改進的AHP-Fuzzy在水庫大壩安全鑒定中的應用

楊奎

（浙江省水利水電勘測設計院惠州分院，廣東 惠州 516000）

1 工程概況

白盆珠水庫（西枝江水利樞紐工程）位于東江支流西枝江上游惠東縣境內，壩址以上集雨面積856 km2，控制西枝江全流域面積的20.80%，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電、改善航運及生態水環境等綜合利用的水利樞紐工程。混凝土大壩是水庫主要擋水建筑物之一，位于西枝江上游白盆珠峽谷入口處，為寬縫重力壩，壩頂高程88.20 m，最大壩高66.20 m，壩頂寬5 m，壩頂長240 m，共分11個支墩壩段和5個實體重力壩段。

混凝土壩安全監測項目現主要有變形監測和滲流監測。其中變形監測設置了水平位移監測、撓度監測和裂縫監測三項，滲流監測設置了淺層壩基揚壓力監測、深層壩基揚壓力監測和滲流量監測三項。相關觀測有壩前、壩后水位觀測及降雨量觀測。壩體壩基滲流量監測采用三角量水堰法。土壩原設有3 座，其中1#堰位于土壩下游左側壩腳，滲流量直接排入2#堰，但從1993年12月15日至今已無滲流通過；4#堰距離壩址較遠，受外來客水注入影響較大，監視土壩總滲流量意義不大，已停測；現只有位于土壩壩后集水池出口處的2#堰觀測正常。條形山副壩貼坡反濾尾部設置三角量水堰一座，編號為3#。

2 評價指標體系

水庫大壩的安全運行具有重要意義，具備防洪、灌溉等多種功能，一旦發生安全問題會造成不可挽回的損失。在當下的理論研究基礎及案例的分析下，指標體系準則層包括防洪能力、結構安全等，并在此基礎上分出多項二級指標，具體見表1。

表1 水庫大壩安全評價指標體系表

3 模型構建

評價指標過程中，由于模糊不確定性的存在，所以需要利用改進的AHP-Fuzzy，實現對指標權重的確定，在計算過程中按照下面的方法進行確定。

3.1 模糊判斷矩陣

互補型模糊判斷矩陣的確立是利用改進的三標度法實現的，具體如下：

互補型模糊判斷矩陣E=（fij）n×n，式（1）中，C（i）、C（j）分別為fi的相對重要程度、fj的相對重要程度。

對矩陣E進行改造，這樣就可以得到新的模糊一致性判斷矩陣R=（fij）O?O，在對公式進行轉化時，需利用下面兩個公式：

3.2 權重計算與模糊關系矩陣的構建

3.2.1 權重計算

權重向量的計算可以使用和行歸一法，即：

3.2.2 構建模糊關系矩陣

在對評價對象的因素集進行確定時，需構建總的因素集，也就是U={u1、u2、u3、u4、u5}，同時需依次確定u1、u2、u3、u4、u5的單因素評價集，以u1為例，u1={u11、u12、u13}。對評語等級進行確定，即V={v1、v2、v3、v4、v5}，分別代表安全可靠、基本可靠、安全性差、不安全及極不安全。

模糊關系矩陣最終可以表示為：

量化評價對象中的每個因素：ui（i=1，2，…，m），確定R1為各個評價因素對各個等級模糊子集的隸屬度。模糊評價結果的合成，可以用下式表示：

式中，a1為被評價對象從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度。

4 實際應用分析

白盆珠水庫混凝土主壩級別為1級，監測類別應包括現場檢查、環境量監測、變形監測、滲流監測等，目前缺少部分規范規定的監測項目，如近壩岸坡變形監測等；部分項目的監測測次，如揚壓力，也不滿足規范規定。為對大壩的安全性與可靠性進行判斷，需通過改進的AHP-Fuzzy進行鑒定。

4.1 指標權重的確定

在對權重指標進行確定時，所使用的方法為文中所構建的大壩安全評價指標體系，在計算時利用的軟件為Matlab。通過8 次迭代計算，最終確定各級指標權重。具體如下：u11、u12、u13的相對權重分別為0.28、0.13、0.60；組合權重分別為0.07、0.03、0.15。通過計算，各個準則層指標層的相對權重與組合權重也都已計算出來，文中不再一一羅列。

4.2 模糊關系矩陣

通過調查分析，在專家組的綜合打分下，得到各評價指標的隸屬度關系，然后確定u1、u2、u3、u4、u5的二級隸屬度模糊關系矩陣，依次對應為R1、R2、R3、R4、R5。

4.3 綜合評價

通過改進的AHP-Fuzzy 最終確定指標權重以及二級隸屬度矩陣，實現對水庫大壩安全的有效鑒定，做好多級模糊綜合評價工作。下面在分析時以防洪能力為例，對其他指標也可以使用同樣的方法進行計算。

在模糊評價分析后，對結果進行分析，專家對于水庫大壩安全鑒定得出結論：認為安全可靠、基本安全、安全性差、不安全及極不安全的分別為34%、29.80%、26.50%、9.70%。

5 存在的問題建議

5.1 存在問題

5.1.1 混凝土壩存在問題

①混凝土壩安全監測設施陳舊，觀測手段落后，監測值誤差較大。②有些揚壓力測壓管壓力表工作不正常，靈敏度較差，造成漏測現象，不能很好反映實際揚壓力變化情況。③正倒垂線和引張線觀測誤差較大，不能很好反映大壩微變形現象。

5.1.2 土壩及條形山副壩存在問題

①由于第二期混凝土防滲心墻未建，繞第一期混凝土心墻兩端集中滲流在水庫高水位（超正常高水位）運行時較明顯，對土壩壩體滲流穩定具有一定的影響。②位于0+152.7橫斷面壩前坡的a39、a40管水位常年高于庫水位，此現象至今存在。③個別測壓管（如a3、A6、A28、A29、a21、A22等）存在陡漲陡落現象，測壓管附近可能有便于滲流通過的路徑。④土壩安全監測手段較落后，汛期安全監測工作量大，資料收集分析遲緩。

5.2 建議

①在混凝土壩現有安全監測設施的基礎上，提高觀測精度，減少觀測誤差的產生，為安全鑒定提供可靠支持。②按照《混凝土壩安全監測技術規范》的規定，補全混凝土壩未設置的監測項目，并滿足規范要求的監測頻次。③對混凝土壩安全監測系統進行自動化改造，提升監測整體質量與效率，以滿足現代大壩安全管理的需要。④對混凝土壩裂縫進行加固處理，避免裂縫繼續擴大，提升混凝土壩的安全性與可靠性。⑤按照《土石壩安全監測技術規范》的規定，補全土壩未設置的監測項目，并滿足規范要求的監測頻次。⑥按原設計盡快續建第二期混凝土防滲心墻，徹底解決土壩滲流穩定問題，以提高工程運行可靠度。⑦對個別可疑漏水點做進一步的無傷探明，并進行灌漿處理。⑧高庫水位時加強土壩及條形山副壩下游壩坡、壩腳及與岸坡接合處的巡視檢查和觀測。

6 結語

水庫大壩的安全是中國工農業發展中的重要環節，一旦水庫大壩出現安全問題，會嚴重影響工農業生產。在對水庫大壩安全鑒定中，需使用先進的技術與方法，這樣才能及時發現問題并處理問題。改進的AHP-Fuzzy 在水庫大壩安全鑒定中的應用，能判斷各指標層的影響程度，通過指標權重的確定，以及模糊關系矩陣的構建，最終計算出此次安全鑒定為安全可靠。但是依然要對安全鑒定中發現的問題進行重視，及時處理問題，確保水庫大壩的安全、可靠運行。