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基于模糊理論的攔河閘病險(xiǎn)情分析及安全評(píng)價(jià)

文檔作者：賈洪濤文檔來(lái)源：凌源市鑫盛水利建筑工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年04月27日
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科研管理水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)2016年第7期
DOI：10．3969／j．issn．1672—2469．2016．07．027
基于模糊理論的攔河閘病險(xiǎn)情分析及安全評(píng)價(jià)
賈洪濤
(凌源市鑫盛水利建筑工程有限公司，遼寧朝陽(yáng)122500)
摘要：水閘是重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，在灌溉、發(fā)電、防洪、城市供水等方面具有重要作用。我國(guó)多數(shù)水閘建于上
世紀(jì)中期，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等因素制約，加上長(zhǎng)期受到栽荷作用，目前已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損害。本文
以遼寧省十二官攔河閘為研究對(duì)象，分析了當(dāng)前存在的主要痛險(xiǎn)情，基于模糊理論對(duì)該攔河閘進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，根
據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出加固措施。
關(guān)鍵詞：水閘；病險(xiǎn)情；安全評(píng)價(jià)；加固措施
中圖分類(lèi)號(hào)：TV66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672．2469(2016)07．0077．03
當(dāng)前我國(guó)攔河閘安全評(píng)價(jià)主要以專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查
為主，依據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以此對(duì)水閘進(jìn)
行安全評(píng)價(jià)?。但是由于專(zhuān)家們的主觀因素不太一
樣，各評(píng)價(jià)指標(biāo)間又無(wú)確定的權(quán)重系數(shù)，導(dǎo)致攔河
閘安全評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)法真實(shí)反映水閘的真實(shí)狀態(tài)。
1984年，Etherington等人提出了一種基于多指標(biāo)的
模糊群決策理論，針對(duì)含有多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的事件，
建立合理的評(píng)估體系，以更好的指導(dǎo)工程實(shí)際心。3]。
本文基于模糊群決策理論和攔河閘病險(xiǎn)情，建立了
該水閘的安全評(píng)價(jià)體系，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確
定了定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的隸屬度，從而將該模型
轉(zhuǎn)換成多級(jí)模糊優(yōu)選模型。推導(dǎo)了攔河閘評(píng)價(jià)指標(biāo)
的隸屬度矩陣，從而得出全面的水閘安全評(píng)估結(jié)
果。為今后的攔河閘病險(xiǎn)情分析及安全評(píng)價(jià)研究奠
定了理論基礎(chǔ)。
攔河閘安全評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)分為：大特征值
最優(yōu)和小特征值最優(yōu)兩種H1。為了保證數(shù)學(xué)模型的
統(tǒng)一，將大特征值最優(yōu)指標(biāo)的規(guī)格化指標(biāo)值定
義為：
r6=x／x一(1)
小特征值最優(yōu)指標(biāo)的規(guī)格化指標(biāo)值定義為：
L="z rain／x (2)
式1、2中：戈為指標(biāo)值；石?為指標(biāo)最大允許值；
Xmin為指標(biāo)最小允許值。
1攔河閘現(xiàn)狀及病險(xiǎn)情分析
1．1工程概況
十二官水力自動(dòng)翻板閘的閘底為梯形寬頂堰，
堰高0．4m，堰寬2．Om，消力池長(zhǎng)3．Om，基礎(chǔ)深
2．Om，堰體下部用漿砌石砌筑，上部混凝土澆筑
厚度300mm。翻板閘設(shè)計(jì)14扇，分兩段，每扇閘
門(mén)寬7．Om，翻板閘總寬98．3m，閘門(mén)高1．2m。進(jìn)
水閘為單孔，凈寬1．8m，上游用導(dǎo)砂坎攔砂。閘
底板用漿砌石砌筑，表層200#混凝土護(hù)面，閘墩
高4．Om，厚0．6m，長(zhǎng)2．Om，用漿砌石砌筑，表
層用混凝土抹面。工作橋板用0．2m厚鋼筋混凝土
預(yù)制安裝，閘門(mén)槽寬、槽深均為0．12m，閘門(mén)采用
鋼木結(jié)構(gòu)。沖砂閘底板低于進(jìn)水閘0．2m，閘墩高
2。5m。閘墩與閘門(mén)結(jié)構(gòu)型式與進(jìn)水閘相同。
1．2病險(xiǎn)情分析
通過(guò)對(duì)該水閘進(jìn)行常規(guī)安全評(píng)價(jià)，認(rèn)為其病險(xiǎn)
情主要有以下幾個(gè)方面H。5 J：
(1)現(xiàn)河道上下游淤積情況嚴(yán)重，上游淤積深
度已經(jīng)達(dá)到1．5m以上，嚴(yán)重影響河道及閘室的過(guò)
水能力。
(2)翻板閘底板、支墩、翼墻等構(gòu)造物破損嚴(yán)
重，無(wú)法正常運(yùn)用；翻板閘閘門(mén)板破裂；直臂、支
座銹蝕嚴(yán)重，不能翻轉(zhuǎn)；面板間接縫處及面板底部
止水不嚴(yán)，現(xiàn)有多處嚴(yán)重滲漏發(fā)生；面板接縫砂漿
抹縫局部脫落，面板接縫處現(xiàn)已出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。
(3)支墩與支腿表面出現(xiàn)不同程度剝蝕，普遍
有鋼筋外露情況，連桿及滾輪銹蝕嚴(yán)重，局部金屬
構(gòu)件變形。
收稿日期：2015．03．05
作者簡(jiǎn)介：賈洪濤(1981年一)，男，工程師。
·77·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2016年第7期水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)科研管理
(4)左岸沖砂閘木板閘門(mén)腐爛嚴(yán)重，見(jiàn)圖1。
閘前淤積情況嚴(yán)重，嚴(yán)重影響沖砂閘的正常運(yùn)行；
邊墩和翼墻表面出現(xiàn)不同程度的混凝土剝蝕情況。
(5)下游消力池及海漫基本沖毀，消力坎部分
缺失，下游石籠防沖槽已基本沖毀。
(6)水閘啟閉機(jī)已經(jīng)丟失，無(wú)啟閉設(shè)備、閘
門(mén)、監(jiān)測(cè)設(shè)備，存在很大安全隱患。
圖l翻板閘連動(dòng)裝置腐蝕嚴(yán)重
2模糊理論下的安全評(píng)價(jià)
2．1安全評(píng)價(jià)體系
水閘安全評(píng)價(jià)體系指標(biāo)包括定性指標(biāo)和定量指
標(biāo)兩種。其中定量指標(biāo)可以通過(guò)測(cè)量設(shè)備得出準(zhǔn)確
數(shù)據(jù)，而定性指標(biāo)只能人為進(jìn)行評(píng)價(jià)。表1給出了
攔河閘定量指標(biāo)和定性指標(biāo)名稱(chēng)和定義。
表1 攔河閘定量指標(biāo)和定性指標(biāo)
定性指標(biāo)定量指標(biāo)
混凝土強(qiáng)度不同部位的強(qiáng)度值過(guò)流能力不同設(shè)計(jì)情況下過(guò)水能力
岸墻翼墻破壞、傾斜情況滲流穩(wěn)定不同水位差下的滲透水頭
海漫沖刷情況整體穩(wěn)定不同工況下的不均勻系數(shù)
機(jī)電控制設(shè)施老損情況消能設(shè)施消能效果
閘門(mén)銹蝕老損情況
裂縫漏水不同部位的強(qiáng)度值
將表1中的各個(gè)定量指標(biāo)組成指標(biāo)矩陣，X=
(戈。，髫：，?，茁。)7，對(duì)其進(jìn)行規(guī)格化，得到矩陣R
=(r。，r：，?，r。)7。將攔水閘安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的
特征值矩陣規(guī)格化，得到：
S=
矩陣給出特征值，將其匯總后得到特征值矩陣y，
對(duì)定性指標(biāo)的特征值矩陣規(guī)格化，得到：
T=
t11 t12 t13 t14
t2l t22 t23 t24
t^1 tt2?t柚t“
(4)
將定量指標(biāo)的特征值規(guī)格化矩陣和定性指標(biāo)的
特征值規(guī)格化矩陣匯總，得到綜合指標(biāo)的特征值規(guī)
格化矩陣：
S’=
S1I S12
$21$22
Sml Sin2
tll t12
t21 t22
f^l t12
S13 S14
S23 824
Sin3 S耐
t13 t14
t23 t24
t幻tu
(5)
2．2水閘安全評(píng)價(jià)
由于攔河閘局部混凝土強(qiáng)度較低，凍融腐蝕嚴(yán)
重，混凝土炭化剝蝕嚴(yán)重，其耐久性等指標(biāo)均不滿(mǎn)
足要求，抗沖刷能力較差H1。因此用于模糊理論對(duì)
該水閘進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。依據(jù)該水閘的定量分析指標(biāo)
特征值，得出其規(guī)格化矩陣為：R=(0．78，0．54，
0．55，0．61，1，0．69)1，計(jì)算該水閘的安全評(píng)價(jià)
時(shí)選擇四類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即h=4。
根據(jù)指標(biāo)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值的差距，結(jié)合學(xué)者們
的研究情況，確定十二官攔河閘的定量指標(biāo)特征值
矩陣，并對(duì)其進(jìn)行規(guī)格化：
S=
1 0．9 0．8 0．6
1 0．9 0．8 0．6
1 0．9 0．8 0．6
1 0．9 O．8 0．6
l 0．9 0．8 0．6
1 0．9 0．8 0．6
請(qǐng)5位專(zhuān)家對(duì)其打分，總分為100分，根據(jù)現(xiàn)
場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)報(bào)告，得出十二官攔河閘的定性指標(biāo)特
征值矩陣，并對(duì)其進(jìn)行規(guī)格化：
(3)T：
定性評(píng)價(jià)指標(biāo)采取專(zhuān)家打分制，專(zhuān)家根據(jù)指標(biāo)
·78·
56 62
67 52
52 71
32 22
26 32
68 75
58 70 65
6l 54 72
66 53 57
29 40 25
32 42 27
60 59 52
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
科研管理水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)2016年第7期
根據(jù)模糊理論中的二元方法確定各項(xiàng)指標(biāo)的
權(quán)重，首先得到各項(xiàng)指標(biāo)的二元比較矩陣，隨后
對(duì)其進(jìn)行一致性校驗(yàn)，得到標(biāo)度矩陣。根據(jù)矩陣
各行之和確定指標(biāo)的重要程度，并得出相對(duì)隸屬
度關(guān)系，對(duì)關(guān)系矩陣進(jìn)行歸一化處理得到指標(biāo)權(quán)
重向量。
十二官攔河閘安全評(píng)價(jià)相對(duì)隸屬度矩陣為：
U=
0．052 0．051 0．049 0．053 0．050
0。086 0。088 0．092 0．080 0．084
0．166 0．164 0．160 0．158 0．153
0．695 0．697 0．699 0．709 0．713
將隸屬度矩陣帶人級(jí)別特征值向量，計(jì)算出十
二官攔河閘的級(jí)別特征值為3．5。根據(jù)水閘級(jí)別與
特征值關(guān)系表，發(fā)現(xiàn)此級(jí)別特征值不滿(mǎn)足要求，因
此該水閘存在較大安全隱患。
2．3加固措施及建議
由于攔河閘易產(chǎn)生沉陷變形和穩(wěn)定問(wèn)題、滲
透穩(wěn)定問(wèn)題及滲漏問(wèn)題，閘前淤積問(wèn)題非常嚴(yán)重
等，是該工程的主要病險(xiǎn)問(wèn)題，已影響工程基本
功能效益的發(fā)揮和下游居民生命財(cái)產(chǎn)安全，急需
進(jìn)行治理。從模糊理論的計(jì)算結(jié)果看，該攔河閘
已失去水閘應(yīng)有的功能，無(wú)灌溉農(nóng)田和防洪效益，
目前十二官攔河閘存在重大安全隱患，建議改建
或擴(kuò)建。
3 結(jié)語(yǔ)
水閘在灌溉、發(fā)電、防洪、城市供水等方面具
有重要作用。我國(guó)多數(shù)水閘建于上世紀(jì)中期，受當(dāng)
時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等因素制約，加上長(zhǎng)期收到載荷
作用，目前已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損害。以遼寧省
十二官攔河閘為研究對(duì)象，首先對(duì)水閘存在的病險(xiǎn)
情進(jìn)行分析，并基于模糊群決策理論和攔河閘病險(xiǎn)
情，建立了該水閘的安全評(píng)價(jià)體系，在數(shù)學(xué)模型的
基礎(chǔ)上，確定了定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的隸屬度，推
導(dǎo)了攔河閘評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度矩陣，從而得出全面
的水閘安全評(píng)估結(jié)果，為今后的攔河閘病險(xiǎn)情分析
及安全評(píng)價(jià)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
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(上接第57頁(yè))良好的凈水效率。浮動(dòng)濕地系統(tǒng)通
過(guò)水生植物自身的吸收吸附以及根系區(qū)附著的微生
物膜對(duì)污染物質(zhì)的消化、降解而形成的水質(zhì)凈化作
用。水體內(nèi)污染物質(zhì)可為植物及微生物的生長(zhǎng)繁殖
提供養(yǎng)分，植物長(zhǎng)成后的收割可將污染物移出
系統(tǒng)。
試驗(yàn)過(guò)程中，水體水質(zhì)情況受到再生水補(bǔ)水及
雨水徑流等因素影響而產(chǎn)生波動(dòng)。浮動(dòng)濕地系統(tǒng)對(duì)
污染物的去除作用并未受到這些狀況的影響，仍可
以保持較高的去除效率，說(shuō)明浮動(dòng)濕地技術(shù)可以有
效避免外來(lái)水源帶來(lái)的水質(zhì)波動(dòng)。
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