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土石壩危險源識別技術研究

文檔作者：徐璐1.2 文檔來源： 1．河海大學水利水電工程學院 2．河海大學水資源高效利用與工程安全國家工程研究中		點擊數(shù)：	更新時間： 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】
土石壩危險源識別技術研究
徐璐 ，
(1．河海大學水利水電工程學院，江蘇南京210098；
2．河海大學水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，江蘇南京210098)
摘要：為了加強土石壩的安全監(jiān)控和管理，預防潰壩事件的發(fā)生，需對土石壩運行過程中的危險源進行識剮。從自然
災害、大壩質(zhì)量、運行管理、社會安全等角度出發(fā)，建立土石壩潛在危險源集合；采用AHP方法與信息熵技術相融合技
術，建立土石壩危險源識別技術體系和方法，切實可行。
關鍵詞：土石壩；危險源；AHP；信息熵；iXg'l技術
中圖分類號：TV641 文獻標識碼：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．02．051
據(jù)統(tǒng)計，我國建成的各類水庫大壩中91．1％ 為土石壩? 。
這些水庫是國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要基礎設施，在防洪、灌
溉、發(fā)電、供水、航運、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，這些水庫大壩大多修建于2O世紀5O一7O年
代，受當時經(jīng)濟技術條件與社會環(huán)境的制約，普遍標準低、質(zhì)量
差，加上后期管理維護不及時，工程老化失修嚴重，導致這些工
程存在不同程度的病險，在各種外界與內(nèi)部因素作用下，可能
發(fā)生潰壩險情，對下游造成巨大甚至是毀滅性的打擊。
因此，在土石壩運行管理過程中，有必要通過一定的方法
識別水庫大壩的危險源，并將其作為重點監(jiān)控對象。
1 土石壩潛在危險源
導致大壩失事的原因多種多樣，為了從整體上把握土石壩
潛在危險源，根據(jù)土石壩的工作環(huán)境、運行狀況、管理人員的管
理水平等，分別從自然災害、大壩質(zhì)量、運行管理、社會安全等
角度，歸納土石壩失事的潛在危險源，以及由危險源導致大壩
不同種類失事類型的路徑，進而建立潛在危險源集合。
土石壩潛在危險源包括非常降雨、蟻穴、庫區(qū)滑坡泥石流、
地質(zhì)構造運動、雷電以及水污染事件等，詳見圖1。
土石壩的事故類潛在危險源可分為兩類：①大壩質(zhì)量類，
包括壩體填筑質(zhì)量、壩基防滲及處理質(zhì)量等；② 運行管理類，包
括管理人員技術水平低、運行方式不當、誤操作、管理不到位
等，詳見圖2。除此之外，土石壩潛在危險源還有社會安全類，
主要包括戰(zhàn)爭、恐怖襲擊等，詳見圖3。
2 土石壩危險源識別技術
由上述分析可知，導致土石壩失事的潛在危險源很多，但
如果把每種潛在危險源都作為大壩的安全監(jiān)控對象，監(jiān)測成本
勢必要提高許多，耗費較多人力物力；此外，在一定自然環(huán)境與
社會環(huán)境里，影響水庫大壩安全的控制性危險源往往是有限
的，因此沒有必要把每種潛在危險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．方法與熵技術引入到土石壩危險源識別中來，建立了土石
壩危險源識別技術體系，在錯綜復雜的影響因素中，識別出對
大壩安全影響程度最大的一個或幾個危險源作為重點監(jiān)控
對象。
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庫區(qū)泥石流 r
然 f地質(zhì)構造運動 I【— 一． 而 ／
因 I素 鼠洞、蟻穴v-~V／— — — — ／ 浮蛔 0
類 l火山活動 墮
I天l 體撞擊水庫 3／／
風浪 —．．1護坡破壞或大涌浪V ／
．{ 雷電 卜 破壞配電、通信、觀測設施等J
l 酸雨 卜’ ，I破壞庫區(qū)植被、腐蝕金屬設備等l >I供水危險J
l水污染事件卜_- ·f破壞生態(tài)環(huán)境、威脅人類健康等}
潛在危險源 作用路徑 失事類型
注：漫壩不包括潰壩。
圖1 土石壩自然災害類潛在危險源集合
2．1 層次分析法
土石壩危險源的識別，首先需要利用專家知識，基于歷史
收稿日期：2009—07-23
基金項目：國家自然科學基金資助項目(5053~O30，50539110，50539010，5080oA)25，
50879024)；“十一五”國家科技支撐計劃項目(20o6BAC14BO3，20070294023，
2008BAB29B()3，2008BAB29B06)；中國水電工程顧問集團公司科技項目(CHC—
KJ一2007—02)；江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”科研項目(2017一B08037)。
作者簡介：徐璐(1986一)，女，江蘇海安人，碩士研究生，研究方向為大壩安全
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源條理化，排除在所需 一化處理，其結果表示為
時間尺度和空間尺度內(nèi)不可能出現(xiàn)的影響因素，進而篩選出可
能性較大的危險源，并建立層次結構圖。
兩 ．
J防滲墻反濾不當
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 悟
、繞壩防滲等f／
} 不合格 I／／
l坡}匕設計不當『／
、
陌
l管理人員技術水平低L
蓮，一 常情況未及時處理卜， >I輕度事故
行管 I溢洪道未及時清理卜 ＼ ＼一
． 理類 l泄洪閘門開啟教障 — 廠二= = =： 二 ／
醫(yī)耍 亙卜__ ．
影響因素 作用途徑 突發(fā)事件
圖2 土石壩事故類潛在危險源集合
會社 l戰(zhàn)爭類事件 焉 ! ．
L_= 二_J
安 l恐怖襲擊類事件
全
類 l其他故意破壞類事件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 土石壩社會安全類潛在危險源集合
層次分析法(AHP法) 由美國運籌學家T L Saaty于20
世紀70年代中期提出，該法是把定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題的
一種十分有效的方法，在目標因素結構復雜且缺少必要數(shù)據(jù)的
情況下，可借助專家知識進行定量化，非常實用。其主要步驟：
① 建立層次結構圖；② 相對重要度計算。采用Delphi方法或者
現(xiàn)場咨詢方式，廣泛征求相關專家的意見，將隸屬于同一失事
類型的各個因素之間的相對重要度進行兩兩比較，形成判斷矩
陣A，并用1～9比例標度法對重要性程度進行賦值。求出矩陣
A的最大特征值A 和特征向量∞ =( ，∞ ，?，∞ )，并將
其歸一化，歸一化后的結果即為各個危險源相對于失事事件的
重要性的排序。③ 判斷矩陣的一致性檢驗。一致性指標為C ，平
均隨機一致性指標為蜀 J，當c =C。／R，<0．1時，認為判斷
矩陣是令人滿意的，否則判斷矩陣具有無法接受的不一致性，
需要重新賦值，重新修正，直到通過一致性檢驗。
2．2 相對重要度的熵技術修正
盡管AHP方法識別問題的系統(tǒng)性較強，可靠性也相對較
高。但是，在采用專家群決策的時候，難免出現(xiàn)標度把握不準
和部分信息丟失等問題，為此可以采用信息論中的熵技術進行
修正 。 ，減小確定相對重要度的主觀性。
“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。首先把構造好的判斷矩陣進行歸
· 】12 ·
b 為因素i相對于因素 的重要程度，定義第 項因素的熵值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)。
對于給定的因素 ，其他因素相對于它的重要性程度
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，排序權重越
大；相反，若其他因素相對于因素 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)
定義因素的信息權重系數(shù) ，為
d
= (4)
d
利用信息權重 ，修正AHP方法所得出的重要性排序權重 ，
記為．r，，則
= (5)
Σ心
=l
2．3 危險源識別技術流程
建立土石壩危險源識別技術體系，其流程見圖4。
圖4 土石壩危險源識別技術流程
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個危險源作為該水庫失事的潛在危險
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，邀請了3位專家參與評價，所得判斷矩陣如下：
人民黃河2010年第2期
A專家評價得
B專家評價得
C專家評價得
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
按照圖4所示方法計算得到該水庫潰壩影響因素的相對
重要度見表1。
表1 危險源相對重要度咨詢評價結果
根據(jù)表1可知，不同專家對4種潛在危險源的輕重程度排
(上接第110頁)
3 結語
序是一致的，只是度量上稍有不同。對3位專家的咨詢評價結
果進行算術平均，得到各個潛在危險源最終識別結果：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，非常暴雨和壩基滲漏的識別結果明顯高于
另外兩種危險源，因此應選擇非常暴雨和壩基滲漏作為該水庫
大壩失事的危險源，并將其作為重點監(jiān)控對象。
4 結語
(1)從自然災害、大壩事故、運行管理、社會安全等角度，提
煉出土石壩潰壩、漫頂泄洪、水污染等失事類型的潛在危險源
及其作用路徑，建立了相應的危險源集合。
(2)采用Delphi或現(xiàn)場咨詢方式，充分吸收專家知識、水庫
大壩運行歷史資料信息，融合AHP方法、信息熵技術，建立預
警因子識別技術體系，可實現(xiàn)土石壩潛在危險源的識別，為大
壩的安全監(jiān)控確定有效目標。
參考文獻：
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[4] 黃典劍，李傳貴．突發(fā)事件應急能力評價[M]．北京：冶金工業(yè)出版社
2006．
【責任編輯張華巖】
在利用極值原理進行土坡穩(wěn)定分析的過程中，對于給定的
每一個可行滑動面，極大值原理會調(diào)整條問的內(nèi)力分布以使該
滑動面的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達到最大值，對條間作用力的
傾角以及條問強度發(fā)揮系數(shù)的分布進行了統(tǒng)計分析，提出了一
種條間強度發(fā)揮系數(shù)的分布曲線，基于力的平衡條件推導了一
種新的條分法。該方法在條間滿足摩爾一庫侖強度準則，可嘗
試用于土坡穩(wěn)定分析。
參考文獻：
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【責任編輯張華巖】
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