運后狀況良好，為檢驗該工程是否滿足設計要求，從檔案管理、項目實施、建設管理、前期工作和投資執行5個方面綜合評價監測監控工程狀況[4]。

2 DEA-AHP評價模型

2.1 評價指標體系

根據相關研究成果和文獻資料構建包括指標層、準則層和目標層的綜合評價體系，其中準則層涉及檔案管理、建設管理、項目實施、前期工作和投資執行5個方面，將其進一步細分為22項指標。安全監測監控工程評價體系，見表1。

2.2 構造判斷矩陣

針對目標層識別出的準則層n項評價因子為c1、c2、…、cn，每兩要素ci與cj之間的相互影響程度利用aij表征，以此類推確定其它各項因子的相對重要性并構造判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij=1/aij、aii=1。在大壩安全監測監控工程評價過程中確定最優決策單元，即最優決策單元的最大值作為每個決策單元的輸入值，最大值為1。

2.3 DEA模型確定矩陣權重

運用DEA方法計算矩陣權重序列，即以線性規劃問題替代權重的計算，該方法應用較為廣泛且理論成熟。然而，因各決策單元從自身的角度獲取最有利的權重，從而使得不同DMU獲取的權重存在較大差異，各決策單元之間的可比性缺乏。鑒于此，設定輸入值全部為1的理想決策單元，DEMU模型決策單元，見表2，即大壩安全監測監控各決策單元最大值為輸出值，該方法能夠更好的反映專家項目工程的偏好、決策和服務。DMU決策單元的每一列作為輸出，由此可實現單個指標DMU輸出替代權重運算的問題，DEA模型C2R輸入為1時的模型如下：

表2 DEMU模型決策單元

2.4 模糊矩陣及綜合評價

目前，水庫主、副壩壩體穩定，水工建筑、機電設備維護到位，通訊設施完備可靠，大壩安全監測設施完善且道路交通暢通，應急物資儲備充足，各項規章制度齊全并落實到位，大壩整體處于完整的可運行狀態，能夠滿足本年度度汛要求。水庫出庫流量由烏魯瓦提專用水文站報送，目前運行良好；托滿水文站位于烏魯瓦提水庫上游63km處，洪水傳播歷時(以500m3/s計算)約為6h，可以為洪水調度提供時間，喀拉喀什河托滿水文(專用)站自2009年至2010至改為駐汛站，5-8月觀測，該站從2015年購置使用了先進的雷達水位計，通過北斗衛星傳輸信息，最高可以達到每6min發送1次采集的水位信息數據，為了避免儀器故障出現問題，保證達到水位數據不中斷，在原水位觀測斷面安裝了2套該設備；建立了大壩監測自動化系統、閘控系統以及水情自動化系統，目前各統軟件運行良好，硬件設備運行正常，能正常發揮預報預警功能。同時配備了固定電話、對講機、手機以及衛星電話等多種途徑的通信手段，為大壩安全度汛提供可靠通信保障[5-7]。

文章根據綜合評價隸屬度和指標權重運算結果，按照算子M(·,+)、M(·,?)、M(·,∨)、M(∧,?)中的M(·,∨)確定模糊評價矩陣，然后對指標綜合評價分值利用加權求和法確定。

3 大壩安全監測監控工程評價

3.1 指標權重及隸屬度

采用專家評判法量化處理定性指標，結合大壩安全監測監控工程實際情況和專家意見將評價等級分為較差、差、中等、較好、好5個等級，所對應的分界值依次為20、40、60、80、100分，安全監測監控工程各因子評分如表1。將綜合評價體系中各項指標權重利用以上方法求解，結果如表3。

表3 評價因子權重值

3.2 準則層隸屬度

依據各評價因子權重及其相應的賦分值，利用文中所述相關公式獲取準則層各因子賦分值，其中B1、B2、B3、B4、B5指標賦分為82、86、88、82、60分，具體計算過程如下：

3.3 綜合評價

總體目標覆蓋工程建設檔案管理、項目實施、建設管理、投資執行和前期工作5個方面，對烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監測監控工程完成情況運用評價模型分析。依據各項評價因子賦分值和準則層各因子權重最終確定綜合賦分為86分，按照差、較差、中等、較好、好5個等級賦分界限20、40、60、80、100分，可認為該工程達到較好等級，詳細計算結果如下：

從以上結果可以看出，烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監測監控工程綜合賦分為85分，達到較好等級，除檔案管理子系統為中等外其它各指標均達到較好水平。該項目竣工驗收報告評價結果為優良，可見工程建設實際情況與評價結果保持較高的一致性，所構建的評價體系和模型具有較強的可行性與有效性。另外，考慮到各評價因素之間內在的復雜關系和人為因素、專家意見的主觀不確定性，未來仍需要進一步完善和修正評價體系，逐漸提升評價體系的普遍適用性和科學合理性[8-9]。

文章結合工程運行實際情況和評價結果，在監測監控過程中采取的運行與保養措施為：①烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監測系統工作環境潮濕惡劣，監測內容齊全且采集設備繁多，為延長設備服役壽命及確保儀器工作狀態完好，實施修養并重、加強管理措施；②水庫大壩安全自動化監測不僅要求從業人員具備精密儀器、電子元件、計算機等操作技能和相關知識，而且還要掌握水利工程有關理論，從復雜的系統工程和監測數據中準確判定結構運行狀態；③升級改造工程應考慮原設計技術指標和工況條件，從而為引入成熟、先進的監測設備和技術方法提供依據。

4 結 論

文章以烏魯瓦提水利樞紐為例，從檔案管理、建設管理、項目實施、前期工作和投資執行5個方面構建大壩安全監測監控工程綜合評價體系，然后將DEA數據包絡法和AHP層次分析法相耦合建立評價模型，綜合評價該工程的建設狀況，得出的主要結論如下：

1) 烏魯瓦提水利樞紐大壩安全監測監控工程綜合賦分為85分，達到較好等級，除檔案管理子系統為中等外外其它各指標均達到較好水平。該項目竣工驗收報告評價結果為優良，可見工程建設實際情況與評價結果保持較高的一致性，所構建的評價體系和模型具有較強的可行性與有效性。

2) 為延長設備服役壽命以及確保儀器工作狀態完好，結合工程運行情況和評價結果提出要實施修養并重、加強管理措施；同時，從業人員要具備相應的操作技能和專業知識，能夠從復雜的系統工程和監測數據中準確判定結構運行狀態；綜合考慮原設計指標和運行工況，為引入成熟、先進的技術與設備提供支撐。