基于赋权方法计算的水闸安全评价指标体系

李浩田 赵金剑

摘 要：随着我国建筑工程的发展，水利工程也逐渐得到重视。水闸是控制水位变化的关键建筑，但在使用过程中存在老化等问题，严重影响水利工程安全。因此，本研究基于赋权方法计算对水闸安全评价指标体系进行优化设计，首先设计了水闸安全评价方案，其次基于赋权方法计算了指标权重，最后构建了水闸安全评价原则，实现了水闸安全评价，进行实例分析。结果表明，设计的水闸安全评价指标体系的评价系数较高，证明其评价效果较好，具有有效性，有一定的应用价值，也为后续水闸安全评估提供了参考。

关键词：赋权方法;水闸;安全

中图分类号：TV698.2+2   文献标志码：A   文章编号：1003-5168（2022）6-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.024

Safety Evaluation Index System of Sluice Based on Weighting Method

LI Haotian    ZHAO Jinjian

（Qingzhou Water Construction Engineering Construction Co.， Ltd.，Qingzhou 262500，China）

Abstract： With the development of Construction Engineering in China， water conservancy engineering has gradually received attention. Sluice is the key building to control the change of water level， but there are aging and other problems in the use process， which seriously affect the safety of water conservancy engineering. Therefore， it is urgent to optimize the design of sluice safety evaluation index system based on weighting method calculation. Firstly， the sluice safety evaluation scheme is designed， Secondly， the index weight is calculated based on the weighting method. Finally， the sluice safety evaluation principle is constructed， the sluice safety evaluation is realized， and the example analysis is carried out. The results show that the evaluation coefficient of the designed sluice safety evaluation index system is high， which proves that its evaluation effect is good， effective and has certain application value. It also provides a reference for the follow-up sluice safety evaluation.

Keywords：weighting method; sluice; safety

0 引言

水利工程是影响民生的关键工程，国家对水利工程一直比较重视，在水利工程泄水过程中，需要使用水闸不断调整水位[1]，保证水利建筑的安全，因此，水闸是影响水利工程安全的关键建筑物。研究表明，目前我国的大多数水闸建设时间较久远，或多或少都存在老化问题，增加了水闸的使用风险[2]，也无法保证水利工程安全，因此急需设计符合水闸安全评价标准的评价指标体系，及时排除水闸的安全问题，提高水利工程的安全系数，降低水利安全事故发生的风险。

近几年，国内外学者分别就水闸可能存在的安全風险进行了研究[3]，部分学者发现，受水闸系统复杂度限制，影响水闸安全的因素较多，部分学者根据现有的指标设计了原始的水闸安全评价指标体系，但在实际应用过程中往往出现了较大的评价误差，无法满足目前的水闸安全评价需求，基尼系数是一种综合指标[4]，可以分配评价中的指标权重，避免分配不均对评价结果造成的影响，赋权方法是一种基于基尼系数的特殊赋权分配，能有效降低水闸安全评价中的权重分配误差，因此本研究基于赋权方法设计了新的水闸安全评价指标体系，为保障水利工程安全提供参考。

1 基于赋权方法的水闸安全评价指标体系设计

1.1 设计水闸安全评价方案

水闸安全评价方案是水闸安全评价指标体系构建的基础，因此，可以根据不同水闸的实际使用情况，进行安全检测、安全评估[5]，设计有效的水闸安全评价方案，水闸的评价因素较多，因此，绘制了水闸安全评价影响因素分类示意图，如图1所示。

由图1可知，水闸安全评价影响因素可以根据实际水利工程条件界定，因此在制定水闸安全评价方案之前要先进行水闸安全检测[6]。

影响水闸安全的病害成因较多，可以在水闸安全评价方案中对其进行概况，可以分为规划、勘察、设计、施工、自然、管理等几个不同的方面。本研究设计的方案从稳定性、耐久性出发，阐述了水闸安全病害成因。一是水闸的实际防洪能力较差;二是水闸的抗渗稳定性和抗滑稳定性不足;三是水闸的闸室出现不同程度的倾斜;四是承载水闸的地基承载力较差;五是水闸的结构存在破损。结合上述水闸安全病害成因，本研究结合《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）制定了水闸安全评价方案。

1.2 基于赋权方法计算指标权重

传统的水闸安全评价指标体系往往使用简单的对照比较法计算水闸安全评价指标权重，这往往会导致较大的安全评价误差[4]，赋权方法可以将影响水闸安全的各类型评价因素进行拟合，重新分配各个因素的权重，从而实现精准化评价，但在实际使用过程中，仅仅使用赋权方法计算指标权重还会存在一定的决策性问题，因此可以将其与AHP结合，共同计算水闸安全评价指标权重CR，设计的计算公式如式（1）所示。

[CR=CIRI]       （1）

式（1）中，[CI]代表矩陣随机比率，[RI]代表矩阵一次性指标，本文设计的评价指标体系可以使用该指标权重进行评价。

在开始进行权重划分时，需要将决策问题中可能包含的属性元素进行分解。本研究设计的指标将其分为三个不同的层次[7]：第一个层次是最高层，该层次中有一个元素，与决策最终结果呈正相关;第二个层次是准则层，该层次往往还可以继续划分，该层次也是决策的中间环节;最后一个层次是最底层，该层次往往不能再进行分解，也是层次结构中的最小元素。

将层次划分结果与需要评价的元素进行比较，构造初级判断矩阵，为了避免过多因素对指标体系评价造成影响，需要逐一计算各个指标的影响程度[8]，设置指标数字标度。根据数字标度的含义，计算评价因素的特征值，判断特征向量之间的关系，再使用式（1）进行一致性检验，从而得到准确的安全指标权重。

1.3 构建水闸安全评价原则

根据上文计算出的水闸安全评价指标权重，可以构建水闸安全评价准则，为了保证水闸安全评价效果，本研究设计的水闸安全评价指标体系需要遵循以下原则。

1.3.1 评价完备性原则。设计的评价指标体系必须存在较大的覆盖性，即其在各种各样的水利工程中都能有效进行评价。

1.3.2 评价层次性原则。由于影响水闸安全的因素较多，需要将复杂的影响因素逐一分解为多个不同的层次，降低评价难度，还可以根据实际评价情况设计层次分析系统，保证水闸安全评价的全面性。

1.3.3 科学性原则。评价的效果受科学性指标影响，因此选取的指标必须以科学性为基础，且必须是具有含义的真实指标，具有特定的描述性特征。

1.3.4 简明性原则。影响水闸的安全影响因素过多，如果每个因素都进行评价会严重降低评价效率，对实际评价不利，因此需要以简明性为原则，仅仅选取具有代表性的指标即可。

1.3.5 相关性原则。即选取的评价指标之间必须有一定的联系，进一步保证指标评价的综合效果。

1.3.6 相对独立原则。各个指标在存在一定联系的同时务必相对独立，不受其他特征影响，增加评价指标的度量性。

1.3.7 定性定量结合原则。选取的定量指标必须可以使用相关的公式计算出或实际测量出，增加评价的合理性和准确性。

1.4 实现水闸安全评价

实现水闸安全评价还需要构建综合评价细则，本研究设计的安全评价指标主要将传统的层次分析法进行改进，提高其在决策分析时的准确程度。可以结合上述计算的安全评价指标权重构建模糊一致性矩阵，添加改进的标度，进一步进行判断。本研究主要使用0.1～0.9标度法进行综合评价，其具体含义如下：标度为0.1时证明指标1明显没有指标2重要，标度为0.3时证明指标1没有指标2重要，标度为0.5时证明指标1与指标2一样重要，标度为0.7时证明指标1比指标2重要，标度为0.9时证明指标1明显比指标2重要，在使用上述标度进行比较时，可以有效地进行决策判断，降低评价难度。利用0.1～0.9标度法综合评价后，可以结合水闸安全鉴定标准进行水闸安全标准调查，绘制指标层次结构图，构建安全指标比较表格，并设计判断矩阵，求解出判断矩阵的平均值后需要使用标准变换公式对其进行变换，形成模糊一致性矩阵，通过该矩阵可以准确地判断安全评价指标之间的关系实现水闸安全评价。

2 实例分析

2.1 概况及准备

为了研究设计的水闸安全评价指标体系的评价效果，笔者以X水利工程为例，进行实例分析，X水利工程位于某城市的主河道干流中，构建于1995年，每5年进行一次改造，在2000年设置了水闸操控台，降低水闸控制难度，该水闸的标准流量为1 159 m3/s，上游设计水位为4.10 m，下游设计水位为3.95 m，该水闸共有10孔，其中包含8个中孔及2个边孔，中孔的宽度约为9 m，边孔的宽度约为15 m，水闸高约为7.5 m，闸门顶部高度约为3.5 m，该水闸的基础结构为灌注桩，设置了浮筏式底板，闸门使用液压栓塞开关，型号为2×250，闸门的闸室由混凝土组成，部分水工结构参数如表1所示。

由表1可知，该水闸存在区域沉降问题，闸门高度也不合格，经过检测可知桥梁底部存在渗漏通道，水闸的中孔强度不足，闸门锈蚀指标偏高，无法满足运行需求，对该水闸进行综合分析，测试规定时间内的河床断面状态，判断水闸的标准指标。

根据X水利工程中的水闸现状，进行安全描述，使用层次分析法构造判断矩阵，以水闸安全影响指标为例构建安全判断表格，如表2所示。

由表2可知，此时的安全判断表格能有效反映水闸安全评价指标中的判断系数，可以根据该表格设计水闸安全评价指标体系的评价系数计算式，如式（2）所示。

[G=E2C]        （2）

式（2）中，E为判断系数，C为水闸安全评价权重，水闸安全评价指标体系的评价系数数值越高证明评价指标的评价效果越好。

2.2 应用效果与讨论

根据X水利工程的水闸概况，分别使用本文设计的水闸安全评价指标体系和传统的水闸安全评价指标体系进行评价，使用公式（1）分别计算两个评价指标体系的评价系数，计算结果如表3所示。

由表3可知，经过计算发现，设计的水闸安全评价指标体系的评价系数均在0.9左右，而传统的水闸安全评价指标体系的评价系数普遍低于0.7，因此设计的水闸安全评价指标体系的评价效果较好，具有有效性，有一定的应用价值。

3 结语

综上所述，水利工程是影响民生的基础性工程，但我国大多数水利工程的建成年份较早，水闸普遍出现了老化腐蚀问题，严重影响水利工程安全，因此本研究基于赋权方法设计了新的水闸安全评价指标体系来保证水闸的使用安全，并进行了实例分析。结果表明，设计的水闸安全评价指标体系的评价系数较高，评价效果较好，具有有效性，有一定的应用价值，可以作为后续水利工程安全评价的参考。

参考文献：

[1] 袁占军，张俊霞，王靖凯.强监管背景下新疆维吾尔自治区水闸工程安全运行问题探析[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2021，42（4）：21-25.

[2] 何刚，王莹莹，阮君，等.基于Dagum基尼系数的生态安全区域差异及收敛度研究：以淮河生态经济带安徽段为例[J].水土保持研究，2021，28（6）：348-355.

[3] 韩晓宇，陈平，张蒋惠，等.基尼系数在卫生资源配置公平性研究中不同算法的实证研究[J].中国卫生统计，2021，38（1）：128-130.

[4] 杨星，肖怀前，侯苗，等.基于InSAR技术的江苏水闸垂直位移监测方法可行性探讨[J].大地测量与地球动力学，2021，41（9）：895-898.

[5] 丁倩，黄耀英，谢同，等.基于BP神经网络-加权马尔科夫模型的泄水闸水平位移预测[J].水资源与水工程学报，2020，31（6）：187-193.

[6] 李火坤，王刚，余杰，等.基于模态参数及BAS-PSO优化算法的软基水闸有限元模型参数修正方法[J].工程力学，2021，38（9）：246-256.

[7] 龙艺，万忠海，刘双美，等.水库（水闸）工程运行危险源辨识与风险评价的应用方法与技术[J].四川水利，2021，42（4）：161-164.

[8] 撒文奇，次旦央吉，于倫创，等.基于BIM+GIS的水闸安全监控与预警处置系统研发[J].水利水电技术，2020，51（S1）：202-207.