浅谈水闸工程安全评价的必要性及理论研究

2015-04-10李凯

绥化学院学报 2015年9期

关键词：病险水闸老化

李凯

（绥化学院农业与水利工程学院黑龙江绥化 152061）

浅谈水闸工程安全评价的必要性及理论研究

李凯

（绥化学院农业与水利工程学院黑龙江绥化 152061）

水闸是水利工程中的重要基础设施之一，然而，在各种不可抗因素的长期影响下，水闸开始出现各类病险问题，其自身功能无法正常发挥，人民的生命财产安全也将受到严重威胁。除险加固工作的首要任务是进行水闸工程的安全评价。因此，其相关评价工作的理论与技术是非常值得深入研究且具有广阔实用前景的。

水闸；病险问题；安全评价

一、安全评价工作的必要性

我国大力推行水利工程建设，其中水闸工程分布十分广泛。截至2013年底，据《全国水利发展统计公报》统计，我国已建成流量为5立方米每秒及以上的水闸98192座，包括大型水闸870座。其中，分洪闸7985座，排（退）水闸17509座，节制闸55758座，引水闸11106座，挡潮闸5834座。水闸影响着社会生活的方方面面，并且能够有效保障人民群众的生命财产安全和工农业生产的安全进行，是我国公共安全事业重要的公益性水利工程。

然而，水闸在各种自然因素，如荷载、水污染、渗透破坏、气候、洪水和泥沙淤积等的长期作用下，其各部分构件都发生老化甚至破损等情况，加之很多水闸都缺乏正常的管理维护工作，使得水闸的老化病害现象更加严重。病险问题的存在将导致水闸的使用功能得不到正常发挥，甚至会成为防洪的心腹之患。

根据全国水闸安全普查等工作不完全统计，我国水闸的病险比例高达三分之二，在对病险水闸的各类安全隐患调查中发现，水闸的钢筋混凝土结构严重破坏约占76％，闸门及其配套机电设备损坏以及老化失修占75％左右，闸下游消能防冲设施严重损坏占42％左右，渗流破坏或结构失稳占32％左右，其他如通信设施和交通车辆不足、防渗铺盖、闸位布置不合理、防汛道路损坏、管理房屋失修、翼墙、堤岸护坡损坏以及缺少备用电源等大约占50％。因此，面对我国水闸工程如此严重的病险状况，开展全国大规模的病险水闸的除险加固工作势在必行。

水闸工程的病险状况一直被国家所高度重视，在《水闸安全鉴定规定》、《水闸工程技术管理规程》、《中华人民共和国防洪法》、《中华人民共和国水法》和《水闸安全鉴定管理办法》等法律、规范中都明确地指导和规范了病险水闸的除险加固工作。全国水利工作会议曾提出，病险水库（其中包括大中型病险水闸）除险加固工程将作为“十大水利工程建设”的重中之重。因此，大中型病险水闸的除险加固工作必将是水利行业未来一段时间内的重点工作。

二、安全评价理论研究

我国学者在水闸工程安全评价的理论方面取得了很多成果，研究主要是基于一些系统的数学模型再结合其他行业的先进方法，针对水闸工程进行安全评价。这些理论成果主要包括层次分析评判法、加权递阶评估法、模糊集合论评估法、灰色理论评估法、模糊综合评判法以及物元可拓理论综合评估法等。

（一）层次分析评判法（简称AHP法）。这种方法可以将复杂的目标问题分解为基本的单位元素，再将这些元素按照属性进行分类，形成不同层次。应用时，安全评价通常将单位元素分成三个层次，即混凝土构件的安全性、适用性和耐久性，将待评定的各因素两两比较，并对其相对重要性进行排序，最终确定水闸的安全等级。这种评价法适用于水闸这类定性与定量兼具的多目标决策分析问题，并且在其他领域中也得到了广泛的应用。但是，要素选择的合理与否将直接影响AHP法进行决策的准确度。

（二）加权递阶评估法。该方法根据水闸失事和老化病害的实际情况确定评估指标，并在统计分析实际检测资料和长期观测成果的基础上，利用专家的经验知识对评估指标进行量化。各评估指标的权重系数是由层次分析法确定，并对其进行一致性检验进而通过加权递阶运算分析得到待评价水闸老化状态的评估结果。该研究操作简便且具有一定的准确性，主要适用于中小型水闸，大中型水闸初步评估时，也可以使用。

（三）模糊集合论评估法。该方法将水闸分解成若干个部件，并且就每个部件的三大可靠性指标进行单因素评估，计算出部件老化的综合隶属度，最终得到整个水闸的老化级别。这种评估法以工程实际检测资料为基础，结合现行的水利行业标准和规范对水闸的老化状态进行评估，评估结果相比于层次分析法和加权递阶评估法更加准确。而且通过单个部件的老化评估进而完成整个水闸的老化评估，使得该方法应用上操作简便，并且指标因素比较全面，比较适用于大中型水闸的老化问题研究。

（四）灰色理论评估法。这种评估方法在评价指标体系的选择上打破了以往基于可靠性作为标准的模式，选择以水闸安全状态为总目标，工程现状调查、工程安全检测和工程复核计算为子目标建立评价指标体系，能够最大限度地与“水闸安全鉴定报告”相吻合。水闸工程常常由于管理不善、水下结构检测困难等原因造成信息不完全等现象，可以将灰色系统理论应用于水闸工程的安全评价。评估时，在评价指标体系的基础上建立白化函数得到白化值，再计算得到灰评价值，从而得到水闸的老化状态的总评价值。该方法主要适用于大中型水闸的安全综合评价。

（五）模糊综合评判法。作为定性分析与定量分析综合集成的常用方法，模糊评价法在工程中被广泛应用。其基本思路是：确定影响因素，建立水闸工程的评价指标体系，通过指标权重集和隶属函数的确定，建立模糊评价矩阵，然后综合分析计算得到最终评价报告。该方法的关键问题在于指标权重的确定，因此，赋权方法的选择和改进研究将是模糊综合评判法在水闸安全评价应用方面的重点。

（六）物元可拓理论综合评估法。在系统研究中，存在着大量的不相容问题，物元理论可以化不相容问题为相容问题，使问题得到合理解决。目前，物元可拓理论在物流、地表水环境以及土地整理等方面的应用已经取得较好的成果，而在水闸安全评价方面应用却较少。该方法在实际检测数据的基础上确定各指标权重，然后建立经典域、节域和待评物元矩阵，通过综合分析运算得到综合关联度值，进而得到水闸安全评价等级。已有研究验证了该方法在水闸安全评价方面的可行性，但其指标体系的确定以及指标权重的确定方法均应该进行深入的研究，使其成为一种适用性更强、更具科学性的评价方法。

三、结论

水闸工程的安全评价工作是除险加固工作的重中之重，但是目前国内仍然没有统一的评价标准以及一整套统一的水闸工程安全评价方面的理论系统。因此，研究一套简单且通用的安全综合评价系统，是今后水闸工程安全评价方面的重点内容。

水闸安全性能的影响因素众多，且涉及的指标众多，决定了水闸工程的安全评价是一个多目标的复杂问题。物元可拓理论在水闸工程的评价方面应用很少，但是在其他多目标复杂问题的安全评价方面应用却很广泛，并且已经取得了很好的成果，因此今后水闸工程的安全综合评价可以引用物元可拓理论进行深入研究，验证其在水闸安全评价方面的可行性。

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