寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期間受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王偉 WANG Wei；史虎 SHI Hu；柳成銘 LIU Cheng-ming

（甘肅鐵科建設(shè)工程咨詢有限公司，蘭州 730000）

0 引言

渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽[1，2]。隨著引水工程（南水北調(diào)、引黃入京、引灤入津、引黃入晉、引大入秦等）的實(shí)施，渡槽作為一種重要的輸水建筑物，得到了大量的建設(shè)，大型渡槽常采用預(yù)應(yīng)力新技術(shù)，相關(guān)研究成果相繼出現(xiàn)[3，4]。我國寒旱地區(qū)的水資源較為短缺，在相關(guān)引水工程建設(shè)中采用了大量渡槽進(jìn)行輸水，受寒旱地區(qū)條件影響，渡槽病害的產(chǎn)生嚴(yán)重影響到渡槽的正常使用，故對(duì)寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期間受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估尤為重要。

當(dāng)前國內(nèi)關(guān)于寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的研究較為缺少，本文運(yùn)用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法（F-ANP）[5-7]，針對(duì)西部寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)建立評(píng)價(jià)模型，并彌補(bǔ)了各病害之間考慮不充分的問題，為寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期維護(hù)提供相關(guān)參考。

1 寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的指標(biāo)體系

針對(duì)寒旱地區(qū)自然氣候特征，對(duì)渡槽的病害進(jìn)行分析研究，建立病害影響因素的指標(biāo)體系，如表1 所示。

表1 寒旱地區(qū)渡槽病害影響指標(biāo)體系

2 基于F-ANP 的寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論

基于F-ANP 的寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法是將網(wǎng)絡(luò)分析法[8]和模糊綜合評(píng)價(jià)法[9]結(jié)合而成的綜合評(píng)價(jià)方法。網(wǎng)絡(luò)分析法更加突出影響因素的相互影響關(guān)系；模糊綜合評(píng)價(jià)法能突出模糊性和不確定性。兩者結(jié)合能客觀反映寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)的特性，對(duì)擁有復(fù)雜關(guān)系的模糊系統(tǒng)具有顯著的應(yīng)用性。

2.1 建立指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)寒旱地區(qū)渡槽病害影響因素的指標(biāo)體系，構(gòu)建其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，突出因素之間的相互影響及反饋，對(duì)寒旱地區(qū)渡槽病害影響的描述更接近實(shí)際情況，如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集和評(píng)語集

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集 根據(jù)建立的指標(biāo)體系構(gòu)建一級(jí)指標(biāo)因素集和二級(jí)指標(biāo)因素集，即：

2.3 確定模糊關(guān)系矩陣

邀請(qǐng)對(duì)寒旱地區(qū)工程建設(shè)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的專家學(xué)者對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率，確定單因素評(píng)價(jià)結(jié)果既而建立模糊關(guān)系矩陣：

2.4 確定指標(biāo)權(quán)重

對(duì)建立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的元素組內(nèi)部及元素組之間元素進(jìn)行兩兩比較，并采用三角模糊數(shù)構(gòu)造判斷矩陣，這樣既彌補(bǔ)了專家較為主觀的判斷又突出了模糊判斷矩陣的相對(duì)客觀性。

2.4.1 建立模糊超矩陣 在某一級(jí)指標(biāo)中，分別以該一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)依次為準(zhǔn)則構(gòu)造模糊判斷矩陣比較它們之間相互影響的重要度，得出該一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)形成的權(quán)重矩陣；同理判斷其他一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)之間相互影響的重要度，得出該二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重矩陣。將所有權(quán)重矩陣組合，建立模糊超矩陣W：

2.4.2 建立模糊權(quán)矩陣 以一級(jí)指標(biāo)因素F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5分別為準(zhǔn)則，判斷F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5對(duì)其的間接優(yōu)勢(shì)度，構(gòu)造判斷矩陣。通過計(jì)算組合，建立模糊權(quán)矩陣A：

2.4.3 建立模糊加權(quán)超矩陣 將上述模糊超矩陣W 和模糊權(quán)矩陣A 組合建立模糊加權(quán)超矩陣W~：

2.4.4 計(jì)算模糊極限超矩陣 對(duì)模糊加權(quán)超矩陣進(jìn)行自乘，直到收斂，故而得到最后的各影響因素的權(quán)重，即：

2.5 綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)計(jì)算方法，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，即：

3 案例分析

通過以寒旱地區(qū)某渡槽為例，進(jìn)行該渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，突出相關(guān)病害帶來風(fēng)險(xiǎn)的大小，為寒旱地區(qū)渡槽使用的安全性做出提前判斷和相關(guān)處理措施。

3.1 構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣

邀請(qǐng)20 名對(duì)寒旱地區(qū)工程建設(shè)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的專家學(xué)者對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率，確定單因素評(píng)價(jià)結(jié)果，既而建立模糊關(guān)系矩陣R：

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

以F11為例：因素F11，F(xiàn)12，F(xiàn)13，F(xiàn)14按其對(duì)F11的影響程度進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，見表2。

采用相同方法，求出模糊判斷矩陣W12~W55，從而構(gòu)成模糊超矩陣，具體數(shù)據(jù)因文章版幅有限省略。

以一級(jí)指標(biāo)因素F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5分別為準(zhǔn)則，判斷F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5對(duì)其的間接優(yōu)勢(shì)度，構(gòu)造判斷矩陣，得到F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5的排序向量，既而構(gòu)成模糊權(quán)矩陣A：

將模糊超矩陣W 和模糊權(quán)矩陣A 進(jìn)行合成，構(gòu)造出模糊權(quán)矩陣。

計(jì)算模糊極限超矩陣：

采用Matlab 進(jìn)行計(jì)算，從而確定出二級(jí)指標(biāo)因素的權(quán)重=（0.025，0.035，0.047，0.055，0.043，0.061，0.060，0.033，0.018，0.035，0.036，0.032，0.062，0.057，0.071，0.069，0.128，0126）。

3.3 確定評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語

①模糊網(wǎng)絡(luò)分析法將模糊綜合評(píng)價(jià)法和網(wǎng)絡(luò)分析法有效結(jié)合，并利用三角模糊數(shù)降低了主觀性，通過實(shí)際分析，模糊網(wǎng)絡(luò)分析法能有效地解決具有模糊不確定性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)問題。②通過確定寒旱地區(qū)渡槽運(yùn)行期病害影響因素權(quán)重，得出土體凍脹性，土體濕陷性，溫度應(yīng)力等寒旱地區(qū)相關(guān)特點(diǎn)均為突出問題，符合寒旱地區(qū)實(shí)際特征。綜合評(píng)價(jià)得出該渡槽運(yùn)行期受病害影響的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為顯著風(fēng)險(xiǎn)，因此渡槽病害是決定渡槽是否正常使用的關(guān)鍵問題，故應(yīng)加大對(duì)渡槽病害的監(jiān)測(cè)及防治措施，保證渡槽充分發(fā)揮出長距離輸水中的利用率，提高經(jīng)濟(jì)性。③本文采用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)寒旱地區(qū)渡槽病害進(jìn)行定量分析，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)情況相符合，對(duì)今后寒旱地區(qū)渡槽施工注意事項(xiàng)和運(yùn)行安全性具有一定指導(dǎo)作用，并希望能夠運(yùn)用在寒旱地區(qū)渡槽病害的風(fēng)險(xiǎn)管理中，從而提高安全性，降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。