王少偉, 蘇懷智, 付啟民

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇 常州 213164;2.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098)

我國水庫、水閘、堤防等水利工程大多修建于20世紀(jì)50～70年代,隨著服役老化期的臨近,以及修建時受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件限制而產(chǎn)生的遺留問題,大量工程已逐漸成為病險工程,由此導(dǎo)致工程潛在風(fēng)險不斷增大[1-2]。2009年1月全國水利工作會議明確指出[3]:“確保2010年底完成全國6 240座大中型和重點(diǎn)小型病險水庫除險加固任務(wù),在此基礎(chǔ)上,啟動大中型病險水閘除險加固任務(wù),并加快各地小型病險水閘除險加固步伐”。2014年國家發(fā)展改革委印發(fā)了《中央政府投資項(xiàng)目后評價管理辦法》,明確指出需要從技術(shù)水平、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度、可持續(xù)發(fā)展能力、財(cái)務(wù)及經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、資源利用效率、環(huán)境影響等方面對項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際效果進(jìn)行評價,以便總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、形成良性項(xiàng)目決策機(jī)制。截至2016年底,全國已完成多項(xiàng)病險水利工程的除險加固任務(wù),但針對各工程實(shí)際取得的加固治理效果的系統(tǒng)評價尚未全面展開。

病險水利工程安全鑒定結(jié)論是除險加固決策的依據(jù),也是保證加固治理效果最優(yōu)的基礎(chǔ)。對此,針對我國病險水利工程數(shù)量多、病險成因復(fù)雜的特點(diǎn),大量學(xué)者建立了各種形式的安全綜合評價體系。吳中如等[4]鑒于我國大壩建設(shè)和定檢過程中偏重工程安全及社會經(jīng)濟(jì)效益,而忽視環(huán)境效益和生態(tài)效益,進(jìn)而提出了大壩服役狀態(tài)評估應(yīng)遵循社會經(jīng)濟(jì)效益最大、對環(huán)境與生態(tài)的負(fù)面影響最小或互為和諧共處的總原則,建立了以工程安全、社會經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和生態(tài)為一級指標(biāo)的大壩服役性態(tài)綜合評判模型;何金平[5]以效應(yīng)量監(jiān)測資料為基礎(chǔ),根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目布置狀況構(gòu)建了大壩健康狀態(tài)綜合診斷指標(biāo)體系的基本框架,同時認(rèn)為指標(biāo)體系的建立需要考慮普遍性和特殊性兩方面;張宇華等[6]以多座病險水閘的現(xiàn)場調(diào)查、安全檢測、復(fù)核計(jì)算和專家意見等資料為基礎(chǔ),從安全狀況、運(yùn)行狀況、耐久狀況和其他因素四方面建立了病險水閘風(fēng)險評判指標(biāo)體系;馮峰等[7]基于后果逆向擴(kuò)散法對黃河堤防工程安全影響因子進(jìn)行識別,建立了以工程因素和非工程因素為準(zhǔn)則層,以堤身因素、堤基因素、隱患因素、河道因素和搶險因素為指標(biāo)層的黃河堤防工程安全評價指標(biāo)體系;蘇懷智等[8-9]在分析影響因素的基礎(chǔ)上,先后建立了海堤安全性、水電站邊坡穩(wěn)定性等方面的綜合評價體系,并對綜合評價中所用的主客觀權(quán)重、等級隸屬度等進(jìn)行了研究;謝婕等[10]從漫堤和潰堤兩方面分別挖掘海堤安全影響因素,構(gòu)建了海堤安全風(fēng)險評估體系。

上述水利工程采用綜合評價體系側(cè)重于工程安全,以便根據(jù)此評價結(jié)果對其安全進(jìn)行定級,進(jìn)而決定是否需要除險加固。而除險加固效果評價不同于加固前安全鑒定和加固方案優(yōu)選評估,是目前國內(nèi)病險水利工程除險加固項(xiàng)目后評價中急需解決的關(guān)鍵問題。對此,筆者從評價指標(biāo)體系和評價方法體系兩方面,重點(diǎn)闡述病險水利工程除險加固效果評價的研究現(xiàn)狀,并對今后的發(fā)展提出一些建議。

1 除險加固效果評價指標(biāo)體系

目前關(guān)于病險水利工程的綜合評價主要是除險加固前開展的安全等級評價和除險加固方案優(yōu)選評估,對于除險加固效果的綜合評價則處于剛剛起步階段,當(dāng)前的除險加固效果評價主要是對除險加固中某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能指標(biāo)的評估。

1.1 除險加固效果宏觀定性評價

除險加固效果的定性評價主要是基于自然語言,在對評價對象的運(yùn)行狀態(tài)、工程影響等相關(guān)信息細(xì)致觀察和分析的基礎(chǔ)上,利用決策者的經(jīng)驗(yàn),圍繞工程服役安全性、除險加固效益、社會環(huán)境影響等方面,直接對其等級水平、好壞程度、演變趨勢等給出一個定性結(jié)論。

a. 在除險加固后工程服役安全性方面,其定性評價主要是以監(jiān)測資料分析和現(xiàn)場檢查為主,根據(jù)荷載與環(huán)境因素協(xié)同作用下的工程效應(yīng)量來反饋加固后工程的安全穩(wěn)定性。趙凌云等[11]根據(jù)1998年湖北省長江堤防34處潰口應(yīng)急整治后在1999年汛期特大洪水時的險情狀況,對加固治理效果進(jìn)行了定性分析評價,結(jié)果表明此次應(yīng)急整治達(dá)到了預(yù)期效果,有效減輕了1999年特大洪水時的堤防險情;邴強(qiáng)興等[12]結(jié)合棘洪灘水庫大壩干砌石護(hù)坡內(nèi)坡采用現(xiàn)澆混凝土板加固后1997—2009年的運(yùn)行狀況,認(rèn)為在經(jīng)歷冬季低于零下10℃寒冷氣溫和長期風(fēng)速為25 m/s的風(fēng)浪沖擊下加固工程沒有發(fā)生破壞,表明采用現(xiàn)澆混凝土板加固水庫干砌石護(hù)坡是成功的,且經(jīng)濟(jì)效益較好;蘇懷智等[13]基于原位變形監(jiān)測資料反演壩體和壩基的彈性模量,評價加固治理對提高大壩材料性能的長期效果;蔡蓁[14]根據(jù)北溪水閘測壓管水位在閘基防滲加固后的明顯下降效應(yīng),認(rèn)為采用抓斗成槽法修建混凝土防滲墻的加固方案是合理的,加固治理效果是明顯的。

b. 在除險加固效益及其社會環(huán)境影響方面,其定性評價主要是對病險工程加固治理在降低風(fēng)險、消除安全隱患、增加受益、改善生態(tài)環(huán)境等方面的促進(jìn)作用及可能產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行宏觀分析,以便權(quán)衡利弊和提出改善措施。綦中躍等[15]針對密云水庫1998—2004年間的除險加固工程,從工程效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益三方面對除險加固工程綜合效益進(jìn)行了分析和評價,結(jié)果表明此階段除險加固效果較好;陳鳳等[16]結(jié)合江蘇省徐州市石灰?guī)r地區(qū)5座小型水庫庫底滲漏問題的治理,認(rèn)為病險水庫除險加固在促進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)、提升地區(qū)防洪保障能力、發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉、改善城鄉(xiāng)供水和生態(tài)環(huán)境等方面具有明顯的社會效益;楊世華等[17]針對黃河下游堤防加固工程,基于工程施工前、過程中和結(jié)束后的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)以及工地實(shí)時狀況,分析了加固工程對環(huán)境的有利影響和不利影響,由此表明大中型水利工程施工過程中采取環(huán)境保護(hù)措施的必要性。

1.2 除險加固單一效能量化評價

病險水利工程除險加固治理單一效能的量化評價主要包括加固治理后單功能指標(biāo)提升程度評價、經(jīng)濟(jì)效益評價、施工質(zhì)量評價三方面。

a. 加固治理后單功能指標(biāo)提升程度評價目前主要是針對病險水利工程在防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲透穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性、抗震安全性、地基承載力、消能防沖、建筑結(jié)構(gòu)老化、泥沙淤積等方面的病險問題,基于數(shù)值模擬、理論計(jì)算、監(jiān)測反分析等方法來對比加固前后上述功能指標(biāo)的變化情況,以此評價本次除險加固所取得的工程治理效果。盧曉鵬[18]通過開挖、鉆孔壓水試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)對云南省白鶴水庫防滲加固中的高壓噴射灌漿加固效果進(jìn)行了分析,加固后平均滲透系數(shù)為0.68×10-6cm/s,壩腳滲水量由98.6 L/s降至0.35 L/s;張建華等[19]針對峽江12號閘墩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求的問題,研究了底板加厚和布置錨筋樁兩種加固措施的提升效果;Chen等[20]提出利用錨桿加固方案來提升小溪水電站重力壩壩基抗滑穩(wěn)定性,由剛體極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法得到的1號壩段抗滑穩(wěn)定系數(shù)加固前分別為3.29和2.0，加固后分別為4.34和2.8;楊寶全等[21]以汶川地震中受損嚴(yán)重的蒼溪縣紅旗水庫土石壩為例,通過理論計(jì)算對其上游壩坡放緩培厚加固措施進(jìn)行分析,結(jié)果表明此加固治理使壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)由1.098～1.145提升到1.262～1.698。

表1 病險水利工程除險加固效果綜合評價指標(biāo)體系

注:病險水庫的擋水建筑物在實(shí)際中主要為土石壩。

b. 除險加固工程經(jīng)濟(jì)效益評估最常用的方法是基于加固前后防洪、灌溉、供水等工程效益增量與除險加固費(fèi)用之間的關(guān)系進(jìn)行國民經(jīng)濟(jì)評價,以及采用新技術(shù)、新材料等所帶來的額外經(jīng)濟(jì)效益的評估,以此評價除險加固工程實(shí)施的經(jīng)濟(jì)合理性。例如,無錫市錫澄運(yùn)河三級航道整治工程中為節(jié)約天然骨料,同時為了解決廢棄混凝土的堆放、占地和環(huán)境污染等問題,使用C25等級再生骨料混凝土(RAC)約10萬m3,直接節(jié)省工程造價125萬元[22]。而病險水利工程一旦失事,將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失、生命損失及社會環(huán)境影響,因此除險加固治理帶來的不僅僅是直接工程效益的增加,因加固治理而避免的潛在風(fēng)險損失同樣需要考慮。對此,胡江等[23]在潰壩風(fēng)險率和潰壩生命損失估算的基礎(chǔ)上,以加固前后潰壩風(fēng)險區(qū)生命質(zhì)量指數(shù)增量與最大社會愿意支付費(fèi)用之間的關(guān)系來定量評價除險加固效應(yīng),并以此作為病險水庫除險加固資金投入的決策準(zhǔn)則;劉曾美等[24]基于Copula函數(shù)和GIS技術(shù),以有無治澇工程情況下減少的洪澇損失為目標(biāo),構(gòu)建了變化環(huán)境下治澇效益的分析計(jì)算模型,可為治澇工程建設(shè)的合理決策提供依據(jù);何曉燕等[25]在系統(tǒng)收集水庫潰壩后果資料的基礎(chǔ)上,建立了水庫潰壩社會影響及環(huán)境影響評價指標(biāo)體系和量化方法;魏洪濤等[26]針對巴家嘴水庫除險加固的經(jīng)濟(jì)效益主要是降低潰壩概率,避免潰壩淹沒損失，在有、無除險加固工程情況下水庫潰壩發(fā)生概率和一次性損失分析的基礎(chǔ)上,以減少的潛在潰壩損失來評價除險加固工程效益,由此得出近期效益較小、后期效益逐年增加的規(guī)律。

c. 除險加固工程施工質(zhì)量評價目前主要是采用與新建工程相同或類似的質(zhì)量檢測和評價方法。然而加固治理不同于新建工程,其影響因素更多、更復(fù)雜,且具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性,因此除了參照常規(guī)新建工程施工質(zhì)量的檢測方法外,加固治理后隱患部位的原位監(jiān)測反饋分析能更好地反映除險加固工程施工質(zhì)量。齊建堂等[27]基于防滲墻施工過程中的混凝土拌和質(zhì)量、糟孔質(zhì)量和墻體質(zhì)量等施工質(zhì)量檢測資料,以及除險加固后的測壓管水位監(jiān)測數(shù)據(jù),對黃壁莊水庫副壩除險加固防滲工程施工質(zhì)量進(jìn)行了評價,結(jié)果表明其施工質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;徐光磊等[28]從前期工作、建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)資金三方面評價了病險水庫除險加固工程質(zhì)量,調(diào)查分析結(jié)果表明建設(shè)資金不足、勘探工作不足、鑒定工作不到位和施工質(zhì)量差是影響除險加固效果的主要因素。

1.3 除險加固效果綜合評價指標(biāo)體系

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),綜合評價是一個多指標(biāo)、多層次,且包含大量模糊性和不確定性的復(fù)雜分析評價問題,其指標(biāo)體系的構(gòu)建需要遵循科學(xué)性、全面性、可操作性、定性與定量相結(jié)合的原則,在制定總體評價目標(biāo)的基礎(chǔ)上,再根據(jù)工程實(shí)際特征將其拆解成不同的子目標(biāo),以及便于量化和描述的基礎(chǔ)評價指標(biāo)。針對病險水利工程除險加固效果的綜合評價,目前尚缺乏系統(tǒng)、完善的綜合評價指標(biāo)體系,部分研究者基于不同的評價目的,從治理效果、工程安全性、工程質(zhì)量、實(shí)施績效、工程效益及影響等方面進(jìn)行了綜合評價,具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示[29-35]。吳煥新[29]從除險加固方案、加固治理功能指標(biāo)康復(fù)程度和除險加固治理影響三方面建立了評價指標(biāo)體系,并用于石貶峪水庫加固治理效果評價,結(jié)果表明該水庫復(fù)合土工膜防滲加固效果非常好;王寧等[36]結(jié)合房山水庫除險加固實(shí)際情況,在吳煥新所建指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了指標(biāo)取舍,并邀請專家以該工程為背景重新進(jìn)行評價指標(biāo)的兩兩比較;張計(jì)[31]基于大壩安全量化綜合評價體系,以加固前后大壩安全綜合評價系數(shù)的提升程度作為評價指標(biāo),通過劃分相應(yīng)的評價集,實(shí)現(xiàn)從大壩安全的角度來量化評價除險加固治理效果,基于該評價方法得到張家咀水庫安全系數(shù)由加固前的0.274提升到加固后的0.924,使水庫由極不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅０踩珷顟B(tài);盧欣[30]提出了從前期工作、施工過程、加固后運(yùn)行性態(tài)和工程效益四方面建立病險水庫加固后評價體系的思路,并以江西省玉山縣七一水庫除險加固后運(yùn)行性態(tài)為例,開展了指標(biāo)體系建立、指標(biāo)內(nèi)涵解釋、權(quán)重確定等工作,評價結(jié)果表明七一水庫加固后運(yùn)行性態(tài)處于“很好”的狀態(tài),加固效果達(dá)到了預(yù)期目的;盧振園等[34]從經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三方面建立了宿遷閘除險加固工程影響的評價指標(biāo)體系,評價結(jié)果表明宿遷閘除險加固明顯改善了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活環(huán)境,加固效果介于成功與完全成功之間的概率為78%;馬壯等[35]建立了針對病險水利工程加固治理全過程的后評價體系,并將其用于南四湖二級壩第二節(jié)制閘,評價結(jié)果表明該加固治理工程的過程效果屬于2級—成功;黃顯峰等[32]從經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三方面建立了病險水庫除險加固效益評價指標(biāo)體系,并將其用于宜昌市小溪塔黑灣水庫除險加固工程,結(jié)果表明大部分效益指標(biāo)值達(dá)到了預(yù)期效益值,但水土流失指標(biāo)效益較差,后期應(yīng)加強(qiáng)水土保持措施的力度。

上述工程實(shí)踐表明,影響病險水閘、大壩等水利工程除險加固效果的關(guān)鍵因素是安全鑒定結(jié)論的準(zhǔn)確性、加固設(shè)計(jì)方案對恢復(fù)其設(shè)計(jì)功能的可行性和經(jīng)濟(jì)性、施工質(zhì)量等。對此,王少偉等[37]依據(jù)《中央政府投資項(xiàng)目后評價管理辦法》,并結(jié)合病險水閘除險加固工程的特點(diǎn),建立了由安全鑒定結(jié)論準(zhǔn)確性、除險加固設(shè)計(jì)方案、服役性能提升程度、除險加固經(jīng)濟(jì)效益和除險加固可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)5個一級評價指標(biāo)和21個二級評價指標(biāo)組成的病險水閘除險加固效果評價指標(biāo)體系。病險水利工程除險加固的程序、目的、效益等具有一定的相似性,尤其是水庫大壩與水閘,因此其他病險水利工程的除險加固效果評價可參照此指標(biāo)體系,再結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行指標(biāo)的刪減,并修正指標(biāo)權(quán)重。

2 除險加固效果評價方法體系

鑒于綜合評價指標(biāo)體系是由多個層次的子指標(biāo)組成,且同層子指標(biāo)對其上層指標(biāo)具有不同的貢獻(xiàn)度,因此綜合評價中的方法體系主要包括加固治理效果評價等級的劃分、各評價指標(biāo)屬性的量化、評價指標(biāo)融合權(quán)重的確定等,以便將細(xì)化的多個基礎(chǔ)層指標(biāo)評價屬性融合生成一個簡單明確的加固治理效果綜合評價值或評價等級。

2.1 除險加固治理效果評價等級的劃分

評價等級劃分是綜合評價的前提,以便根據(jù)評價指標(biāo)在不同等級下的賦值標(biāo)準(zhǔn)來量化評價指標(biāo)值對應(yīng)的等級屬性。目前水利工程中使用的評價等級主要是三級制至五級制。其中,三級制主要源于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),例如壩工領(lǐng)域所依據(jù)的《水庫大壩安全鑒定辦法》中一類壩、二類壩和三類壩3種安全狀況,或《水電站大壩運(yùn)行安全監(jiān)督管理規(guī)定》中正常壩、病壩和險壩3種安全等級。鑒于三級制略顯粗糙,五級制目前應(yīng)用較多,同時部分評價者采用四級制,對應(yīng)的描述語言可歸納為:四級制“優(yōu)、良、中、差”,五級制“很好、較好、一般、較差和很差”或“完全成功、較成功、基本成功、不成功、失敗”等[29-32,34-35]。

2.2 評價指標(biāo)融合權(quán)重的確定方法

權(quán)重的作用在于區(qū)分指標(biāo)之間的相對重要程度,以便據(jù)此將多個下層指標(biāo)值融合成單一的上層指標(biāo)值,權(quán)重確定的合理與否,直接關(guān)系到綜合評價結(jié)果的可信程度。目前常用的指標(biāo)融合權(quán)重主要是基于主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和組合賦權(quán)法等確定的點(diǎn)值權(quán)重。

a. 主觀賦權(quán)法。該方法是一種定性方法,利用決策者的知識和經(jīng)驗(yàn)來給出各指標(biāo)的權(quán)重,主要包括德爾菲(Delphi)法、相對比較法、層次分析(AHP)法等,其中AHP法通過構(gòu)造基于兩兩因素比較的判斷矩陣而實(shí)現(xiàn)對定性問題的定量分析,因而簡單實(shí)用[38]。盛金保等[39]基于潰壩后果綜合評價對河南省安陽市10座小型病險水庫進(jìn)行風(fēng)險排序時,采用AHP法確定的潰壩生命損失、經(jīng)濟(jì)損失、社會與環(huán)境影響的權(quán)重系數(shù)分別為0.737、0.105和0.158。然而,主觀賦權(quán)法受人為主觀因素的干擾較大,因此為了降低主觀隨意性,需要對多位專家賦權(quán)結(jié)果進(jìn)行信息融合,目前常用方法為對專家賦予相同或不同的權(quán)威性系數(shù)后,再進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的加權(quán)平均處理。其中,根據(jù)專家賦權(quán)結(jié)果與專家組整體賦權(quán)結(jié)果的偏差程度來計(jì)算其權(quán)威性系數(shù)的方法較為客觀公正。孫德忠等[40]將專家組主觀權(quán)重矩陣的相關(guān)系數(shù)作為對專家權(quán)威系數(shù)的賦權(quán),通過相關(guān)系數(shù)矩陣與指標(biāo)權(quán)重矩陣的乘積計(jì)算加權(quán)權(quán)重矩陣,并循環(huán)處理至最終收斂后,再對其歸一化處理即可得到融合整個專家組意見的主觀權(quán)重。

b. 客觀賦權(quán)法。該方法是一種基于指標(biāo)數(shù)據(jù)信息的定量方法,主要有變異系數(shù)法、熵權(quán)法、主成分分析法、投影尋蹤(PP)法、粗糙集理論法等。Lei等[41]在建立高混凝土壩空間變形熵預(yù)警指標(biāo)時,基于監(jiān)測所得各測點(diǎn)位移時間序列,采用PP法擬定了各測點(diǎn)變形熵融合時的權(quán)重,且測點(diǎn)權(quán)重值隨季度變化;Gu等[42]在進(jìn)行碾壓混凝土壩滲流性態(tài)綜合評價時,基于熵權(quán)所反映的指標(biāo)信息有序度差異性,擬定了多測點(diǎn)預(yù)測殘差和時效分量的權(quán)重。綜合而言,客觀賦權(quán)法可以有效地反映評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息和差異性,但完全忽略了主觀信息,僅以指標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),有時會導(dǎo)致數(shù)理推斷得到的權(quán)重系數(shù)明顯不合理。

c. 組合賦權(quán)法。該方法是將主觀賦權(quán)法得到的主觀權(quán)重和客觀賦權(quán)法得到的客觀權(quán)重相組合,因而既充分利用了決策者知識、經(jīng)驗(yàn)的主觀性,又兼顧了指標(biāo)信息所包含的客觀性。最常用且簡單有效的方法就是將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重直接進(jìn)行線性組合,但其準(zhǔn)確性依賴于采用的組合系數(shù),其中平均線性組合法采用較多,即主、客觀權(quán)重各采用0.5的組合系數(shù)。周紅梅[43]在評價臥龍山水庫重力壩安全性、朱蓓等[44]在評價三板溪水電站堆石壩面板健康狀態(tài)、楊海平[45]在評價某土石壩安全性時,分別采用AHP-PP、AHP-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AHP-熵權(quán)的組合方案,主、客觀權(quán)重各采用0.5的組合系數(shù)。除此之外,通過對主、客觀權(quán)重之間的差異程度進(jìn)行優(yōu)化,也是常用的主客觀組合權(quán)重確定方法,如組合最小二乘法、最小信息熵原理法、距離函數(shù)法和最小偏差法等。Zhang等[46]在進(jìn)行烏東德水電站庫區(qū)泥石流風(fēng)險評價時,基于最小偏差法計(jì)算得到的AHP法和熵權(quán)法各自組合系數(shù)分別為0.47和0.53,接近主、客觀平均線性組合方案。

在指標(biāo)權(quán)重表示方法方面,目前主要采用的是以點(diǎn)值表示的確定性權(quán)重。然而,綜合評價過程中,評價數(shù)據(jù)采集的非全面性、原始數(shù)據(jù)信息的不確定性、評價數(shù)據(jù)量化的非精確性等,導(dǎo)致在很多情況下無法較好地以點(diǎn)值來準(zhǔn)確描述評價對象;同時,作為加固治理效果評語集的“很好、較好、一般、較差和很差”等評價等級,也不是一個“點(diǎn)”的概念,而是一個范圍。對此,部分學(xué)者認(rèn)為以非點(diǎn)值形式表示的評價結(jié)論有利于更好地體現(xiàn)評價結(jié)果的相對合理性,這其中就包含非點(diǎn)值權(quán)重,如陳旭東[47]在評價碾壓混凝土工作性態(tài)時使用了區(qū)間權(quán)重；張秋文等[48]在評價水庫誘發(fā)地震風(fēng)險時使用了云模型權(quán)重等。與傳統(tǒng)點(diǎn)值權(quán)重相比,非點(diǎn)值權(quán)重不僅對指標(biāo)相對重要性進(jìn)行了比較,也對評價語言的模糊性和離散性有了更加客觀的描述,因而更符合人類語言習(xí)慣。對此,王少偉等[49]基于所建包含5個一級評價指標(biāo)和21個二級評價指標(biāo)的病險水閘除險加固效果綜合評價指標(biāo)體系,通過對41份專家權(quán)重打分調(diào)查問卷的統(tǒng)計(jì)分析,擬定了評價指標(biāo)融合的點(diǎn)值權(quán)重、區(qū)間權(quán)重和云模型權(quán)重,結(jié)果表明經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)2個一級指標(biāo)的權(quán)重取值范圍較大,但離散性較小,而7種服役性能提升程度二級評價指標(biāo)的權(quán)重取值范圍較小,建議優(yōu)先采用確定性權(quán)重以減少計(jì)算量。

2.3 綜合評價等級的確定方法

綜合評價等級的確定需要以基礎(chǔ)層評價指標(biāo)信息為基礎(chǔ)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),評價指標(biāo)按其能否用精確數(shù)值描述分為兩類:定性評價指標(biāo)和定量評價指標(biāo)。前者具有一定的模糊性和不確定性,主要基于專家經(jīng)驗(yàn)或工程類比來對其進(jìn)行評判性描述;后者可以根據(jù)理論計(jì)算得出,如除險加固效果功能指標(biāo)提升程度中的抗滑穩(wěn)定性,直接通過抗滑力與滑動力的比值得到加固前后的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。目前常用的綜合評價等級確定方法可歸納為兩類,分別是基于加權(quán)綜合評分值和最大等級隸屬度的確定方法。

a. 基于加權(quán)綜合評分值的評價方法。該方法首先需要標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)層評價指標(biāo)值,然后逐層加權(quán)匯總各評價指標(biāo)值得到綜合評價值,最后再根據(jù)事先擬定的評價等級及其對應(yīng)的評價值范圍來確定其綜合評價等級[29-31,35-36]。該類方法中,由于各評價指標(biāo)量綱不統(tǒng)一,且各指標(biāo)的優(yōu)化準(zhǔn)則不一致,因此其關(guān)鍵在于根據(jù)事先擬定的各評價等級對應(yīng)的評價值取值范圍,對基礎(chǔ)層評價指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,其中定性評價指標(biāo)多采用專家打分法,定量評價指標(biāo)則按效益型、成本型、固定型、區(qū)間型、偏離型等不同的指標(biāo)類型,采用線性函數(shù)或非線性函數(shù)對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

b. 基于最大等級隸屬度的評價方法。該方法首先從基礎(chǔ)層評價指標(biāo)開始,分別計(jì)算各評價指標(biāo)對評價等級的單一隸屬度,然后加權(quán)匯總生成目標(biāo)層的綜合隸屬度,并以最大綜合隸屬度對應(yīng)的等級作為綜合評價等級[32,34]。與基于加權(quán)綜合評分值的評價方法不同的是,該方法需要首先確定基礎(chǔ)層評價指標(biāo)的等級隸屬度。對于定性評價指標(biāo),通常多采用等級比重法;定量評價指標(biāo)則需要事先對每一個底層評價指標(biāo)進(jìn)行等級取值范圍的劃分,再根據(jù)選取的隸屬函數(shù)計(jì)算其等級隸屬度。目前常用的該類方法主要是模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)度評價法、可拓綜合評價法等,但這些方法大多只針對評價過程中的模糊性或隨機(jī)性,沒有同時兼顧兩者的影響。對此,大量學(xué)者將能同時考慮模糊性和隨機(jī)性的云模型理論引入到綜合評價中,通過建立評語集云模型和等級隸屬度云模型,使得評價等級不再采用明晰的區(qū)間劃分,更加符合人類語言習(xí)慣[50-51]。

3 研究展望

a. 構(gòu)建能兼顧病險水利工程除險加固治理效果通用性和特殊性的綜合評價指標(biāo)體系。病險水利工程除險加固涉及面廣,各工程的病險問題既有共性部分,又有各自的特殊性?，F(xiàn)有的加固治理單一效能評價方法主要為針對工程安全、經(jīng)濟(jì)效益等某一方面的評價方法,均無法完全兼顧加固治理效果評價的通用性和特殊性。因此,需要在分析水利工程病險成因和主要加固措施的基礎(chǔ)上,深入挖掘病險水利工程除險加固效果的影響因素,構(gòu)建能同時兼顧加固治理效果通用性和特殊性的病險水利工程除險加固效果綜合評價指標(biāo)體系,以便對同類除險加固工程進(jìn)行類比評價和反饋指導(dǎo)。

b. 基于云模型進(jìn)行病險水利工程除險加固效果的綜合評價。除險加固效果綜合評價中獲取的基礎(chǔ)層評價指標(biāo)信息、評價指標(biāo)權(quán)重等均包含大量的不確定性;同時,作為加固治理效果評語集的“很好、較好、一般、較差和很差”等評價等級,也不是一個“點(diǎn)”的概念,而是一個范圍。結(jié)合當(dāng)前綜合評價領(lǐng)域中使用的云模型理論,研究建立病險水利工程除險加固效果的評語集云模型、評價指標(biāo)權(quán)重云模型和隸屬度云模型,進(jìn)而同時反映評價指標(biāo)信息、權(quán)重和評語集的不確定性,并將不確定信息中的模糊性和隨機(jī)性有機(jī)結(jié)合起來,以提高綜合評價的系統(tǒng)性和精確性。

c. 強(qiáng)化除險加固效果評價中的可持續(xù)發(fā)展效應(yīng)。當(dāng)前水閘除險加固中涉及大量的混凝土結(jié)構(gòu)拆除重建工程,若將此廢棄混凝土塊用于制備RAC,既可解決資源短缺問題,也可解決加固治理引起的部分環(huán)境污染問題;此外,部分除險加固工程存在加固后短期內(nèi)的反復(fù)加固問題,因此需要對本次加固治理后工程的預(yù)期服役壽命及后期加固治理的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性等可持續(xù)效應(yīng)進(jìn)行評價。