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黄河堤防穿堤建筑物风险评价技术研究

时间:2017-10-31 13:58来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是水利工程论文,本研究不仅会进一步丰富完善堤防工程风险评价理论体系,而且对提高黄河堤防安全管理决策的科学化水平,避免重大灾难性洪汛事故,保障人民的生命财产安全
1   绪论 
 
1.1   研究背景与意义 
我国地域辽阔,水资源分布地区差异大,洪涝灾害频繁。洪涝灾害直接影响人民的生命财产安全,造成巨大的经济损失,威胁社会的安定和国家的发展。黄河因其自身特殊的河情,洪水灾害严重,治理难度大,一直以来都是我国关注的重点。黄河堤防是抵御洪水侵袭和保障人民生命财产安全的重要基础设施,是防洪工程的重要组成部分,堤防的安全意义重大。黄河堤防一旦决溢,带来的灾害将是毁灭性的。而为了分洪、排涝、灌溉、供水和传输等目的,黄河堤防上布置有众多的穿堤建筑物,例如分洪闸、排水闸、抽水站、天然气管道和成品油管道等。这些穿堤建筑物既有大量的混凝土建筑物也有许多高强管线钢材料,其损害机理复杂,安全风险具有多样性。对于混凝土材料的穿堤建筑物,很大一部分都已经运行了几十年,老化病害现象严重,它们是堤防的薄弱部分,存在许多的安全隐患[1-2]。例如,安徽省东至县的杨墩抽水站,因为穿堤涵洞止水漏沙,才导致长江大堤塌陷,最终造成1996年长江最大的决口事故[1]。而由高强管线钢材料构成的油气输送管道长期埋置地下,受到内在和外来的诸多因素的影响,经过几十年的物理和化学变化,管道 “积劳成疾”,容易发生泄漏、穿孔和开裂等漏油事故,不仅会给生产经营和管理部门造成巨大的经济损失,同时也对生态环境和社会生活造成严重的影响。如我国的大连海洋石油原油管道泄漏和墨西哥湾的石油原油管道泄漏事故,对环境、生态和海洋生物造成了不可想象的破坏,并且造成了重大的经济和人员伤亡[2]。因此,每年汛前检查工作中,穿堤建筑物的安全性都是重点检查项目之一。 
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1.2   安全风险评价的国内外研究现状与发展趋势
一般,将由影响事件的不确定性因素产生的某种程度损失的机会(或概率)称为该事件的风险。风险评价又称安全评价,是指对某一事件或者情况涉及的各种风险因素引发风险事故的可能性和危害程度,进行评估并给出量化标准的过程。 在 20 世纪 70 年代,卡萨格兰迪首先提出明确地考虑风险,并根据风险作出安全评价的思想,通过几十年的发展与完善,该方法的应用己经取得了相当大的成功[23-26]。根据文献[27],安全评价是最先应用在美国保险业的。保险业需要衡量客户的风险,把这个风险衡量的过程称做风险评价。风险评价不但是保险公司收取保险费用的依据,同时也有效降低客户的风险事故,促使企业和政府对安全评价理论及技术方法给予关注并进行研究。20 世纪 50 年代末,系统安全工程(system safetyengineering)的发展极大地推动了安全评价技术的发展,开始进入对安全评价的原理和方法进行全面、系统的研究阶段。20 世纪60 年代以来,系统安全评价技术以概率风险评价理论(PRA)为代表得到了迅速发展。近 30年来,风险评价技术在世界各地广泛地应用于各个不同领域[28-31],如环境、气象、地下水、海上平台、燃气储库以及天然气站等。 
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2   安全风险评价赋权法研究 
 
2.1   引言 
要对评价系统做出全面性、整体性评价,就要依据实际情况,对每个评价指标赋予评价值,将评价指标定量化,然后依照一定的评价规则,得出最终评价结果。在评价体系中,同一层次各指标的“相对重要性”程度不同,对上一层次所起的“相对重要性”程度也不同,因此,本文引入权重来度量各评价指标的重要性程度。最后将各个评价指标的评价值和权重进行加权求和,得出穿堤建筑物安全风险评价的最终结果[46]。 确定各评价指标权重的方法很多,如二项系数法、Delphi 法、层次分析法,不确定层次分析法以及均方差法等[20]。本文采用不确定层次分析法来确定各因素的权重。 
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2.2   层次分析法
层次分析法(the Analytic Hierarchy Process,简称 AHP)是在 20 世纪 70 年代由美国著名学者 saaty T L 教授首先提出来的[47],是一种定量和定性分析相结合的实用的多准则决策方法。层次分析法的特点是在对所要研究的复杂问题进行分析的基础上,按照总目标的要求,根据内在关系构造出有序的递阶层次结构图,然后通过运用测度理论构造两两比较判断矩阵,将人的判断用相对标度量化出来,然后逐层建立判断矩阵并逐个求解权重,最后再对这些判断进行综合,确定出各指标的相对重要性的总排序,从而为最终决策提供参考[19-20,47-48]。 层次分析法(AHP)可以分解为两个基本原理和一整套决策步骤[49]。第一个基本原理是递阶层次结构原理,就是先按属性把复杂的目标问题分解成基本的元素组成,再按照逻辑关系把这些元素分解成若干组,形成不同的层次,下一层次被上一层次有关元素所支配,这样就形成了从上至下的支配关系,即递阶层次结构,如图 2-1。最上面的层次一般是复杂问题的目标分析层,中间层次通常是准则层,子准则层,最低层叫做要素层[50]。 
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3   安全风险评价模型 ....... 16 
3.1   前言 ...........16 
3.2   模糊综合评价模型 ...........16 
3.2.1   基本原理 .........16 
3.2.2   模糊综合评价具体步骤 .........17 
3.2.3   综合评价隶属度函数 .....18 
3.3   建立多层次模糊综合评价模型 .......19 
3.4   穿堤建筑物安全风险评价指标体系 .......19
3.5   穿堤建筑物安全风险评价标准 .......20 
3.6   本章小结 ...........23 
4   水闸安全风险评价 ....... 24 
4.1   前言 ...........24 
4.2   水闸风险评价指标体系的构建 .......24 
4.3   水闸评价指标的评分方法 .......26 
4.4   应用不确定型层次分析法确定水闸安全性指标权重 ...........35 
4.5  水闸各指标权重计算 ......42 
4.6   工程实例 ...........43 
4.7   本章小结 ...........47 
5   涵洞安全风险评价 ....... 48 
5.1   前言 ...........48 
5.2   穿堤涵洞风险评价指标体系的构建 .......48 
5.3   涵洞评价指标的评分方法 .......50
 
5   涵洞安全风险评价
 
5.1   前言 
穿堤涵洞规模巨大,受水文、地质条件影响显著,受到不确定性因素影响较大,风险因素众多并独具特性,本章主要选取对涵洞安全风险起主要影响的几个方面,建立穿堤涵洞的安全风险指标体系,并实现对系统的风险评价。水利工程中所说的涵洞通常是指渠道(河道)穿越堤防、公路或高地时,为了宣泄水流而设置的一种过水建筑物,这里只研究穿堤涵洞。穿堤涵洞属于地下工程,施工时条件复杂,在运行期影响其安全的因素也非常多,塌方、衬砌裂缝、渗水等是涵洞的主要破坏形式,造成涵洞破坏事故的因素是多方面的,包括混凝土强度、施工质量、运行维护能力等,本文通过参考 SL279-2002《水工隧洞设计规范》以及相关文献资料,并咨询专家意见建立了涵洞风险评价指标体系,如图5-1 所示,堤顶高程指堤防沉降稳定以后的高程,堤防设有防浪墙时,防浪墙顶面高程就是堤顶高程[93]。根据我国《堤防工程设计规范》(GB50286—98),堤顶高程须由设计高潮位或洪水位以及堤顶超高确定。可按国家现行有关标准的规定进行设计洪水位的计算。堤顶超高可按下式(5-1)进行计算。规定 1、2 级堤防的堤顶超高应大于等于 2.0 m ,黄河下游段堤防应大于等于 3.0 m 。 
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结论
 
穿堤建筑物作为黄河堤防的重要组成部分,其安全状态直接影响着堤防的正常运行,同时众多穿堤建筑物因其自身的功能发挥着着重要的经济、社会效益。然而,由于穿堤建筑物具有地质地形复杂、建筑物种类繁多等特点,且目前在役的黄河堤防穿堤建筑物大多已工作 30 年以上,出现了一定程度的破损、老化现象,影响到建筑物自身以及黄河堤防的安全运行。因此,本文结合黄河堤防和我国水工建筑物运行管理的特点,在分析国内外该领域研究成果的基础上,系统地开展了穿堤建筑物安全风险评价研究,并取得了如下主要成果: (1)根据穿堤建筑物安全风险评价指标体系建立的六项基本原则,将定性指标和定量指标相结合,建立了水闸、涵洞、管道等各类穿堤建筑物的风险评价指标体系。 (2)将不确定型层次分析法应用于水闸、涵洞、管道评价指标体系中各评价指标的权重计算,并且在各指标权重的计算中,引入了考虑专家水平的群判断理论和可信度,提高了指标权重计算的科学性。 (3)研究了各类穿堤建筑物各评价指标的评价标准和度量标准,对定性指标和定量指标分别建立了量化模型,利用专家打分法获得各个评价指标的评价值。 (4)根据模糊综合评价原理,构建了穿堤建筑物模糊综合评价模型。根据具体实例,给出了穿堤水闸以及穿堤涵洞和穿堤管道模糊综合评价的具体计算过程,验证了方法的可行性和有效性。 
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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