基于賦權(quán)方法計(jì)算的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

李浩田 趙金劍

摘 要：隨著我國(guó)建筑工程的發(fā)展，水利工程也逐漸得到重視。水閘是控制水位變化的關(guān)鍵建筑，但在使用過程中存在老化等問題，嚴(yán)重影響水利工程安全。因此，本研究基于賦權(quán)方法計(jì)算對(duì)水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)了水閘安全評(píng)價(jià)方案，其次基于賦權(quán)方法計(jì)算了指標(biāo)權(quán)重，最后構(gòu)建了水閘安全評(píng)價(jià)原則，實(shí)現(xiàn)了水閘安全評(píng)價(jià)，進(jìn)行實(shí)例分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)較高，證明其評(píng)價(jià)效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價(jià)值，也為后續(xù)水閘安全評(píng)估提供了參考。

關(guān)鍵詞：賦權(quán)方法;水閘;安全

中圖分類號(hào)：TV698.2+2 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）6-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.024

Safety Evaluation Index System of Sluice Based on Weighting Method

LI Haotian ? ?ZHAO Jinjian

（Qingzhou Water Construction Engineering Construction Co.， Ltd.，Qingzhou 262500，China）

Abstract： With the development of Construction Engineering in China， water conservancy engineering has gradually received attention. Sluice is the key building to control the change of water level， but there are aging and other problems in the use process， which seriously affect the safety of water conservancy engineering. Therefore， it is urgent to optimize the design of sluice safety evaluation index system based on weighting method calculation. Firstly， the sluice safety evaluation scheme is designed， Secondly， the index weight is calculated based on the weighting method. Finally， the sluice safety evaluation principle is constructed， the sluice safety evaluation is realized， and the example analysis is carried out. The results show that the evaluation coefficient of the designed sluice safety evaluation index system is high， which proves that its evaluation effect is good， effective and has certain application value. It also provides a reference for the follow-up sluice safety evaluation.

Keywords：weighting method; sluice; safety

0 引言

水利工程是影響民生的關(guān)鍵工程，國(guó)家對(duì)水利工程一直比較重視，在水利工程泄水過程中，需要使用水閘不斷調(diào)整水位[1]，保證水利建筑的安全，因此，水閘是影響水利工程安全的關(guān)鍵建筑物。研究表明，目前我國(guó)的大多數(shù)水閘建設(shè)時(shí)間較久遠(yuǎn)，或多或少都存在老化問題，增加了水閘的使用風(fēng)險(xiǎn)[2]，也無(wú)法保證水利工程安全，因此急需設(shè)計(jì)符合水閘安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，及時(shí)排除水閘的安全問題，提高水利工程的安全系數(shù)，降低水利安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別就水閘可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究[3]，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)，受水閘系統(tǒng)復(fù)雜度限制，影響水閘安全的因素較多，部分學(xué)者根據(jù)現(xiàn)有的指標(biāo)設(shè)計(jì)了原始的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但在實(shí)際應(yīng)用過程中往往出現(xiàn)了較大的評(píng)價(jià)誤差，無(wú)法滿足目前的水閘安全評(píng)價(jià)需求，基尼系數(shù)是一種綜合指標(biāo)[4]，可以分配評(píng)價(jià)中的指標(biāo)權(quán)重，避免分配不均對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成的影響，賦權(quán)方法是一種基于基尼系數(shù)的特殊賦權(quán)分配，能有效降低水閘安全評(píng)價(jià)中的權(quán)重分配誤差，因此本研究基于賦權(quán)方法設(shè)計(jì)了新的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為保障水利工程安全提供參考。

1 基于賦權(quán)方法的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)水閘安全評(píng)價(jià)方案

水閘安全評(píng)價(jià)方案是水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的基礎(chǔ)，因此，可以根據(jù)不同水閘的實(shí)際使用情況，進(jìn)行安全檢測(cè)、安全評(píng)估[5]，設(shè)計(jì)有效的水閘安全評(píng)價(jià)方案，水閘的評(píng)價(jià)因素較多，因此，繪制了水閘安全評(píng)價(jià)影響因素分類示意圖，如圖1所示。

由圖1可知，水閘安全評(píng)價(jià)影響因素可以根據(jù)實(shí)際水利工程條件界定，因此在制定水閘安全評(píng)價(jià)方案之前要先進(jìn)行水閘安全檢測(cè)[6]。

影響水閘安全的病害成因較多，可以在水閘安全評(píng)價(jià)方案中對(duì)其進(jìn)行概況，可以分為規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、自然、管理等幾個(gè)不同的方面。本研究設(shè)計(jì)的方案從穩(wěn)定性、耐久性出發(fā)，闡述了水閘安全病害成因。一是水閘的實(shí)際防洪能力較差;二是水閘的抗?jié)B穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性不足;三是水閘的閘室出現(xiàn)不同程度的傾斜;四是承載水閘的地基承載力較差;五是水閘的結(jié)構(gòu)存在破損。結(jié)合上述水閘安全病害成因，本研究結(jié)合《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL 214—98）制定了水閘安全評(píng)價(jià)方案。

1.2 基于賦權(quán)方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

傳統(tǒng)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系往往使用簡(jiǎn)單的對(duì)照比較法計(jì)算水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，這往往會(huì)導(dǎo)致較大的安全評(píng)價(jià)誤差[4]，賦權(quán)方法可以將影響水閘安全的各類型評(píng)價(jià)因素進(jìn)行擬合，重新分配各個(gè)因素的權(quán)重，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化評(píng)價(jià)，但在實(shí)際使用過程中，僅僅使用賦權(quán)方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重還會(huì)存在一定的決策性問題，因此可以將其與AHP結(jié)合，共同計(jì)算水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重CR，設(shè)計(jì)的計(jì)算公式如式（1）所示。

[CR=CIRI] ? ? ? （1）

式（1）中，[CI]代表矩陣隨機(jī)比率，[RI]代表矩陣一次性指標(biāo)，本文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以使用該指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在開始進(jìn)行權(quán)重劃分時(shí)，需要將決策問題中可能包含的屬性元素進(jìn)行分解。本研究設(shè)計(jì)的指標(biāo)將其分為三個(gè)不同的層次[7]：第一個(gè)層次是最高層，該層次中有一個(gè)元素，與決策最終結(jié)果呈正相關(guān);第二個(gè)層次是準(zhǔn)則層，該層次往往還可以繼續(xù)劃分，該層次也是決策的中間環(huán)節(jié);最后一個(gè)層次是最底層，該層次往往不能再進(jìn)行分解，也是層次結(jié)構(gòu)中的最小元素。

將層次劃分結(jié)果與需要評(píng)價(jià)的元素進(jìn)行比較，構(gòu)造初級(jí)判斷矩陣，為了避免過多因素對(duì)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)造成影響，需要逐一計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的影響程度[8]，設(shè)置指標(biāo)數(shù)字標(biāo)度。根據(jù)數(shù)字標(biāo)度的含義，計(jì)算評(píng)價(jià)因素的特征值，判斷特征向量之間的關(guān)系，再使用式（1）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，從而得到準(zhǔn)確的安全指標(biāo)權(quán)重。

1.3 構(gòu)建水閘安全評(píng)價(jià)原則

根據(jù)上文計(jì)算出的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可以構(gòu)建水閘安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，為了保證水閘安全評(píng)價(jià)效果，本研究設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要遵循以下原則。

1.3.1 評(píng)價(jià)完備性原則。設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須存在較大的覆蓋性，即其在各種各樣的水利工程中都能有效進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.2 評(píng)價(jià)層次性原則。由于影響水閘安全的因素較多，需要將復(fù)雜的影響因素逐一分解為多個(gè)不同的層次，降低評(píng)價(jià)難度，還可以根據(jù)實(shí)際評(píng)價(jià)情況設(shè)計(jì)層次分析系統(tǒng)，保證水閘安全評(píng)價(jià)的全面性。

1.3.3 科學(xué)性原則。評(píng)價(jià)的效果受科學(xué)性指標(biāo)影響，因此選取的指標(biāo)必須以科學(xué)性為基礎(chǔ)，且必須是具有含義的真實(shí)指標(biāo)，具有特定的描述性特征。

1.3.4 簡(jiǎn)明性原則。影響水閘的安全影響因素過多，如果每個(gè)因素都進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)嚴(yán)重降低評(píng)價(jià)效率，對(duì)實(shí)際評(píng)價(jià)不利，因此需要以簡(jiǎn)明性為原則，僅僅選取具有代表性的指標(biāo)即可。

1.3.5 相關(guān)性原則。即選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)之間必須有一定的聯(lián)系，進(jìn)一步保證指標(biāo)評(píng)價(jià)的綜合效果。

1.3.6 相對(duì)獨(dú)立原則。各個(gè)指標(biāo)在存在一定聯(lián)系的同時(shí)務(wù)必相對(duì)獨(dú)立，不受其他特征影響，增加評(píng)價(jià)指標(biāo)的度量性。

1.3.7 定性定量結(jié)合原則。選取的定量指標(biāo)必須可以使用相關(guān)的公式計(jì)算出或?qū)嶋H測(cè)量出，增加評(píng)價(jià)的合理性和準(zhǔn)確性。

1.4 實(shí)現(xiàn)水閘安全評(píng)價(jià)

實(shí)現(xiàn)水閘安全評(píng)價(jià)還需要構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)細(xì)則，本研究設(shè)計(jì)的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)主要將傳統(tǒng)的層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，提高其在決策分析時(shí)的準(zhǔn)確程度。可以結(jié)合上述計(jì)算的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重構(gòu)建模糊一致性矩陣，添加改進(jìn)的標(biāo)度，進(jìn)一步進(jìn)行判斷。本研究主要使用0.1～0.9標(biāo)度法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其具體含義如下：標(biāo)度為0.1時(shí)證明指標(biāo)1明顯沒有指標(biāo)2重要，標(biāo)度為0.3時(shí)證明指標(biāo)1沒有指標(biāo)2重要，標(biāo)度為0.5時(shí)證明指標(biāo)1與指標(biāo)2一樣重要，標(biāo)度為0.7時(shí)證明指標(biāo)1比指標(biāo)2重要，標(biāo)度為0.9時(shí)證明指標(biāo)1明顯比指標(biāo)2重要，在使用上述標(biāo)度進(jìn)行比較時(shí)，可以有效地進(jìn)行決策判斷，降低評(píng)價(jià)難度。利用0.1～0.9標(biāo)度法綜合評(píng)價(jià)后，可以結(jié)合水閘安全鑒定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水閘安全標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查，繪制指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建安全指標(biāo)比較表格，并設(shè)計(jì)判斷矩陣，求解出判斷矩陣的平均值后需要使用標(biāo)準(zhǔn)變換公式對(duì)其進(jìn)行變換，形成模糊一致性矩陣，通過該矩陣可以準(zhǔn)確地判斷安全評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)水閘安全評(píng)價(jià)。

2 實(shí)例分析

2.1 概況及準(zhǔn)備

為了研究設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)效果，筆者以X水利工程為例，進(jìn)行實(shí)例分析，X水利工程位于某城市的主河道干流中，構(gòu)建于1995年，每5年進(jìn)行一次改造，在2000年設(shè)置了水閘操控臺(tái)，降低水閘控制難度，該水閘的標(biāo)準(zhǔn)流量為1 159 m3/s，上游設(shè)計(jì)水位為4.10 m，下游設(shè)計(jì)水位為3.95 m，該水閘共有10孔，其中包含8個(gè)中孔及2個(gè)邊孔，中孔的寬度約為9 m，邊孔的寬度約為15 m，水閘高約為7.5 m，閘門頂部高度約為3.5 m，該水閘的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為灌注樁，設(shè)置了浮筏式底板，閘門使用液壓栓塞開關(guān)，型號(hào)為2×250，閘門的閘室由混凝土組成，部分水工結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

由表1可知，該水閘存在區(qū)域沉降問題，閘門高度也不合格，經(jīng)過檢測(cè)可知橋梁底部存在滲漏通道，水閘的中孔強(qiáng)度不足，閘門銹蝕指標(biāo)偏高，無(wú)法滿足運(yùn)行需求，對(duì)該水閘進(jìn)行綜合分析，測(cè)試規(guī)定時(shí)間內(nèi)的河床斷面狀態(tài)，判斷水閘的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

根據(jù)X水利工程中的水閘現(xiàn)狀，進(jìn)行安全描述，使用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣，以水閘安全影響指標(biāo)為例構(gòu)建安全判斷表格，如表2所示。

由表2可知，此時(shí)的安全判斷表格能有效反映水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)中的判斷系數(shù)，可以根據(jù)該表格設(shè)計(jì)水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算式，如式（2）所示。

[G=E2C] ? ? ? ?（2）

式（2）中，E為判斷系數(shù)，C為水閘安全評(píng)價(jià)權(quán)重，水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)數(shù)值越高證明評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)效果越好。

2.2 應(yīng)用效果與討論

根據(jù)X水利工程的水閘概況，分別使用本文設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和傳統(tǒng)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用公式（1）分別計(jì)算兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)均在0.9左右，而傳統(tǒng)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)普遍低于0.7，因此設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程是影響民生的基礎(chǔ)性工程，但我國(guó)大多數(shù)水利工程的建成年份較早，水閘普遍出現(xiàn)了老化腐蝕問題，嚴(yán)重影響水利工程安全，因此本研究基于賦權(quán)方法設(shè)計(jì)了新的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來保證水閘的使用安全，并進(jìn)行了實(shí)例分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)系數(shù)較高，評(píng)價(jià)效果較好，具有有效性，有一定的應(yīng)用價(jià)值，可以作為后續(xù)水利工程安全評(píng)價(jià)的參考。

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