一种基于改进的模糊层次分析法的水利工程安全评价方法与流程

1.本发明涉及一种水利工程安全评估方法，具体地说，是涉及一种基于改进的模糊层次分析法的水利工程安全评价方法。


背景技术：

2.水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程，也称为水工程，水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要，只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要，水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。
3.水利工程自身的安全性评估是一项长期的、重要的工作，用于水利工程结构的安全监测，保障水利工程水工结构安全运行。尽管目前对水利工程的安全评价工作已取得了一定的成果，但尚存在以下问题：(1)对水利工程安全分析评价的监控模型及评价方法还不够成熟；(2)目前的评价方法在某些情况下使用会有些很勉强，损失信息很多，甚至得出不合理的评价结果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于改进的模糊层次分析法的水利工程安全评价方法，主要解决现有水利工程安全评价方法还不够成熟、评价结果不准确的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种基于改进的模糊层次分析法的水利工程安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.(s1)确定评价对象的因素集；
8.(s2)确定评价对象的评判等级集；
9.(s3)对评价对象进行单因数评判，得到隶属度向量，并根据因素集的所有元素的隶属度向量形成隶属度矩阵；
10.(s4)确定评价对象的因数权重向量，得到判断矩阵，并对评判等级集可数值化或归一化；
11.(s5)将判断矩阵与隶属度矩阵相乘得到综合评价结果向量矩阵；
12.(s6)根据隶属度最大原则做出评判，或利用加权平均求隶属度等级，得到综合评判值。
13.进一步地，在所述步骤(s1)中，p个评价因素形成因素集u：
14.u＝{u1,u2,
……
,u
p
}。
15.进一步地，在所述步骤(s2)中，评判等级集中的每一个等级对应一个模糊子集。
16.进一步地，在所述步骤(s3)中，从单因素评价得到被评价对象对模糊子集的隶属度(r|u
i
)；其中r为隶属度矩阵：
[0017][0018]
进一步地，在所述步骤(s4)中，采用基于自然指数e
0/4
～e
8/4
的标度确定主观权重，e
1/4
，e
3/4
，e
5/4
，e
7/4
表示第i个因素相对于第j个因素的影响介于上述两个相邻等级之间，形成判断矩阵a＝(a
ij
)
n*n
，用a
ij
表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，其中：
[0019][0020]
矩阵a的最大特征值λ
max
对应的特征向量经过归一化之后记为：
[0021]
w＝(ω1,ω2,
…
，ω
n
)，其中
[0022]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023]
本发明采用基于自然指数e
0/4
～e
8/4
标度的改进模糊综合评价法，对水利工程进行安全鉴定，对底层评价指标的主观权重和客观权重进行优化，修正主观权重，使得指标的权重分配更加合理。以渡槽为例，与现有的渡槽安全评价标准相比，采用改进的模糊综合评价法得到的渡槽安全类别综合评定结果更能反映渡槽实际情况，且与该工程实际安全鉴定结果一致，为水利工程的安全评价提供了一种科学合理的解决方法。
附图说明
[0024]
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
[0026]
实施例
[0027]
如图所示，本发明公开的一种基于改进的模糊层次分析法的水利工程安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0028]
(s1)确定评价对象的因素集，以p个评价因素为例，其因素集u＝{u1,u2,
……
,u
p
}。
[0029]
(s2)确定评价对象的评判等级集，每一个评价因素对应一个评价等级，即评判等级集v＝{v1,v2,
……
,v
p
}。且评判等级集中的每一个等级对应一个模糊子集，根据水利工程实际情况，可将各项评价指标分为多个个等级。
[0030]
(s3)对评价对象进行单因数评判，得到隶属度向量，记为r，r
i
＝(r
i1
,r
i2
,
…
,r
im
)，
并根据因素集的所有元素的隶属度向量形成隶属度矩阵r。根据单因素评价得到被评价对象对模糊子集的隶属度(r|u
i
)；则隶属度矩阵r为：
[0031][0032]
(s4)确定评价对象的因数权重向量，采用基于自然指数e
0/4
～e
8/4
的标度确定主观权重，得到判断矩阵，并对评判等级集可数值化或归一化。不同标度的含义如表1所示。
[0033][0034]
表1不同标度的含义
[0035]
其中，e
1/4
，e
3/4
，e
5/4
，e
7/4
表示第i个因素相对于第j个因素的影响介于上述两个相邻等级之间。形成判断矩阵a＝(a
ij
)
n*n
，用a
ij
表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，其中：
[0036][0037]
矩阵a的最大特征值λ
max
对应的特征向量经过归一化之后记为：
[0038]
w＝(ω1,ω2,
…
，ω
n
)，其中
[0039]
(s5)将判断矩阵与隶属度矩阵相乘得到综合评价结果向量矩阵；即
[0040][0041]
(s6)利用加权平均求隶属度等级，得到综合评判值。
[0042]
以对水利工程渡槽进行安全评价为例，确定渡槽工程对应的安全等级，可及时掌
握该工程的运行状况和安全状态。通过对渡槽工程进行变形监测、渗流监测、应力应变监测、环境量监测等方式，收集工程的运行状态指标，通过本文改进的模糊层次分析算法，预测工程的安全等级，缺报能够及时发现问题并及时采取有效措施，方式安全事故的发生，保障渡槽工程的安全运营。
[0043]
结合本方法对黎家沟渡槽进行安全评价为例，黎家沟渡槽由左右两个渡槽组成，渡槽间距3.1m，进出口由分水鱼嘴衔接，进口鱼嘴高度3.2m，出口鱼嘴高度3.2m。右侧为旧渡槽，起止桩号22+751～22+838(km+m)，进口段渠底高程495.070m、出口段渠底高程495.058m，流量22.1m3/s，水深2.712m，渡槽类型为浆砌条石拱式渡槽，整个渡槽共8孔，12m的大跨4孔，3m的小跨4孔。槽身长度为87米，渠底比降1/1300，建成时间1966年；左侧为新渡槽，起止桩号22+751～22+838(km+m)，进口段渠底高程495.327m、出口段渠底高程495.269m，流量27.9m3/s，水深2.98m，渡槽类型为浆砌条石拱式渡槽，整个渡槽共8孔，12m的大跨4孔，3m的小跨4孔。槽身长度为87米，渠底比降1/1300，建成时间1977年。
[0044]
渡槽工程病险类别划分为4类。ⅰ类工程：运用指标达到设计标准，工程可正常运行；ⅱ类工程：运用指标基本达到设计标准，无影响工程正常运行的缺陷，常规维修养护可正常运行；ⅲ类工程：运用指标达不到设计标准，存在影响工程正常运行的缺陷，经加固改造可正常运行；ⅳ类工程：运用指标无法达到设计标准，工程的功能丧失或显著降低，需降低标准运用、改建或报废重建。具体评价因素如表2所示。
[0045][0046]
表2一级、二级评价因素
[0047]
将渡槽监测分为变形监测、渗流监测、应力应变及温度、环境量监测4个一级分类，
构造一级分类的模糊判断矩阵a1。如表3所示：
[0048][0049]
表3一级分类模糊判断矩阵
[0050]
设一级分类权重向量w1＝(ω1,ω2,ω3,ω4)，构造辅助矩阵：
[0051][0052]
表4辅助矩阵
[0053]
求解出特征向量为：
[0054][0055]
归一化后权重向量为：w1＝(0.082,0.142,0.340,0.436)。
[0056]
同理，根据改进的模糊层次分析法得到底层监测指标的权重，a1～a4优化权重分别为0.313，0.304，0.201，0.182；b1、b2优化权重分别为0.582，0.418；c1～c5优化权重分别为0.289，0.232，0.260，0.073，0.146；d1～d4优化权重分别为0.301，0.282，0.134，0.283。
[0057]
根据渡槽的各项监测指标及渡槽的实际运行状况，邀请10位专家对底层个指标的状态进行评估，根据统计结果，计算指标的隶属度。用v＝{a,b,c,d}表示4个安全等级。得到如表5所示的隶属度矩阵：
[0058][0059]
表5基层指标隶属度矩阵
[0060]
根据各指标权重向量及指标隶属度矩阵，可求得目标矩阵r：
[0061][0062]
b＝w1·
r＝(0.151 0.476 0.337 0.036)
[0063]
根据最大隶属度原则，可知该渡槽属于ⅱ类工程。该渡槽在2018年的安全类别评定为二类，两者结论一致。
[0064]
通过上述方法，本发明采用基于自然指数e
0/4
～e
8/4
标度的改进模糊综合评价法，对水利工程进行安全鉴定，对底层评价指标的主观权重和客观权重进行优化，修正主观权重，使得指标的权重分配更加合理。以渡槽为例，与现有的渡槽安全评价标准相比，采用改进的模糊综合评价法得到的渡槽安全类别综合评定结果更能反映渡槽实际情况，且与该工程实际安全鉴定结果一致，为水利工程的安全评价提供了一种科学合理的解决方法。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
[0065]
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。