基于可能性视角水闸AHP—概率分析方法

张武平

（景德镇市水利水电工程设计室，江西 景德镇333000）

基于可能性视角水闸AHP—概率分析方法

张武平

（景德镇市水利水电工程设计室，江西 景德镇333000）

为了剖析出影响水闸运行的各个因素，基于溯源思路，对影响因素进行了梳理，从安全性、适用性和耐久性方面得到3大类19项影响因素。建立了一种基于发生可能性视角的AHP—概率分析方法，并以鲇鱼山闸为例进行发生可能性分析，得出该水闸管理维护能力发生可能性较大，地基承载力（R7）发生的可能性较小，耐久性指标的发生概率较高，鲇鱼山闸的综合评价值为0.622等结论，该值可作为该水闸的定量得分，该方法也为其他相关水库提供参考。

鲇鱼山水库；水闸；层次分析法；概率；安全性；适用性；耐久性

水闸在水库中扮演着至关重要的地位，因此，需要对其进行综合评价，以便于明晰可能出现的问题及其影响因素。强安良［1］基于遗传算法对水闸进行了优化评价；钟小青［2］对勿甫引水枢纽进行了安全评价；李达等［3］运用多指标综合评价方法对上海市水闸进行了安全评价鉴定；唐海龙等［4］对察尔森水库泄洪闸门的运行进行了安全评价；严阔［5］关于水闸的安全评价进行了探讨。但以上研究都是进行安全性评价，而关于从发生可能性视角进行泄洪闸评价的文献则较少。另外，杨蜀湘［6］基于土坝质量与寿命下向失稳分析进行了AHP-概率的评价，但其是基于层次分析法权重的视角进行分析，后又通过转换公式进行了概率转换，这无疑增加了很大误差。本文改进了杨蜀湘的研究，基于可能性的视角直接运用AHP进行评价，无须转换，更具有应用性，并以鲇鱼山闸为分析案例，以供相关研究者进行参考。

1 水闸综合评价因素溯源

基于综合评价的角度，对影响泄洪闸的各个因素进行溯源分析，在进行分析前需要建立分析模型，溯源分析模型为反向分析模型，即由顶上事件往下部事件进行分析，因此在建立模型时，以水闸综合评价为最终的顶上事件，分析并综合水闸评价的二级指标，可概括为安全性、适用性和耐久性3个层次，建立水闸综合评价溯源T-S模型，其中，水闸综合评价为T，安全性为S1，适用性为S2，耐久性为S3，如图1。

图1 水闸综合评价溯源T-S模型

针对安全性S1进行专门分析，分为8项细化指标，分别为防滑能力R1、抗滑稳定性R2、消能防冲能力R3、结构完好性R4、抗渗稳定性R5、闸室倾斜度R6、地基承载力R7及抗震能力R8指标，以此建立水闸综合评价溯源S1-R模型，如图2。

图2 水闸综合评价溯源S1-R模型

对适用性S2进行分析，分为4项细化指标，分别为闸门及启闭系统控制能力R9，相对漏水流量R10、相对过水能力R11，设备老化状况R12指标，建立水闸综合评价溯源S2-R模型，如图3。

图3 泄洪闸综合评价溯源S2-R模型

对耐久性S3进行分析，分为7项细化指标，分别为混凝土强度R13、裂缝强度R14、最大裂缝宽度R15、平均碳化深度R16、钢筋锈蚀率R17、体积损失率R18指标及管理维护能力R19指标，以此建立水闸综合评价溯源S3-R模型，如图4。

图4 水闸综合评价溯源S3-R模型

以上即是水闸综合评价溯源的顶上事件与下部事件，最终形成层次分析模型，其对不同的水库与各种水闸均具有一定的适用性。

2 溯源模型AHP—概率分析

依据溯源模型各个影响因素的重要程度及影响程度，对其权重进行分析，本文采用层次分析法AHP进行分析，其基本原理如式（1）～式（2）。

由T层至S层再至R层，可知，溯源模型有3个层次，首先进行最末层R层的计算，再进行R层与S层的计算，便可得权重值T=S×R。

在进行层次分析法的评价时，在评价机制方面，以发生的可能性作为专家评价依据，所得出的权重值实际上是发生的下层对上层发生的可能性的值，权重值作为概率值区处理，此为AHP与概率联合的基准，以此可将权重值r作为所对应事件发生的概率P，得：

以此便可求得各层指标发生的可能性概率，基于此，可通过层次分析法与概率联合运用的方式进行分析，将这种分析方法称为AHP—概率分析方法。

3 鲇鱼山闸实例

3.1 概况

昌江吕蒙航空产业园防洪堤河段下游控制断面选为鲇鱼山闸址河段，上游控制断面为渡峰坑水文站。鲇鱼山闸河段基本顺直，复式河床，主流位于左岸，右岸为滩地。

鲶鱼山闸所在坝长180m，坝顶高程77.47m，挡水高度5.6m，为浆砌石钢筋混凝土护面实用堰；冲刷闸位于滚水堰右坝头，带胸墙开敞式闸，两孔10m×4m（宽×高），闸底高程71.87m，钢结构弧门，最大泄量529m3/s；进水闸与冲刷闸交角42°，4孔5m×3.5m，闸底进口高程74m，最大引水流量119.2m。

3.2 基于AHP—概率的鲇鱼山闸综合评价

基于上文所述方法，选取与鲶鱼山闸直接有关的管理岗位、技术岗位及其他专家领导，共计30多位，使其立足于发生可能性，进行层次分析法的评分，层次分析法比较原理和计算原理，参照式（1）和式（2），将最终权重（可能性）结果列于表1～表3。

表1 S1-R模型子因素发生可能性（权重）

表2 S2-R模型子因素发生可能性（权重）

表3 S3-R模型子因素发生可能性（权重）

将表1，表2与表3的各个事件进行分析，以R层事件为横坐标，以发生概率为纵坐标，如图5。

图5 R层各因素事件发生概率

由图5可以看出，水闸的安全性（S1）发生的可能性相对于适用性（S2）与耐久性（S3）较小，而适用性（S2）层次指标发生的可能性与耐久性（S3）层次指标发生的可能性大致相当。

安全性指标中，防滑能力（R1）指标发生可能相对较大，而闸室倾斜度（R6）、地基承载力（R7）和抗震能力（R8）发生的可能性相对较小；适用性指标中，闸门及启闭系统的控制能力（R9）和设备老化状况（R12）发生可能性较大，而相对过水能力指标（R11）发生的可能性较小；耐久性指标中，管理维护能力（R19）指标发生可能性较大，而最大裂缝宽度（R14）和平均碳化深度（R15）发生可能性相对较小。

综合来看，管理维护能力（R19）指标发生可能性较大，说明鲶鱼山闸的管理维护能力较差，易发生管理维护漏洞，较大指标发生在鲶鱼山闸耐久性上，说明鲇鱼山闸耐久性方面易出现问题，而闸室倾斜度（R6）、地基承载力（R7）和抗震能力（R8）发生的可能性相对较小，出自于安全性指标，说明该闸的安全性问题发生较少。该结果可为鲇鱼山闸的管理者提供针对性的防范意见，也可为其他水库水闸系统提供参考。

将表1～表3的数据代入式（3）～式（5）可得，安全性指标的发生概率为0.16，适用性指标的发生概率为0.282，而耐久性指标的发生概率为0.346，安全性指标的发生概率相对较低，耐久性指标的发生概率高于适用性指标，这是因为耐久性指标的影响因素较多，因此，在鲇鱼山水闸防范时，耐久性单个因素发生概率较高，且因素较多，一定要有针对性地对其指标采取防范措施。

将0.16，0.282，0.346代入式（6），可以得出基于发生可能性的AHP—概率的鲇鱼山闸的综合评价值为0.622，该值可为该水库水闸提供评价参考，也可为其他相关水库提供比较参考。

4 结语

（1）建立了一种基于发生可能性视角的AHP—概率分析方法，并以鲇鱼山闸为案例进行方法的运用。

（2）基于溯源思路，梳理了水闸的各个影响因素，从安全性、适用性和耐久性方面得到3大类19项影响因素，以鲇鱼山闸为案例，基于可能性视角的AHP—概率分析方法，得出该水闸管理维护能力发生可能性较大，地基承载力（R7）发生的可能性较小，耐久性指标的发生概率较高，鲇鱼山闸的综合评价值为0.622，可为鲇鱼山水闸提供评价参考，也可为其他相关水库水闸提供比较参考。

［1］强安良，周少敏.基于遗传优化算法的水闸闸室优化设计［J］.陕西水利，2011（5）：88-90.

［2］钟小青.勿甫引水枢纽安全评价［J］.水利建设与管理，2011，31（2）：68-70.

［3］李达，王春树，杜晓舜，等.多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用［J］.水电能源科学，2012，30（7）：109-111.

［4］唐海龙，巩维屏，瞿刚修.察尔森水库泄洪闸门运行存在的问题及解决对策［J］.甘肃水利水电技术，2010，46（7）：44-47.

［5］严阔.水闸安全评价探讨［J］.水科学与工程技术，2013（6）：86-89.

［6］杨蜀湘.基于土坝质量与寿命下向失稳分析的AHP-概率评价方法［J］.人民珠江，2017，38（6）：58-60.

AHP—probability method of reservoir evaluation factors based on probability perspective

ZHANG Wu-ping
（Jingdezhen Water Conservancy and Hydropower Engineering Design Office， Jingdezhen 333000，China）

In order to analyze the factors that affect the operation of the sluice， the influence factors are sorted out based on the trace of origin， and three major and 19 influencing factors are obtained from the aspects of safety， applicability and durability.To establish a AHP-probability method based on probability perspective，taking Nianyushan sluice as an example， analysis of the occurrence possibility.The conclusion is that： the possibility of sluice management maintenance capacity is large， the bearing capacity of the foundation （R7） is less likely to occur， the occurrence probability of durability index is high，the comprehensive evaluation of Nianyushan gate value is 0.622.This value can be used as a quantitative score for the sluice，the method can also provide reference for other reservoirs.

Nianyushan Reservoir； sluice； AHP； probability； safety； applicability； durability

TV66 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2017）06-0008-03

2017-10-17

张武平（1983-），男（汉族），江西景德镇人，工程师，主要从事水利水电工程工作，（Tel）13767809771。

王艳肖）