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土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)研究

文檔作者：徐璐1.2 文檔來(lái)源： 1．河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院 2．河海大學(xué)水資源高效利用與工程安全國(guó)家工程研究中		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月26日
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第32卷第2期
2010年2月
人民黃河
YELL0W RIVER
Vo1．32．No．2
Feb．，2010
【水利水電工程】
土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)研究
徐璐 ，
(1．河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院，江蘇南京210098；
2．河海大學(xué)水資源高效利用與工程安全國(guó)家工程研究中心，江蘇南京210098)
摘要：為了加強(qiáng)土石壩的安全監(jiān)控和管理，預(yù)防潰壩事件的發(fā)生，需對(duì)土石壩運(yùn)行過(guò)程中的危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)剮。從自然
災(zāi)害、大壩質(zhì)量、運(yùn)行管理、社會(huì)安全等角度出發(fā)，建立土石壩潛在危險(xiǎn)源集合；采用AHP方法與信息熵技術(shù)相融合技
術(shù)，建立土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)體系和方法，切實(shí)可行。
關(guān)鍵詞：土石壩；危險(xiǎn)源；AHP；信息熵；iXg'l技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TV641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．02．051
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建成的各類(lèi)水庫(kù)大壩中91．1％ 為土石壩? 。
這些水庫(kù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在防洪、灌
溉、發(fā)電、供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖以及改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨
大作用。然而，這些水庫(kù)大壩大多修建于2O世紀(jì)5O一7O年
代，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件與社會(huì)環(huán)境的制約，普遍標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量
差，加上后期管理維護(hù)不及時(shí)，工程老化失修嚴(yán)重，導(dǎo)致這些工
程存在不同程度的病險(xiǎn)，在各種外界與內(nèi)部因素作用下，可能
發(fā)生潰壩險(xiǎn)情，對(duì)下游造成巨大甚至是毀滅性的打擊。
因此，在土石壩運(yùn)行管理過(guò)程中，有必要通過(guò)一定的方法
識(shí)別水庫(kù)大壩的危險(xiǎn)源，并將其作為重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。
1 土石壩潛在危險(xiǎn)源
導(dǎo)致大壩失事的原因多種多樣，為了從整體上把握土石壩
潛在危險(xiǎn)源，根據(jù)土石壩的工作環(huán)境、運(yùn)行狀況、管理人員的管
理水平等，分別從自然災(zāi)害、大壩質(zhì)量、運(yùn)行管理、社會(huì)安全等
角度，歸納土石壩失事的潛在危險(xiǎn)源，以及由危險(xiǎn)源導(dǎo)致大壩
不同種類(lèi)失事類(lèi)型的路徑，進(jìn)而建立潛在危險(xiǎn)源集合。
土石壩潛在危險(xiǎn)源包括非常降雨、蟻穴、庫(kù)區(qū)滑坡泥石流、
地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、雷電以及水污染事件等，詳見(jiàn)圖1。
土石壩的事故類(lèi)潛在危險(xiǎn)源可分為兩類(lèi)：①大壩質(zhì)量類(lèi)，
包括壩體填筑質(zhì)量、壩基防滲及處理質(zhì)量等；② 運(yùn)行管理類(lèi)，包
括管理人員技術(shù)水平低、運(yùn)行方式不當(dāng)、誤操作、管理不到位
等，詳見(jiàn)圖2。除此之外，土石壩潛在危險(xiǎn)源還有社會(huì)安全類(lèi)，
主要包括戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖襲擊等，詳見(jiàn)圖3。
2 土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)
由上述分析可知，導(dǎo)致土石壩失事的潛在危險(xiǎn)源很多，但
如果把每種潛在危險(xiǎn)源都作為大壩的安全監(jiān)控對(duì)象，監(jiān)測(cè)成本
勢(shì)必要提高許多，耗費(fèi)較多人力物力；此外，在一定自然環(huán)境與
社會(huì)環(huán)境里，影響水庫(kù)大壩安全的控制性危險(xiǎn)源往往是有限
的，因此沒(méi)有必要把每種潛在危險(xiǎn)源都囊括到大壩安全監(jiān)控
中，可以排除影響很小或者不可能的因素。鑒于此，筆者把
AHP．方法與熵技術(shù)引入到土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別中來(lái)，建立了土石
壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)體系，在錯(cuò)綜復(fù)雜的影響因素中，識(shí)別出對(duì)
大壩安全影響程度最大的一個(gè)或幾個(gè)危險(xiǎn)源作為重點(diǎn)監(jiān)控
對(duì)象。
I非常暴雨卜b 碌 ．『 飄 ；
l上游潰壩 = == ＼ ：
J厙岸
＼ 廣—●_= 廣— =] j—一t 、l
自
l庫(kù)區(qū)泥石流 r
然 f地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng) I【— 一． 而 ／
因 I素 鼠洞、蟻穴v-~V／— — — — ／ 浮蛔 0
類(lèi) l火山活動(dòng) 墮
I天l 體撞擊水庫(kù) 3／／
風(fēng)浪 —．．1護(hù)坡破壞或大涌浪V ／
．{ 雷電 卜 破壞配電、通信、觀測(cè)設(shè)施等J
l 酸雨 卜’ ，I破壞庫(kù)區(qū)植被、腐蝕金屬設(shè)備等l >I供水危險(xiǎn)J
l水污染事件卜_- ·f破壞生態(tài)環(huán)境、威脅人類(lèi)健康等}
潛在危險(xiǎn)源 作用路徑 失事類(lèi)型
注：漫壩不包括潰壩。
圖1 土石壩自然災(zāi)害類(lèi)潛在危險(xiǎn)源集合
2．1 層次分析法
土石壩危險(xiǎn)源的識(shí)別，首先需要利用專(zhuān)家知識(shí)，基于歷史
收稿日期：2009—07-23
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(5053~O30，50539110，50539010，5080oA)25，
50879024)；“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(20o6BAC14BO3，20070294023，
2008BAB29B()3，2008BAB29B06)；中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司科技項(xiàng)目(CHC—
KJ一2007—02)；江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”科研項(xiàng)目(2017一B08037)。
作者簡(jiǎn)介：徐璐(1986一)，女，江蘇海安人，碩士研究生，研究方向?yàn)榇髩伟踩?
監(jiān)控。
E-mail：XLIlu一
1986@ sina．c0m ．
· 111 ·
人民黃河2010年第2期
資料分析，把影響大壩安全的潛在危險(xiǎn)源條理化，排除在所需 一化處理，其結(jié)果表示為
時(shí)間尺度和空間尺度內(nèi)不可能出現(xiàn)的影響因素，進(jìn)而篩選出可
能性較大的危險(xiǎn)源，并建立層次結(jié)構(gòu)圖。
兩 ．
J防滲墻反濾不當(dāng)
I防滲墻水力劈裂
壩大 I絲!望笪 型k >i 、
質(zhì) l止水失效 2 ．
量
類(lèi) 悟
、繞壩防滲等f(wàn)／
} 不合格 I／／
l坡}匕設(shè)計(jì)不當(dāng)『／
、
陌
l管理人員技術(shù)水平低L
蓮，一 常情況未及時(shí)處理卜， >I輕度事故
行管 I溢洪道未及時(shí)清理卜 ＼ ＼一
． 理類(lèi) l泄洪閘門(mén)開(kāi)啟教障 — 廠二= = =： 二 ／
醫(yī)耍 亙卜__ ．
影響因素 作用途徑 突發(fā)事件
圖2 土石壩事故類(lèi)潛在危險(xiǎn)源集合
會(huì)社 l戰(zhàn)爭(zhēng)類(lèi)事件 焉 ! ．
L_= 二_J
安 l恐怖襲擊類(lèi)事件
全
類(lèi) l其他故意破壞類(lèi)事件H一一1 ：= ：： ： I I堡竺l
l
影響因素 ： 作用途徑 突發(fā)事件
圖3 土石壩社會(huì)安全類(lèi)潛在危險(xiǎn)源集合
層次分析法(AHP法) 由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T L Saaty于20
世紀(jì)70年代中期提出，該法是把定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題的
一種十分有效的方法，在目標(biāo)因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺少必要數(shù)據(jù)的
情況下，可借助專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行定量化，非常實(shí)用。其主要步驟：
① 建立層次結(jié)構(gòu)圖；② 相對(duì)重要度計(jì)算。采用Delphi方法或者
現(xiàn)場(chǎng)咨詢(xún)方式，廣泛征求相關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)，將隸屬于同一失事
類(lèi)型的各個(gè)因素之間的相對(duì)重要度進(jìn)行兩兩比較，形成判斷矩
陣A，并用1～9比例標(biāo)度法對(duì)重要性程度進(jìn)行賦值。求出矩陣
A的最大特征值A(chǔ) 和特征向量∞ =( ，∞ ，?，∞ )，并將
其歸一化，歸一化后的結(jié)果即為各個(gè)危險(xiǎn)源相對(duì)于失事事件的
重要性的排序。③ 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。一致性指標(biāo)為C ，平
均隨機(jī)一致性指標(biāo)為蜀 J，當(dāng)c =C。／R，<0．1時(shí)，認(rèn)為判斷
矩陣是令人滿意的，否則判斷矩陣具有無(wú)法接受的不一致性，
需要重新賦值，重新修正，直到通過(guò)一致性檢驗(yàn)。
2．2 相對(duì)重要度的熵技術(shù)修正
盡管AHP方法識(shí)別問(wèn)題的系統(tǒng)性較強(qiáng)，可靠性也相對(duì)較
高。但是，在采用專(zhuān)家群決策的時(shí)候，難免出現(xiàn)標(biāo)度把握不準(zhǔn)
和部分信息丟失等問(wèn)題，為此可以采用信息論中的熵技術(shù)進(jìn)行
修正 。 ，減小確定相對(duì)重要度的主觀性。
“熵”是信息論中最重要的基本概念，它表示從一組不確定
事物中提供信息量的多少。首先把構(gòu)造好的判斷矩陣進(jìn)行歸
· 】12 ·
b 為因素i相對(duì)于因素 的重要程度，定義第 項(xiàng)因素的熵值e 為
= 一kΣr In rq ( =1 2--，m) (2)
式中-k>0，一般取k=I／In m；m為判斷矩陣A的階數(shù)。
對(duì)于給定的因素 ，其他因素相對(duì)于它的重要性程度
b (i=1，2，?，m)的差異性越大，信息熵越小，該因素提供的
信息量就越大，在重要性排序中所起的作用越大，排序權(quán)重越
大；相反，若其他因素相對(duì)于因素 的差異性越小，信息熵越大，
則該因素提供的信息量越少，在重要性排序中所起的作用越
小，排序權(quán)重越小。據(jù)此，定義差異性系數(shù)為
d，=1一e (3)
定義因素的信息權(quán)重系數(shù) ，為
d
= (4)
d
利用信息權(quán)重 ，修正AHP方法所得出的重要性排序權(quán)重 ，
記為．r，，則
= (5)
Σ心
=l
2．3 危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)流程
建立土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)體系，其流程見(jiàn)圖4。
圖4 土石壩危險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)流程
3 工程案例
某大(2)型水利工程，主要包括主壩、副壩、溢洪道、引水隧
洞及地下廠房、壩后廠房等，主壩為黏土心墻壩。
經(jīng)研究，初步擬定4個(gè)危險(xiǎn)源作為該水庫(kù)失事的潛在危險(xiǎn)
源，分別為非常暴雨、壩基滲漏、水污染、恐怖襲擊。采用De1．
phi方法，邀請(qǐng)了3位專(zhuān)家參與評(píng)價(jià)，所得判斷矩陣如下：
人民黃河2010年第2期
A專(zhuān)家評(píng)價(jià)得
B專(zhuān)家評(píng)價(jià)得
C專(zhuān)家評(píng)價(jià)得
l 2
1／2 1
1／6 1／5
l／8 1／7
1 2
1／2 1
1／7 1／5
l／9 1／7
6 8
5 7
1 5
l／5 1
7 9
5 7
1 5
l／5 1
1 2 7 9
1／2 1 4 7
l／7 1／4 1 5
l／9 l／7 l／5 1
按照?qǐng)D4所示方法計(jì)算得到該水庫(kù)潰壩影響因素的相對(duì)
重要度見(jiàn)表1。
表1 危險(xiǎn)源相對(duì)重要度咨詢(xún)?cè)u(píng)價(jià)結(jié)果
根據(jù)表1可知，不同專(zhuān)家對(duì)4種潛在危險(xiǎn)源的輕重程度排
(上接第110頁(yè))
3 結(jié)語(yǔ)
序是一致的，只是度量上稍有不同。對(duì)3位專(zhuān)家的咨詢(xún)?cè)u(píng)價(jià)結(jié)
果進(jìn)行算術(shù)平均，得到各個(gè)潛在危險(xiǎn)源最終識(shí)別結(jié)果：非常暴
雨為0．482，壩基滲漏為0．377，水污染為0．122，恐怖襲擊為
0．019。由此可見(jiàn)，非常暴雨和壩基滲漏的識(shí)別結(jié)果明顯高于
另外兩種危險(xiǎn)源，因此應(yīng)選擇非常暴雨和壩基滲漏作為該水庫(kù)
大壩失事的危險(xiǎn)源，并將其作為重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。
4 結(jié)語(yǔ)
(1)從自然災(zāi)害、大壩事故、運(yùn)行管理、社會(huì)安全等角度，提
煉出土石壩潰壩、漫頂泄洪、水污染等失事類(lèi)型的潛在危險(xiǎn)源
及其作用路徑，建立了相應(yīng)的危險(xiǎn)源集合。
(2)采用Delphi或現(xiàn)場(chǎng)咨詢(xún)方式，充分吸收專(zhuān)家知識(shí)、水庫(kù)
大壩運(yùn)行歷史資料信息，融合AHP方法、信息熵技術(shù)，建立預(yù)
警因子識(shí)別技術(shù)體系，可實(shí)現(xiàn)土石壩潛在危險(xiǎn)源的識(shí)別，為大
壩的安全監(jiān)控確定有效目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
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2006．
【責(zé)任編輯張華巖】
在利用極值原理進(jìn)行土坡穩(wěn)定分析的過(guò)程中，對(duì)于給定的
每一個(gè)可行滑動(dòng)面，極大值原理會(huì)調(diào)整條問(wèn)的內(nèi)力分布以使該
滑動(dòng)面的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到最大值，對(duì)條間作用力的
傾角以及條問(wèn)強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)的分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，提出了一
種條間強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)的分布曲線，基于力的平衡條件推導(dǎo)了一
種新的條分法。該方法在條間滿足摩爾一庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，可嘗
試用于土坡穩(wěn)定分析。
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【責(zé)任編輯張華巖】
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