模糊层次综合评价法在渡槽安全评价中的应用

刘涛

摘要：目前我国未有详细的关于渠系建筑物的安全评价导则，本文参考《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）将渡槽安全类别分为四类。本文将层次分析法和模糊数学理论结合起来，先采用层次分析法确定渡槽各影响因素在安全评价中所占的权重，再采用模糊综合评价法进行评价，综合判断渡槽的安全类别，具体工程实例采用该方法的评价结果与该渡槽安全评价单位所得出的结论一致，该方法简单、实用、评价结果可信，具有一定的工程应用价值。

关键字：渡槽安全评价 层次分析法 模糊数学法

中图分类号： X932 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2015）01（c）0000-00

1 前言

灌区渠系建筑物的建设有利于农田的灌溉、农业的发展，渡槽属渠系建筑物中的一种，主要为渠道与山谷、道路等相交时所修建的建筑物，可对整个灌区的正常运转起着重要作用。水利工程的建设需要消耗大量的人力物力，因此应尽可能的延长其使用寿命，方可符合可持续发展战略，而在对其维修、加固前，必须经过全面的安全评价。目前我国未有详细的关于渠系建筑物的安全评价导则，本文参照《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）将渡槽安全类别分为四类，分别为一类（正常）、二类（基本正常）、三类（不正常）、四类（危险）。

模糊层次综合评价法[1]是将层次分析法和模糊数学理论结合起来，使用层次分析法先确定各指标的权重，再采用模糊综合评价法进行综合评定。该方法可在渡槽安全评价中得到运用。

2 模糊层次综合评价法基本原理

2.1构建渡槽安全评定层次结果关系

影响渡槽安全的因素有很多，如渡槽的水力、结构、地基条件，运行管理情况等，它们之间互相作用、互相联系、相互影响，笔者据此构建层次结构模型：目标层P、以及指标准则层E、二级指标层U、三级指标层K。

2.2利用层次分析法确定各指标权重

（1）按照层次结构图，采用1～9标度法[2]，在同层元素中进行两两比较，建立判断矩阵，以确立各元素的权重。

表2-1 1～9标度的含义

标度 含义

1 元素Ⅰ与元素Ⅱ同等重要

3 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，稍微重要

5 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，明显重要

7 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，强烈重要

9 元素Ⅰ跟元素Ⅱ相比，极端重要

2、4、6、8 介于上列重要度之间

（2）按照公式（1）确定同一层各元素对于上层某元素的相对重要度的排序权值。

（1）

式中： 为所求的权重值，nb为某一判断准则的影响元素数量； 为判断矩阵中的元素值，表示元素Ⅰ相对于Ⅱ的重要性。

（3）进行判断矩阵的一次性检验：计算判断矩阵的一致性指标以得到其偏离一致性的程度。一致性指标C.I.采用公式（2）计算，所得出的值越小，判断矩阵一致性越好。

（2）

按上述步骤所得的层次结构模型及各元素权重值见表2.1所示。

表2.1 渡槽安全鉴定层次结构模型及各元素权重值

目标层P 准则层E 权重 二级指标U 权重 三级指标K 权重

渡槽安全评价 水力条件评价E1 0.09 流速 0.1220 进口流速 0.5000

出口流速 0.5000

过流量 0.3196 1.0000

槽身超高 0.5584 1.0000

运行管理评价E2 0.08 渡槽观测 0.1494 1.0000

渡槽维修 0.4742 1.0000

渡槽管理 0.3764 1.0000

结构变形评价E3 0.26 槽身 0.1618 跨中挠度 1.0000

拱架、横墙或支墩 0.7510 顶部水平位移 1.0000

渐变段 0.0872 进口 0.5000

出口 0.5000

结构破损、渗漏评价E4 0.32 槽身 0.3329 表面破损 0.1109

钢筋外漏、锈蚀 0.4176

裂缝与漏水 0.4715

拱架、横墙或支墩 0.3133 表面破损 0.1109

钢筋外漏、锈蚀 0.4176

裂缝与漏水 0.4715

止水材料 0.3538 1.0000

基础评价E5 0.25 基础 0.4000 1.0000

地基 0.6000 1.0000

2.3模糊综合评价

（1）确定隶属函数

本文研究的隶属函数采用半梯形分布函数来确定指标的隶属度，见公式（3-5）。

（3）

（4）

（5）

式中： 表示某一指标的标准值， 表示该指标的实际值（对于不能定量表示的定性指标，采用工程经验和专家打分相结合的方法评定）， 表示该指标的隶属度。

（2）模糊综合评价

将已有元素量化的数据代入上述隶属度函数中，可得到模糊关系矩阵R。运用模糊数学中的模糊运算B=W·R进行模糊综合评价，其中W为权向量，B为评价向量。计算式从最底层开始，逐层向上综合，最终得到最顶层的评价值向量B=（b1，b2，…，bn），B需满足归一化条件。最后根据总体评价值，通过最大隶属度法确定渡槽评价的总体结论[3]。

3某渡槽模糊综合评价实例

某渡槽建设于1977年6月，设计流量2.64m3/s，加大流量3.30m3/s，全长175.36m，其进口渐变段长14.78m，槽身段长141.40m，出口渐变段长19.18m。渡槽为空腹型双曲拱结構，槽型为有拉杆矩形槽，槽内净宽2.00m，高1.65m，钢筋混凝土槽身，主拱共5跨，单跨23m，腹拱44跨，单跨1.8m，基础采用混凝土扩大基础。

现场调查发现该渡槽槽身、进出口渐变段、主拱、腹拱裂缝较大，止水材料老化，渗漏严重，侧墙混凝土局部缺失，钢筋外漏锈蚀严重，混凝土强度满足规范最低要求，碳化深度未能达到钢筋保护层厚度。经计算当采用设计流量时，流速及渡槽超高满足规范要求，采用加大流量计算时，流速及超高不满足规范要求。为了确保渡槽的安全运行，充分发挥灌溉效益，急需对其进行安全评价及除险加固。

3.1建立模糊矩阵

将各指标的实测值与标准值代入隶属度函数中得到该渡槽安全评价的模糊矩阵为：

。

按照公式B=W·R从最底层开始，逐层向上进行模糊评价，经计算， ，满足归一化条件，最大隶属度为0.4996，按照最大隶属度原则，该渡槽处于不正常状态，需要对其进行除险加固。

4结论

该渡槽基于本文方法得出的评价结论与安全评价单位作出的“三类”（不正常状态）评价一致，说明模糊层次综合评价法的评价结果是可信的，该方法可区别各种因素对渡槽安全的影响，和目前通用的评价方法相比，能作出更加直观、准确的定量化评价，方便实用，值得推广。

参考文献：

[1]杨建斌，张慧.大型水利项目风险模糊层次综合评价方法研究.人民长江，2007，38（6）：148-150.

[2]李晓璐，李春霜，李德玉，等.基于多层次模糊分析法的大坝安全评价研究[J].人民长江，2010，41（17）：92-95

[3]相杨.灌区渠系建筑物安全鉴定方法研究.华北水利水电学院硕士学位论文，2011-05.