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土石坝危险源识别技术研究

文档作者：徐璐1.2 文档来源： 1．河海大学水利水电工程学院 2．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中		点击数：	更新时间： 2021年05月26日
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第32卷第2期
2010年2月
人民黄河
YELL0W RIVER
Vo1．32．No．2
Feb．，2010
【水利水电工程】
土石坝危险源识别技术研究
徐璐 ，
(1．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098；
2．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098)
摘要：为了加强土石坝的安全监控和管理，预防溃坝事件的发生，需对土石坝运行过程中的危险源进行识剐。从自然
灾害、大坝质量、运行管理、社会安全等角度出发，建立土石坝潜在危险源集合；采用AHP方法与信息熵技术相融合技
术，建立土石坝危险源识别技术体系和方法，切实可行。
关键词：土石坝；危险源；AHP；信息熵；iXg'l技术
中图分类号：TV641 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．02．051
据统计，我国建成的各类水库大坝中91．1％ 为土石坝⋯ 。
这些水库是国民经济与社会发展的重要基础设施，在防洪、灌
溉、发电、供水、航运、养殖以及改善生态环境等方面发挥了巨
大作用。然而，这些水库大坝大多修建于2O世纪5O一7O年
代，受当时经济技术条件与社会环境的制约，普遍标准低、质量
差，加上后期管理维护不及时，工程老化失修严重，导致这些工
程存在不同程度的病险，在各种外界与内部因素作用下，可能
发生溃坝险情，对下游造成巨大甚至是毁灭性的打击。
因此，在土石坝运行管理过程中，有必要通过一定的方法
识别水库大坝的危险源，并将其作为重点监控对象。
1 土石坝潜在危险源
导致大坝失事的原因多种多样，为了从整体上把握土石坝
潜在危险源，根据土石坝的工作环境、运行状况、管理人员的管
理水平等，分别从自然灾害、大坝质量、运行管理、社会安全等
角度，归纳土石坝失事的潜在危险源，以及由危险源导致大坝
不同种类失事类型的路径，进而建立潜在危险源集合。
土石坝潜在危险源包括非常降雨、蚁穴、库区滑坡泥石流、
地质构造运动、雷电以及水污染事件等，详见图1。
土石坝的事故类潜在危险源可分为两类：①大坝质量类，
包括坝体填筑质量、坝基防渗及处理质量等；② 运行管理类，包
括管理人员技术水平低、运行方式不当、误操作、管理不到位
等，详见图2。除此之外，土石坝潜在危险源还有社会安全类，
主要包括战争、恐怖袭击等，详见图3。
2 土石坝危险源识别技术
由上述分析可知，导致土石坝失事的潜在危险源很多，但
如果把每种潜在危险源都作为大坝的安全监控对象，监测成本
势必要提高许多，耗费较多人力物力；此外，在一定自然环境与
社会环境里，影响水库大坝安全的控制性危险源往往是有限
的，因此没有必要把每种潜在危险源都囊括到大坝安全监控
中，可以排除影响很小或者不可能的因素。鉴于此，笔者把
AHP．方法与熵技术引入到土石坝危险源识别中来，建立了土石
坝危险源识别技术体系，在错综复杂的影响因素中，识别出对
大坝安全影响程度最大的一个或几个危险源作为重点监控
对象。
I非常暴雨卜b 碌 ．『 飘 ；
l上游溃坝 = == ＼ ：
J厍岸
＼ 广—●_= 广— =] j—一t 、l
自
l库区泥石流 r
然 f地质构造运动 I【— 一． 而 ／
因 I素 鼠洞、蚁穴v-~V／— — — — ／ 浮蛔 0
类 l火山活动 堕
I天l 体撞击水库 3／／
风浪 —．．1护坡破坏或大涌浪V ／
．{ 雷电 卜 破坏配电、通信、观测设施等J
l 酸雨 卜’ ，I破坏库区植被、腐蚀金属设备等l >I供水危险J
l水污染事件卜_- ·f破坏生态环境、威胁人类健康等}
潜在危险源 作用路径 失事类型
注：漫坝不包括溃坝。
图1 土石坝自然灾害类潜在危险源集合
2．1 层次分析法
土石坝危险源的识别，首先需要利用专家知识，基于历史
收稿日期：2009—07-23
基金项目：国家自然科学基金资助项目(5053~O30，50539110，50539010，5080oA)25，
50879024)；“十一五”国家科技支撑计划项目(20o6BAC14BO3，20070294023，
2008BAB29B()3，2008BAB29B06)；中国水电工程顾问集团公司科技项目(CHC—
KJ一2007—02)；江苏省“333高层次人才培养工程”科研项目(2017一B08037)。
作者简介：徐璐(1986一)，女，江苏海安人，硕士研究生，研究方向为大坝安全
监控。
E-mail：XLIlu一
1986@ sina．c0m ．
· 111 ·
人民黄河2010年第2期
资料分析，把影响大坝安全的潜在危险源条理化，排除在所需 一化处理，其结果表示为
时间尺度和空间尺度内不可能出现的影响因素，进而筛选出可
能性较大的危险源，并建立层次结构图。
两 ．
J防渗墙反滤不当
I防渗墙水力劈裂
坝大 I丝!望笪 型k >i 、
质 l止水失效 2 ．
量
类 悟
、绕坝防渗等f／
} 不合格 I／／
l坡}匕设计不当『／
、
陌
l管理人员技术水平低L
莲，一 常情况未及时处理卜， >I轻度事故
行管 I溢洪道未及时清理卜 ＼ ＼一
． 理类 l泄洪闸门开启教障 — 厂二= = =： 二 ／
医耍 亘卜__ ．
影响因素 作用途径 突发事件
图2 土石坝事故类潜在危险源集合
会社 l战争类事件 焉 ! ．
L_= 二_J
安 l恐怖袭击类事件
全
类 l其他故意破坏类事件H一一1 ：= ：： ： I I堡竺l
l
影响因素 ： 作用途径 突发事件
图3 土石坝社会安全类潜在危险源集合
层次分析法(AHP法) 由美国运筹学家T L Saaty于20
世纪70年代中期提出，该法是把定性问题转化为定量问题的
一种十分有效的方法，在目标因素结构复杂且缺少必要数据的
情况下，可借助专家知识进行定量化，非常实用。其主要步骤：
① 建立层次结构图；② 相对重要度计算。采用Delphi方法或者
现场咨询方式，广泛征求相关专家的意见，将隶属于同一失事
类型的各个因素之间的相对重要度进行两两比较，形成判断矩
阵A，并用1～9比例标度法对重要性程度进行赋值。求出矩阵
A的最大特征值A 和特征向量∞ =( ，∞ ，⋯，∞ )，并将
其归一化，归一化后的结果即为各个危险源相对于失事事件的
重要性的排序。③ 判断矩阵的一致性检验。一致性指标为C ，平
均随机一致性指标为蜀 J，当c =C。／R，<0．1时，认为判断
矩阵是令人满意的，否则判断矩阵具有无法接受的不一致性，
需要重新赋值，重新修正，直到通过一致性检验。
2．2 相对重要度的熵技术修正
尽管AHP方法识别问题的系统性较强，可靠性也相对较
高。但是，在采用专家群决策的时候，难免出现标度把握不准
和部分信息丢失等问题，为此可以采用信息论中的熵技术进行
修正 。 ，减小确定相对重要度的主观性。
“熵”是信息论中最重要的基本概念，它表示从一组不确定
事物中提供信息量的多少。首先把构造好的判断矩阵进行归
· 】12 ·
b 为因素i相对于因素 的重要程度，定义第 项因素的熵值e 为
= 一kΣr In rq ( =1 2--，m) (2)
式中-k>0，一般取k=I／In m；m为判断矩阵A的阶数。
对于给定的因素 ，其他因素相对于它的重要性程度
b (i=1，2，⋯，m)的差异性越大，信息熵越小，该因素提供的
信息量就越大，在重要性排序中所起的作用越大，排序权重越
大；相反，若其他因素相对于因素 的差异性越小，信息熵越大，
则该因素提供的信息量越少，在重要性排序中所起的作用越
小，排序权重越小。据此，定义差异性系数为
d，=1一e (3)
定义因素的信息权重系数 ，为
d
= (4)
d
利用信息权重 ，修正AHP方法所得出的重要性排序权重 ，
记为．r，，则
= (5)
Σ心
=l
2．3 危险源识别技术流程
建立土石坝危险源识别技术体系，其流程见图4。
图4 土石坝危险源识别技术流程
3 工程案例
某大(2)型水利工程，主要包括主坝、副坝、溢洪道、引水隧
洞及地下厂房、坝后厂房等，主坝为黏土心墙坝。
经研究，初步拟定4个危险源作为该水库失事的潜在危险
源，分别为非常暴雨、坝基渗漏、水污染、恐怖袭击。采用De1．
phi方法，邀请了3位专家参与评价，所得判断矩阵如下：
人民黄河2010年第2期
A专家评价得
B专家评价得
C专家评价得
l 2
1／2 1
1／6 1／5
l／8 1／7
1 2
1／2 1
1／7 1／5
l／9 1／7
6 8
5 7
1 5
l／5 1
7 9
5 7
1 5
l／5 1
1 2 7 9
1／2 1 4 7
l／7 1／4 1 5
l／9 l／7 l／5 1
按照图4所示方法计算得到该水库溃坝影响因素的相对
重要度见表1。
表1 危险源相对重要度咨询评价结果
根据表1可知，不同专家对4种潜在危险源的轻重程度排
(上接第110页)
3 结语
序是一致的，只是度量上稍有不同。对3位专家的咨询评价结
果进行算术平均，得到各个潜在危险源最终识别结果：非常暴
雨为0．482，坝基渗漏为0．377，水污染为0．122，恐怖袭击为
0．019。由此可见，非常暴雨和坝基渗漏的识别结果明显高于
另外两种危险源，因此应选择非常暴雨和坝基渗漏作为该水库
大坝失事的危险源，并将其作为重点监控对象。
4 结语
(1)从自然灾害、大坝事故、运行管理、社会安全等角度，提
炼出土石坝溃坝、漫顶泄洪、水污染等失事类型的潜在危险源
及其作用路径，建立了相应的危险源集合。
(2)采用Delphi或现场咨询方式，充分吸收专家知识、水库
大坝运行历史资料信息，融合AHP方法、信息熵技术，建立预
警因子识别技术体系，可实现土石坝潜在危险源的识别，为大
坝的安全监控确定有效目标。
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2006．
【责任编辑张华岩】
在利用极值原理进行土坡稳定分析的过程中，对于给定的
每一个可行滑动面，极大值原理会调整条问的内力分布以使该
滑动面的整体抗滑稳定安全系数达到最大值，对条间作用力的
倾角以及条问强度发挥系数的分布进行了统计分析，提出了一
种条间强度发挥系数的分布曲线，基于力的平衡条件推导了一
种新的条分法。该方法在条间满足摩尔一库仑强度准则，可尝
试用于土坡稳定分析。
参考文献：
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· l13 ·

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