某水電站失效概率評價方法研究

張永強

（和田鼎晟工程試驗檢測有限公司，新疆 和田 848000）

面對當前農村水利水電的安全現狀，本文引入國外的先進理念，對水電設施實施風險管理，以提高我國農村水電的管理水平。風險由失效概率和事故后果組成，失效概率的計算既困難又重要，因此風險管理的前提是正確計算農村水電失效概率。

目前，計算失效概率的方法主要有以下三種：事件樹法、歷史數據統計法和可靠性法，但以上方法均不適用于農村水電失效概率的計算。為了解決上述計算農村水電失效概率方法存在的不足，本文建立失效概率與運行狀態之間的反向相關性模型，從而完成失效概率的計算[1]。最后以某水電站為例，對其運行狀態即工程失效概率進行綜合評價。

1 運行狀態綜合評估方法

農村水利水電有多種水工建筑物，如大壩、引水道、壓力管道、廠房等，其作為一個完整的系統進行工作。任何水工結構的異常運行都會影響其發電的效益。因此，農村水利水電的運行狀況由所有水工建筑物的工程行為共同決定。因此，本文選擇綜合評價理論對農村水利水電運行狀況進行綜合評價，其中指標體系和評價模型的建立是綜合評價過程的關鍵環節。

1.1 綜合評價方法

綜合評價指標的選擇應具有代表性、科學性、可變性和可行性。根據農村水利水電工程的特點，選取與水工建筑物運行狀況密切相關的13項指標以建立評價體系，包括：防洪能力、結構安全和蓄水建筑物滲漏情況、溢洪道的泄流能力和結構穩定性、引水道（或隧道）的泄漏狀態、堵塞程度和結構穩定性、壓力管道的泄漏狀態和結構穩定性、廠房防洪能力、潛在地質災害和結構穩定性。

以“農村水工建筑物運行狀況”為綜合評價目標，采用13項指標建立綜合評價指標體系。

1.2 綜合評價模型

線性加權綜合評價模型綜合了各因素對評價結果的影響。首先對指標進行量化，然后考慮相應的權重進行疊加，得到綜合評價值，從而決定最終的評價結果。這種方法特別適用于受多種因素多種程度影響的目標綜合評價。本文選擇線性加權綜合評價模型對農村水工建筑物的運行狀況進行綜合評價。

層次分析法（AHP）被用于計算各指標的權重值。1～9及其倒數是該方法中兩個元素之間有意義比較的定量度量。1、3、5、7、9分別代表一個要素比另一個要素同等重要、稍微重要、更重要、非常重要和極其重要的相對重要性水平；2、4、6、8分別代表兩個相鄰因數的平均值，其對應的倒數表示兩個元素反向比較的結果。所有指標的權重均已確定，見表1所示。

表1 各指標權重表

2 失效概率的計算

水工建筑物運行狀態與失效概率的關系是相反的，線性加權綜合評價模型得到的運行狀態值越大，水工建筑物的運行狀態越好，失效概率越小。運行狀態可以用公式（1）近似轉換成失效概率 ：

式中，Pf為失效概率，Cmax為評估的打分的最大值，C為評估的打分的最終值。公式（1）計算的Pf是在0和1之間的值，并且這與概率的數學特征相一致，此外，C和Pf滿足逆相關。根據運行狀態的等級，水工建筑物的失效概率可分為4個等級，如表2所示。

表2 農村水工建筑物破壞概率等級表

公式（1）計算的失效概率Pf只是概念性的，用于相對測量失效概率。

3 工程案例研究

以某水電站為例，進行失效概率風險評價。該發電站的建設是橡膠壩工程的重要部分，其于2014年竣工投入運行。發電站工程順水流的方向長度為22 m，寬21 m，設計上游水位為29.5 m，下游為24 m，水流的高差為5.5 m，通過橡膠壩的攔蓄，抬升了河流的水位，使河水流進入發電站內。本研究組織了6位水電站工程風險專家成立評價小組，各專家在了解了該水電站的建設情況和6年來的運行工況資料后，分別對3級指數中的13個風險評價指標進行了打分，根據打分結果計算的權重結果如表3。

表3 專家打分及權重計算結果

將表3中專家打分結果代入（1）式，計算得到計入專家評價打分值的指標值分別為：=17.36，=17.61，=17.06，=16.71，=16.70，=3.01，=2.39，=3.81，=17.49，=17.83，=13.01，=13.46，=13.17，將以上指標值代入（1）和（5）式，計算得到評估的最終值C和失效概率Pf分別為15.961和0.367。根據表2可看出，該水電站的失效概率等級為B級，運行狀態良好，失效的概率很低，可滿足正常運行，與該水庫曾參與除險加固建設成果保持一致，用理論評價方法驗證了該工程的可靠性。

4 結論

考慮到水工建筑物運行狀態與失效概率的相關性，可以通過對水工建筑物運行狀態的評估來綜合計算失效概率。在綜合評價過程中，來自專家的經驗很難避免產生主觀性的影響。通過對專家打分值的適當處理，本文建立了專家評價模型，可以大大降低主觀性的影響，使水工建筑物運行狀態的評價結果更加合理，決策更加科學。