突变评价法改进及其在土石坝施工期风险评价中的应用

关艳庆

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)



突变评价法改进及其在土石坝施工期风险评价中的应用

关艳庆

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

影响土石坝工程安全施工的影响因子较多，施工期间各影响因子又相互作用，一经忽视极易发生土石坝的失稳事故，严重威胁施工作业人员和附近居民的生命财产安全。文章针对传统突变评价法的不足，进行全面的研究与改进，确定了将评价值从密集型分布改进成均匀型分布；通过S型曲线构造出回归方程，得到了优化改进值，使评价值的分布更为直观，由对象分析及汤河水库施工期风险评价，验证了改进后方案的实用性及可靠性，为类似项目的风险评价提供可参考研究结论。

突变评价法；土石坝；坝体施工；风险评价

土石坝工程具有危险性高、施工时间长、影响范围大等特征，施工期间各种突发性因素可能造成工期、成本等达不到预期目标。施工作业时因环境、气候等外部影响因子的相互作用，极易发生土石坝失稳事故，因此，为达到绿色、安全、高效的施工目标，对施工期的评价研究和分析必不可少。

葛巍[1]等，对施工期的项目层次及隐患详细划分，建立WBS-RBS矩阵及AHP模型分别对安全隐患进行风险辨识及程度划分，分析了安全隐患影响因子及各项目层次的比重，从而达到风险评价的目的。李宗坤[2]等采取集对分析的措施，构造出联系度矩阵，全面、系统地探讨了各指标与隐患程度的关系。基于传统AHP方法，在区间数学的基础之上进行研究，建立了判断矩阵，优选出各风险影响因子的权重，构造出风险评价模型。葛巍[3]运用Monte-Carlo理论构造了风险动态评价模型，研究了各影响因子对施工期风险的作用性质，利用ALARP及F-N曲线选取风险指标，有效地评价了土石坝施工期的风险水平。徐黎明，赵振宇，苏石亮[4-6]等也在运用不同模型对施工期风险进行了评价。

国内外专家学者对土石坝施工期风险评价进行了一系列的研究，取得了丰硕的成果。但是，在坝体施工风险评估中的运用仍存在较多值得商榷的地方。文章对传统的突变评价法进行了改进，对各影响因子进行量化分析，降低了人为因素对评价造成的影响，结合汤河水库坝体施工验证了该评价方法的可靠性，对类似工程的评价具有重要意义。

1 传统突变评价法的基本理论及特点

1.1 基本理论

突变理论即探讨势函数F(x)的极小值状态，研究状态突变点两侧间断性变化特点。运用归一公式对(X,Y)量化，之后运用F(x)进行递推计算，最后得到综合评价值。突变模型见表1所示。

表1 常用的突变模型

1.2 突变评价法特点

1)优点：定性分析评价指标的比重，避免了人为因素引起的误差。

2)缺点：基于归一公式得出综合评价值高于平均水平，与直观判断结果差异较大；底层指标隶属度值与综合评价值负相关，影响评价成果的利用。

2 突变评价法的改进

突变评价法在风险评估方面已取得相当大的进展，但对于该方法缺陷的优化研究相对不足。文章基于突变评价法的缺陷，做出了优化方案。

2.1 改进方法

根据多种模型的比较，优选出S型曲线来拟合x、y关系来对突变评价法进行改进。

1)构建对应关系

运用传统突变评价法构造出综合评价值yi(i=1,2,…,n且yi∈[0，1])与隶属度值xi(i=1,2,…,n且xi∈[0，1])之间的关系。

2)回归模型中相关参数的估计

利用S型曲线的拟合，得出回归函数：

(1)

令y′=1/y,x′=1/ex使得到的回归方程呈线性分布。

y′=a+bx′

(2)

选取似然估计确定a、b的值：

(3)

则回归方程为：

(4)

3)检验线性模型的可靠性

由此构造分布统计量：

(5)

给定显著性水平α(一般取α=0.05)，若F≥fα(1,n-2)则回归模型是显著的。

将y′=1/y,x′=1/ex带入式(4)，得：

(6)

4)计算改进的突变评价值

将传统突变评价法的y值投影到x值上作为(4)中回归函数的突变评价值，经过此番处理，可将密度较大的评价值分离开来。

2.2 改进的突变评价法计算流程

按照以上探讨，其计算流程如图1所示。

图1 改进后突变评价法的计算流程

2.3 改进方法的合理性验证

将辽阳市2015年涝灾突变评价(对象1)和辽阳市灌溉水资源突变评价(对象2)作为验证体系，针对文章的回归函数进行合理性与可行性的研究。

1)按照改进后的计算方法得到拟合函数：

(7)

对于该拟合函数，F=142.13>F0.05(1,8)=5.32，回归模型是显著的。

2)按照改进后的计算方法得到拟合函数：

(8)

对于该拟合函数，F=87.66>F0.05(1,13)=4.67，回归模型是显著的。

将初始综合评价值映射到底层指标隶属度值上，得到改进的突变评价值，见表2。

表2 常规法与改进法评价结果对比

从表2的数据得出，突变评价改进值与传统值比较，不但等级排列相同，而且将取值区间进一步扩大，更加符合直观的优劣判断。因此，文章对传统的突变评价法的改进是行之有效的。

3 基于改进突变评价法的土石坝施工期风险评价

汤河水库位于辽阳市是太子河流域防洪灌溉的关键性工程。根据国家的整体规划，为达到小凌河流域的治理目标，设计单位对汤河水库的修建制定了3种方案，如表3所示。汤河水库监管机构邀请专家从危险性、可靠性、功能性等多方面进行评估，文章按照所述计算流程对3种方案的施工期风险性进行评价。

表3 3种方案指标对比

3.1 评价指标体系的构建

风险指标体系选取应综合考虑安全性、适用性、整体性、环保性等要求。结合汤河水库的工程规模及地理位置的气候、水文等因素，详细探讨了可能出现的各种突发性情况，根据专家研讨及理论分析，最终优选出指标体系见图2。

图2 汤河水库风险评价指标体系

3.2 风险评价

1)指标的标准化

考虑到突变评价法的使用准则，需对指标进行标准化处理。

对于越大越优型指标，采用：

(9)

对于越小越优型指标，采用：

(10)

2)突变评价值的计算

根据表1提供的公式，将各指标归一化处理，对于综合评价值应计算应考虑2个原则：①对应于同一指标的不同控制变量，当出现耦合效应的时候，应运用“互补”的方法，选取平均数进行下一步计算；②当出现相互独立的时候，应运用“大中取小”的方法。基于以上两大原则，运用文章介绍的改进的突变评价法建立你和函数：

(11)

对于该拟合函数，F=85.27>F0.05(1,13)=4.67，因此回归模型是显著的。

通过研究分析汤河水库3种方案的评价值见表4。

表4 汤河水库风险评价值

3)评价结果对比及分析

由表4的计算结果绘制出柱状图进行分析，如图2所示。通过图2直观显示，传统突变评价法的3种方案指标值都趋于1，只能根据详细计算才能得出评价结论，直观性较差；改进后的突变评价法在区间内均匀分布，能有效反映出个指标的差异程度，直观性较好。通过改进后的评价法得出，方案2的各指标均较大，表明此方案最不适用；将另外2个方案进行对比得出，方案3的安全及工期风险值较小，虽然成本较高，但从综合评价指标分析，方案3为最优。综上所述，3种方案优劣程度为：方案3>方案1>方案2。

图3 改进前后评价值对比

4 结 语

文章针对传统突变评价法的不足进行研究和改进，将评价值从密集型分布改进成均匀型分布。运用S型曲线构造出回归方程，经参数选定、显著性检验、映射等步骤，确定了改进值，使评价值在区间上均匀分布，便于直观性研究，最后对改进方法进行验证。基于汤河水库作为研究对象，全面、系统地选取了评价指标，结合文中所述的评价方法进行优化方案选取研究，通过风险评价确定各方案的优劣程度，其结果与专家研讨及理论分析情况一致，验证了改进后方法的实用性及可靠性，为类似项目风险评价提供借鉴。

[1]葛巍，李宗坤，王文姣，等.基于WBS-RBS和AHP的土石坝施工期风险评估[J].人民黄河，2013，15(06)：121-123 .

[2]李宗坤，李奇，杨朝霞.基于集对分析的土石坝施工期风险评价[J].水利发电，2016，9(42)：54-59 .

[3]葛巍.土石坝施工与运行风险综合评价[D].郑州：郑州大学，2016.

[4]徐黎明.基于突变理论的乌东德水电站近坝区泥石流风险评价与防治研究[D].吉林：吉林大学，2013 .

1007-7596(2017)03-0148-04

2017-02-20

关艳庆(1982-)，男，辽宁辽阳人，工程师，研究方向为水文测验、水文预报、水文资料整编、水质分析、水资源论证等。

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