多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用

第３０卷第７期２　０　１　

２年７月水　电　能　源　科　学

Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．７

Ｊｕｌ．２　０　１　

２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０７－０１０９－

０４多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用

李　达，王春树，杜晓舜，金鹏飞

（上海市水利管理处，上海２００００２

）摘要：针对上海市中小型水闸的安全鉴定缺乏统一标准的问题，基于各种实际检测数据，采用多指标综合评价方法从安全性、适用性和耐久性３方面对水闸进行了综合评价。选用模糊综合评价方法确定了水闸安全评价指标的构成，由不同领域的专家根据各损伤部位对水闸安全鉴定的影响程度给定指标权重，并对指标进行了无量纲化处理，进而获得指标评价标准和综合评价公式。在此基础上对上海市水闸进行了安全综合评价，确定了各水闸的安全性能。

关键词：中小型水闸；安全鉴定；多指标综合评价方法；上海市中图分类号：ＴＶ６６

文献标志码：Ａ

收稿日期：２０１２－０２－０２，修回日期：２０１２－０３－

１５作者简介：李达（１９８４－），男，硕士研究生，研究方向为水闸工程管理及水资源调度，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｄａｗａｔｅｒ＠１

２６．ｃｏｍ 上海市现有１　

９５９座中小型水闸，大部分建于２０世纪８０年代以前，普遍存在防洪标准低、混凝土裂缝和碳化、表面冲刷磨损、内部钢筋锈蚀、部件倾斜和位移、地基渗透破坏、不均匀沉陷等问题，工程安全隐患突出，

严重威胁着人民生命财产安全，也影响了水闸兴利效益的发挥。由于上海市的水闸均为中小型水闸，不同位置的水闸安全性也不尽相同，且不同水闸功能亦不同，

这导致各水闸的安全性、适用性和耐久性存在较大差别，因此对水闸安全鉴定统一建立一种科学合理的评价方法就显得十分重要。我国的水利工程安全评价研究工作始于大坝安全性

综合评价，

随之赵然杭等［１

］提出了水闸工程评价方法。根据《水闸安全鉴定规定》［２

］，上海市在２００１年

实质性启动了水闸安全鉴定工作，将病险水闸除险加固工程列入到上海市实施防汛保安工程体系建设

中。但在具体实施过程中，由于每个人对规定［２

］的

理解和掌握程度不同，在内容和深度上的把握也不同，因此选取的检测或复核内容并不统一，故现行规

定［２］对水闸系统安全检测和评估方面的实际指导性

有些薄弱，

这也导致上海市水闸可靠性检测、评估工作在具体操作时缺乏统一的标准，影响了鉴定的一致性。鉴此，本文从安全性、适用性和耐久性３方面考虑，采用多指标综合评价方法对上海市中小型水闸进行了综合评价，确定了各水闸的安全性能。该评价方法降低了人为因素的影响，保证了水闸可靠性评价工作的科学性和严肃性。

１　构建水闸安全综合评价指标体系

１．１　水闸综合评价指标体系的构成

本文选用多层次模糊综合评价方法［３］

分析水

闸综合评价指标体系的构成。指标不超过２０个，且合并重复的指标，并剔除对项目评价影响性小的指标。针对上海市水闸的特点，对一些共性问题在指标中要体现出来，如水闸建设年代久导致防洪标准相差较大，且上海市地势低洼，地面沉降和海平面上升同时存在，

很多闸室高程有可能低于建成时的高程，因此防洪能力和闸室沉降两指标要单列。随着上海市水闸自动化控制系统的不断普及，自动化控制指标亦作为安全鉴定的重要考核因素。最终以水闸工程结构的安全性、适用性和耐久性作为一级指标，将其再细分为若干二级指标，具体水闸安全评价指标构成见表１。

表１　水闸安全评价指标构成Ｔａｂ．１　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｓｌｕｉｃｅ项目一级指标权重Ｗｉ二级指标分项权重Ｗｊ上海市水安全性Ｂ１０．６４７　１混凝土结构Ｃ１０．１６６　８闸安全综启闭机Ｃ２

０．１２９　０合评价Ａ钢闸门Ｃ３０．１３２　８自动化控制系统Ｃ４０．１０２　７防洪能力Ｃ５０．１７１　７抗渗和抗滑稳定性Ｃ６０．１７１　７闸室沉降观测Ｃ７

０．１２５　４适用性Ｂ２０．１７０　６相对过水能力Ｃ８０．１７９　

５相对漏水流量Ｃ９０．２４７　２消能防冲能力Ｃ１０

０．２１０　６闸门启闭机控制力Ｃ１１０．２３７　５辅助设备（观测、防雷）完好情况Ｃ１２０．１２５　２　

耐久性Ｂ３０．１８２　

３混凝土强度Ｃ１３０．２１２　

３钢筋锈蚀Ｃ１４０．２３０　０表面裂缝Ｃ１５０．２４９　１碳化深度Ｃ１６０．１４８　１运维能力Ｃ１７

０．１６０　

５

１．２　指标权重的确定方法

确定权重的方法很多，为消除过多的人为影响因素，本文选择了定性定量相结合的层次分析法（ＡＨＰ法）来确定各指标权重，同时根据上海市有关规定，在进行水闸安全鉴定工作时，需邀请水工、地质、金属结构、机电和管理等相关专业的专家，

且中型及以上水闸的专家组需由不少于７名专家组成，本文选取的专家名录见表２。ＡＨＰ法确定指标权重的具体步骤如下。

表２　选取专家名录

步骤１　设计各指标层打分表格。

步骤２　请７位专家根据９标度法［３］

填写两两比较判断矩阵，

并用数值表示行指标对列指标的相对重要性程度，本文以１，２，…，９及其倒数来表示，其中１、３、５、７、９分别表示两者一样重要、重要一点、

重要、重要的多、极端重要。以水闸耐久性的二级指标为例，根据专家意见获得各项指标相对重要性结果见表３。

步骤３　根据两两判别矩阵统计总分值并计算各指标权重，结果见表１。由于水闸工程的特殊性和复杂性，

评价结果的科学性、准确性、正确性一定程度上依赖于专家的评分结果。然而由于

表３　水闸耐久性二级指标重要性的专家调查表

Ｔａｂ．３　Ｅｘｐｅｒｔ　ｑ

ｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅ　ｏｆ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　

ｓｌｕｉｃｅ二级指标

专家评分

Ｃ１３

Ｃ１４

Ｃ１５Ｃ１６

Ｃ１７

Ｃ１３３　

１　３　１３Ｃ１４１／３　１／３　５　５Ｃ１５１　３　３　

３Ｃ１６１／３　１／５　１／３　２

Ｃ１７

３　

１／５　

１／３　

１／２

各专家自身知识背景和对评判方案了解程度的不同及专家自身偏好等因素的干扰，对于同一个决策问题的评判很可能存在较大的差异，因此本文利用加权平均剔除差异明显的专家评分值。１．３　指标的无量纲化

根据《水闸安全鉴定规定》［２］

，水闸安全类别

分为正常水闸、可用水闸、病变水闸、病危水闸４个等级。由于存在定量指标和定性指标，因此需利用一定的度量方法消除指标间取值范围和度量单位的差异，将实测值转化为同一个区间的指标评价值，

即对指标进行无量纲化处理。常用的区间有［０，１］和［０，１００］，由于百分制较直观、易理解，

因此本文采用百分制规定，即一类闸［８５，１００］、二类闸［６０，８５）、三类闸［３０，６０）

、四类闸［０，３０），分值越高表示水闸安全性能越好。１．４　指标的评价标准

根据上述分析结果，获得了水闸安全评价二级指标评价标准见表４。根据各指标的不同性质，将其分为定性指标、正向指标（指标值越大越

表４　水闸安全评价二级指标评价标准

Ｔａｂ．４　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｏｆ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｓｌｕｉｃｅ二级指标

一类闸

二类闸

三类闸

四类闸

指标类型备注

Ｃ１结构轻微破坏或无破坏结构有明显破坏

承载结构有强烈破坏出现结构性破坏［

４］定性指标目测

Ｃ２使用性能良好，只需一般

维修

能正常使用，但需中修

不能正常使用，需大修

不能使用，需更换或报废定性指标电动机、钢丝绳、制动装置等

Ｃ３表面脱漆率小于１／４

，能正常起落，闸门无变形面板及梁锈蚀深度小于１／４厚度，闸门有轻微变形锈蚀深度小于１／２厚度，受力梁变形，起落困难梁断裂不能使用，闸门变形严重，不能正常启闭

定性指标重点检测闸门腐蚀、焊缝等Ｃ４使用性能良好，只需一般维修

能正常使用，但需中修不能正常使用，需大修不能使用，需更换或报废定性指标自动化控制系统包含电气设备、

指示仪表、

自动控制系统Ｃ５Ｃ５≥０．９８　０．９５≤Ｃ５＜０．９８　０．８５≤Ｃ５＜０．９５　Ｃ５＜０．８５正向指标Ｃ５＝Ｔｒ（

现状抵御洪水标准）Ｔｄ规范５中抵御洪水标准Ｃ６

Ｃ６≥０

．９８　０．９５≤Ｃ６＜０．９８　０．８５≤Ｃ６＜０．９５　Ｃ６＜０

．８５正向指标抗渗稳定性采用Ｃ６＝Ｊｒ／Ｊｄ计算；抗滑稳定性用Ｃ６＝Ｋｒ／Ｋｄ计算

Ｃ７／ｍｍ　Ｃ７＜

４０　４０≤Ｃ７＜５０　５０≤Ｃ７＜７０　Ｃ７＞７０负向指标主要观测不均匀沉降Ｃ８Ｃ８≥０．９８　０．９５≤Ｃ８＜０

．９８　０．８５≤Ｃ８＜０

．９５　Ｃ８＜０．８５正向指标Ｃ８＝

Ｑｒ（

闸门实际过水流量）Ｑｄ（

闸门设计过水流量）Ｃ９

未发现止水失效，Ｃ９≤１．０２个别部位止水失效，１．０２＜Ｃ９≤１．０５止水长度占总长度１／４，１．０５＜Ｃ９≤１．１５止水基本失效、漏水严重，Ｃ９＞１．１５负向指标Ｃ９＝Ｑｒ（现状漏水流量）Ｑｄ

（最大允许漏水流量）Ｃ１０

未发现止水失效，Ｃ１０≤１．０２个别部位止水失效，１．０２＜Ｃ１０≤１．０５止水长度占总长度１／４，１．０５＜Ｃ１０≤１．１５止水基本失效、漏水严重，Ｃ１０＞１．１５负向指标Ｃ１０＝ｑｒ（水闸实际单宽流量）ｑｄＣ１１

控制力完好控制力有不足控制力明显不足失去控制力定性指标Ｃ１２

完好有效损毁１～２处至少１处能用基本损毁定性指标指上下游水位观测、防雷接地、沉降观察点等

Ｃ１３Ｃ１３≥０．９８　０．９５≤Ｃ１３＜０．９８　０．８５≤Ｃ１３＜０．９５　Ｃ１３＜０．８５正向指标Ｃ１３＝ｆｘ（

工程现场检测数据）ｆｄ（

规范［６］规定的混凝土强度）Ｃ１４／ｍＶ　Ｃ１４≥－１００－２００≤Ｃ１４＜－１００－４００≤Ｃ１４＜－２００　Ｃ１４＜－

４００正向指标根据《水工混凝土试验规程》［７］测电位平均值

Ｃ１５

／ｍｍ　

少量裂缝，且最大裂缝宽度＜０．２５裂缝数目较多，但短多长少，最大裂缝宽度在０．２５～０．５裂缝数目多但短少长多，最大裂缝宽度＞０．５影响安全的重要局部有裂缝贯穿负向指标　基础指标就以裂缝宽度的最大值作为评估标准Ｃ１６Ｃ１６＜０．２　０．２≤Ｃ１６＜０．５　０．５≤Ｃ１６＜０．９　Ｃ１６＞０．９负向指标Ｃ１６＝ｄ（

平均碳化深度）ｓ

Ｃ１７

制度齐全，人员运维规范制度较为齐全，人员运维较为规范制度不齐全，人员运维不规范制度缺失，人员运维极不规范

定性指标注：Ｊｒ为闸门目前渗透坡降；Ｊｄ为规范［６］渗透坡降；

Ｋｒ为闸门抗滑稳定安全系数；Ｋｄ为规范［４］中抗滑稳定安全系数。·

０１１·水　电　能　源　科　学 ２０１２年