基于定量化指标体系的水闸安全综合评价方法研究

闫凤新，李 瑞

（天津市永定河管理处，天津 300131）

1 前言

水闸作为我国水利基础设施的组成部分，在防洪、排涝、灌溉、供水、挡潮、航运和水力发电等方面发挥着重要的作用。目前，全国水利部门管理的大、中型水闸共3 700 余座，大多数水闸已运行30 余年，部分水闸存在着闸室不稳定、渗流不稳定、沉降、地震破坏和工程老化等问题，普遍进入病险期，其中一部分水闸不能满足安全控制运用的要求。上世纪90年代以来，水利部门加大对病险水闸的安全鉴定和除险加固的投资，为规范水闸安全鉴定工作，水利部先后颁布了 《水闸安全鉴定规定》（SL214-1998）和《水闸安全鉴定管理办法》，为水闸安全鉴定工作提供操作标准。该规范及管理办法对水闸安全鉴定工作的主要工作程序、内容和水闸安全类别作了明确规定，由专家组根据调查分析、安全检测和复核计算三项成果，在综合分析各项安全分析评价内容基础上，以专家鉴定的形式提出水闸安全鉴定结论，并评定水闸安全类别。

水闸安全鉴定结论是上级部门科学决策的依据，制约今后工程设计、投资建设和运行管理等各项工作，必须严肃对待。根据现行规范要求，在安全检测和复核分析成果基础上，以《水闸安全鉴定规定》和《水闸安全鉴定管理办法》为依据，建立一套评价指标体系，研究水闸评价指标的量化标准和度量方法，为鉴定专家提供客观的评价数据，将极大地提高水闸安全鉴定组织单位对水闸安全鉴定的准确性和工作效率，同时还可为上级决策部门提供科学合理的决策依据，有效地指导水闸安全鉴定工作。

2 水闸安全综合评价指标体系

2.1 指标体系建立的原则

指标体系，是指为完成一定研究目的而由若干个相互联系的指标组成的指标群。指标体系的建立不仅要明确指标体系有哪些指标组成，更应明确指标之间的相互关系，即指标结构。

安全评价的核心问题是确定评价指标体系，而指标体系是否科学、合理直接关系到安全评价的质量，因此指标体系必须科学地、客观地、合理地并尽可能全面地反映影响系统安全的所有因素。据此，评价指标体系应坚持目的性、完整性、可操作性和可比性原则。

2.2 指标体系的建立

结合大量水闸调研资料，在对影响水闸安全的主要因素进行深入研究的基础上，甄选出最具代表性的指标，按照指标体系建立的原则性要求，结合水闸安全综合评价实际工作的需要，建立了一套科学合理的水闸安全评价指标体系。水闸安全综合评价指标体系，如图1 所示。

图1 水闸安全综合评价指标体系

指标体系按照组成水闸整体的各个主要部分以及各自承担的主要工程和部位进行分类，将主体混凝土建筑物、附属建筑物、下部基础、金属设备、观测设施5 项设为一级指标。二级指标按照同样的标准对一级指标进行细化，三级指标根据二级指标的性质按照可量化要求选取反映相应二级指标主要特征的指标。

在对水闸主要结构进行评价的基础上，提出了复合计算的评价指标，将水闸的功能性指标和结构指标同时作为考量水闸安全性的指标。复核计算中的一级指标对应的二级指标反映了实现水闸功能和自身安全的主要特征。

2.3 指标体系的赋权

水闸工程安全综合评价采用打分制，满分为100 分。根据水闸调研工作和咨询专家意见，对主体混凝土建筑物、附属建筑物、下部基础、金属设备、观测设施5 项一级指标及对应的二级、三级指标进行赋分，各级指标赋分情况如图1 所示（三级指标仅列出代表性指标）。

2.4 指标体系的量化标准

水闸工程安全综合评价6 项指标反映了工程各部分不同方面的安全性要求，有些指标是可以度量的，如材料强度、抗滑稳定安全系数、裂缝宽度及数量等； 有些指标是无法精确度量的，如栏杆破损程度、混凝土表面状况、启闭系统的控制能力等。下面对各类指标的量化方法进行简要说明。

（1）可度量类指标：以混凝土强度为例说明可度量类指标的量化方法。混凝土强度的评定以工程现场检测推定的混凝土强度值（fx）和原设计或《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-1996）规定的混凝土强度（fc）的比值（f）作为评价指标。

指标评价标准如下：

（2）不可度量类指标：以栏杆破损程度为例说明不可度量类指标的量化方法。栏杆作为工作桥和交通桥的组成部分，对保护桥上行人安全起到重要作用。

指标评价标准如下：

a 级 结构完整，无松动，个别构件出现微细裂纹安全评价系数0.8～1.0

b 级 少数构损、脱落，5%以内构件有松动、裂缝、剥落 安全评价系数0.6～0.8

c 级 15%以内构件缺失、开裂、剥落、露筋、锈蚀、破损、脱落 安全评价系数0.4～0.6

d 级 15%以上构件严重损坏、错位、变形、脱落、残缺 安全评价系数0～0.4

（3）复核计算指标：水闸的复核计算包括过流能力、防洪能力、抗滑稳定、抗震稳定、防渗稳定、消能防冲能力6 项二级指标。

以过流能力为例说明复核计算指标的量化方法。水闸过流能力的评定以实际最大过闸流量与规划最大过闸流量的之比（Q）为评价指标。

指标评价标准如下：

3 水闸安全综合评价方法

3.1 二级指标分值和系数的计算

水闸工程综合安全评价的6 个一级指标中主体混凝土建筑物、附属建筑物、下部基础、闸门和启闭机及电气设备、观测设施5 个一级指标的评价以分数的形式表示，分值分别为Mi（i=1，2，…，5），对应二级指标分值分别为Mij（i=1，2，…，5；j=1，2，…，n），其中n 为二级指标个数，的计算方法为：构成该二级指标的各级子指标赋分值乘以该子指标的安全评价系数后再累加求和。

复核计算指标的安全评价以系数的形式表示，由过流量、防洪能力、抗滑稳定性、抗渗稳定性、抗震能力、消能防冲能力6 个二级指标构成。二级指标的系数为γi（i =1，2，…，6）。

3.2 评分方法及步骤

第一步，按照指标评价标准确定主体混凝土结构、附属结构、下部基础、金属结构及电气设备、观测设施5 个一级指标所包含的二级指标的评分，将其累加即得到水闸安全状态总分值

第二步，按照指标评价标准确定复核计算一级指标所包含的二级指标的安全评价系数，将其累乘即得到水闸安全状态总系数

水闸工程安全性的评价结论为：

最终评价得到的水闸工程安全综合评价分为A、B、C、D 4 个等级，用模糊语言表示即为良好、一般、差、较差。A 级表示水闸安全性或评价指标满足国家现行规范（标准）或设计要求，无影响正常运行的缺陷，按正常维护即可保证正常工作，不必采取其他措施；B 级表示水闸安全性或评价指标略低于国家现行规范（标准）或设计要求，存在局部较轻的损坏或缺陷，经维修后可正常使用；C 级表示水闸安全性或评价指标不满足国家现行规范（标准）或设计要求，影响正常使用，但不至于随时发生事故，应采取措施处理方可正常使用；D 级表示水闸安全性或评价指标严重不满足国家现行标准（规范） 或设计要求，存在严重安全问题，随时有发生事故的可能性，必须立即采取措施。

4 水闸安全综合评价实例

选取宁车沽防潮闸、蓟运河防潮闸、海河二道闸和九丈窝分洪闸为计算实例，根据水闸工程的现状调查、安全检测、复核分析计算成果资料，基于水闸工程安全综合评价方法对上述四闸进行水闸安全综合评价，并将其结论进行对照，其结果见表1。

表1 水闸安全综合评价实例

5 结论

按照层次分析法的基本原理，建立一套系统的水闸安全综合评价指标体系，将水闸的功能性指标和结构指标同时作为考量水闸安全性的指标，创新性地提出了带有复合计算的水闸安全综合评价方法，使评价方法更加全面、科学。之后，进行了实例验证，评价结果与基于传统专家经验法的鉴定结论相吻合，说明了本评价方法和指标体系是与传统评价标准相一致的，其评价结果可为实际工程提供参考。