第１０卷第２期
中國水利水電科學研究院學報
２ｏ１２年６月
ｊ 「，２ｏ１２
文章編號
水庫除險加固技術方案關聯分析與決策
嚴祖文，魏迎奇，李維朝
（中國水利水電科學研究院岩土ｔ程研究所，北京
１０００４８）
摘要：病險水庫除險加固技術方案與病險型別、病害程度、風險大小、經濟要求、環境要求、可持續發展等眾多因素之間的關係錯綜複雜，往往導致難以選取最優的加固技術方案。本文在層次分析的基礎上，利用灰色關係分
析決策模型，提出了基於病險型別、病害程度及大壩風險的除險加固技術方案決策方法，使除險加固過程中技術
方案的決策更具客觀性和科學性。
關鍵詞：病險水庫；加固技術方案；關聯分析；決策
中圖分類號：ｔｖ６９７－３
文獻標識碼：ａ
１研究背景
病險水庫除險加固技術方案與病險型別、病害程度、風險大小、經濟要求、環境要求、可持續發展等眾多因素之間的關係錯綜複雜，且這些關係表現形式是灰色的，難以釐清。但這些因素又決
定了加固技術方案的選取，如果分不清主次，就難以選取最優的加固技術方案，難保眾多的加固需
求。關聯度是灰色關聯分析方法中用於度量系統之間或因素之間關聯性大小的尺度，它可以定量地比較或描述系統之間或系統中各因素之間在發展過程中的相對變化情況，即用它們變化的大小、方向及速度等的接近程度來衡量它們之間的關聯性大小。如果兩個比較因素的變化態勢基本一致或相似，其同步變化程度較高，即可以認為兩者關聯程度較大；反之兩者關聯程度較小。
加固技術方案與病險水庫的病險型別、病害程度及風險大小的關聯分析是個遞進過程。首先通
過加固技術方案與病險型別的關聯分析，利用關聯度判別選取能夠整治水庫病險的可能方案；其次，利用選取的加固技術方案與病害程度、風險及其它因素進行關聯分析，對加固技術方案進一步
篩選，最終得到唯一的加固技術方案。這樣選取的加固技術方案既能消除工程病險，又具有合理
性、經濟性和適用性。
２研究方法
加固技術方案與病險因子的關聯分析與決策過程具體如下 ：
（１）參考序列是依據大壩安全評估結果和病險因子集形式確立的大壩病險因子，是選取加固技術方案的指標：
『１）式中：參考序列中元素的個數與病險因子集ａ中元素的個數相同，且同一下標對應的病險因子為
同一種。
（２）比較序列即關聯集代表了可供選取的加固技術方案，下標ｉ表示加固技術
收稿日期
**專案：「十一五」國家科技支撐計畫專案水利部公益性行業專項作者簡介：嚴祖文（１９７８－），男，廣西防城人，高階工程師，博士，主要從事大壩安全評價研究
一１５３—
水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文魏迎奇李維朝
方案的系列號。
（３）關聯係數集ｅ為比較序列置中各序列與參考序列關聯係數集合，具體表
示為：…
ｅ：乞。乞：…
（２）…
式中：『項病險因子的關聯程度。，』
為第項加固技術方案第＿（４）在加固技術方案與病險因子的關聯分析中，決策權重是體現決策因素相對重要程度的乙個定量表達方式，一般用權重資料集表示：
（３）（４）
．（５）關聯分析是在綜合考慮加固技術方案與決策影響因素的關聯程度及其權重後，選取最佳的加
固技術方案。加權關聯度集的計算公式為：
（５）式中：１，２，…，，ｌ為參考加固方案的系列號；ｒｉ表明了第ｉ種加固技術與參考目標的關聯程度，是選
取適應病險因子的加固技術方案的定量標準。
（６）通過關聯分析選取ｒ值最大的加固技術方案即為關聯分析決策出的最佳加固技術方案。
３除險加固技術方案與病險因子的關聯分析與決策
３．１除險加固技術方案與病險型別的關聯分析與決策以土石壩為例，對加固技術方案與病險型別，建立適用的灰色關聯分析矩陣，並在此基礎上利用灰色關聯分析方法確定加固技術方案與病險型別的關聯程度，為加固技術方案選取提供依據。３．１．１病險型別集
大壩的病險型別集用集合ａ表示：
ａ＝｛口ｌ，口２，…，口｝＝｛口
（６）式中：ａｉ為第＿『種病險。
．依據土石壩主要病險分類，建立土石壩病險型別集ａ＝｛口。＝防洪；ａ：＝抗震；。，＝結構；ｏ：滲流｝，
即集合ａ＝｛ａ，口：，口３，口｝代表土石壩的病險型別。
３．１．２加固技術方案集
加固技術方案集用集合表示：
（７）式中：ｂｉ為第種加固技術方案。
￣ｅｊ￣ｊｎ固技術方案集 ｂ＝｛ｂｌ＝防洪加固；ｂ２＝抗震加固；ｂ３＝結構加固；ｂ４＝滲流加固１。
３．１．３關聯矩陣由病險型別集ａ和加固技術方案集的關係可以得到兩因素集的關聯矩陣 ，它表明了加固方案與病害型別間的對應關聯關係及其緊密程度，即關聯集：
ｘ１１ ｘｌ２…ｌｍ
２ｉ２２…２ｍ
ｘｉ＝ａ：＝＝
（）曰，∈ａ）（８）
ｎ１ｎ２…ｎｍ
一１５４一
水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文魏迎奇李維朝
式中：ｘｉ為第ｉ種加固技術方案ｂｉ與第．種病險型別ｏ 的關聯程度。
為定量評價構成關聯矩陣的因素在系統中的關聯程度，需要通過給矩陣元素賦一定的數值（即權重）來定量反映關聯矩陣中的各種關聯作用。當前常用的確定權重的方法是層次分析法。
在病險型別與加固技術方案的關聯分析中，相互之間的關聯程度及其賦值應視對關聯矩陣中各因素的認識及關聯分析的目的而定。借鑑ｈｕｄｓｏｎ提出的「專家一半定量取值方法」來定量評價確定關聯集中的元素，如表１所示：
表１關聯矩陣的專家半定量取值法
利用土石壩病險型別集和加固技術方案集，可以生成如下所示的關聯矩陣，所表達的具體關係
如表２所示：
４１．００．０
０．０１．ｏ
ｏ．００．ｏ
日 ａ＝３１
ｘ４１ｘ４２
４３４４
（９）１．０
０．０ ０．ｏ一
表２土石壩的加固方案與病險型別模糊關聯分析
３．ｉ．４關聯分析與決策除險加固技術方案與病害程度的關聯分析與決策過程見式（ｉ）－－（５）。
採用群決策方法確定的大壩９個病險型別評價指標的重要性排序。 見表３。在前述病險型別分類及加固方案分類框架下，防洪、滲流、結構安全及抗震４類病險型別的決策權重可取為
表３評價指標的重要性排序
大壩病害可能是多種共存，需根據病害型別選取或判定關聯特徵表，確定與病害型別最近似的
一種或多種子特徵值，從而做出選擇。
通過關聯分析選取的比較序列即為擇出的加固技術方案。需要注意的是，依據加固技術方案與
病險型別關聯分析僅是捨去難以滿足病險型別需求的加固方案，選出的加固技術方案不具有唯一性。３．２除險加固技術方案與病害程度的關聯分析與決策
３．２．１病害程度術進行關聯。
在病險水庫加固方案選取中，降低病害程度、消除病險是硬性要求，是加固方案
選取首要考慮的因素。以病險嚴重性分級及定性定量描述為基礎，將病險程度的定量描述與加固技３．２．２決策因素集
加固技術方案決策的影響因素可以用集合ｃ表示：
ｃ＝｛ｃｌ＝病害程度
一（１０）
１５５—
式中：ｍ為影響因素的個數；ｃ，為病害程度，是必須考慮的；ｃ２－ｃ為其它影響因素，除加固技術方
水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文魏迎奇李維朝
案的效果可靠性、經濟合理性和施工適宜性外，決策者還可以依據實際情況確定，如環境要求等。
３．２．３加固技術方案集加固技術方案集可用集合表示：
式中：ｂｉ為第ｉ種加固方案。
（１１）
與前述加固方案集不同，它是通過加固技術方案與病險型別關聯分析後篩選出的加固技術方
案集，是的一部分，兩者關係如下：
（１２）
３．２．４ 關聯矩陣由決策因素集ｃ和加固技術方案集的關係可以得到兩因素集的關聯矩陣 ，它表明了加固方案與決策因素集間的對應關聯關係及其緊密程度，即關聯集 ＝ｃ。３．２．５關聯分析與決策３．３．１決策因素集
見式（１）一（５）。
３．３ 除險加固技術方案與大壩風險的關聯分析與決策
將加固後的大壩風險降低至可接受的風險標準範圍內屬於加固措施的可行性，
除此之外還需考慮其它的一些影響因素，如加固措施的加固規模、加固效果和大壩安全程度等。上述因素都是加固措施選取過程中必須考慮的，它們構成了加固措施決策的影響因素，可用集合ｃ
表示。ｃ＝｛ｃ１：大壩風險
式中：為影響因素的個數。其中，第乙個影響因素ｃ，為病險水庫的大壩風險，是必須考慮的；６＇２一ｃ為其它影響因素，除加固規模、加固效果和大壩安全程度外，決策者還可以依據實際情況確定。
大壩風險的定量描述可依表４確定，大壩安全程度的定量描述可依表５確定，加固效果的定量描述可依表６確定；其它影響因素的定量描述可基於層次分析法對比確定。
表４大壩風險標準劃分及其定量劃分
注：為區域適應性因子，由專家確定，一般是１左右的資料。
表５安全程度分級及其定性定量描述表
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水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文
表６除險加固效果等級劃分及其涵義
魏迎奇李維朝
３．３．２加固措施集加固措施集是將病險水庫的加固措施集合在一起，用集合表示：
式中：ｂｉ為第種加固措施。加固措施集的大小可以視加固措施的個數ｔｌ，而定，也可以就加固技術分類
種數而定，它可以包括所有的加固措施，也可以是具有一定針對性的一些加固措施。如依據土石壩的破
壞形式分類，可以建立加固措施集ｂ＝｛ｂ＝防洪加固；ｂ：防滲加固；ｂ＝穩定加固；ｂ＝其它加固ｌ。
３．３．３ 關聯矩陣由決策因素集ｃ和加固方案集的關係可以得到兩因素集的關聯矩陣 ，它表明了加固措施與決策因素集間的對應關聯關係及其緊密程度，即關聯集 ＝曰 ｃ。３．３．４關聯分析與決策
見式（１）一（５）。
４例項分析
某水庫工程實際防洪能力低於１００年一遇設計洪水標準，除險加固設計在確定工程洪水標準時進行了大量比較工作，重點研究了以下４種方案。
方案１：維持現有洩洪能力不變情況下，混凝土壩按２０００年一遇洪水加高，土壩按５０００年一遇洪水加高（加高方案）。
方案２：混凝土壩按２０００年一遇洪水校核，土壩按５０００年一遇洪水校核，增加一座洩洪閘（增加
洩洪閘方案）。
方案３：維持現有洩洪能力不變情況下，各擋水建築物均按２０００年一遇洪水加固處理（２０００年一
遇校核方案）。
方案４：採用爆潰方式形成爆潰溢洪道（爆潰式非常溢洪道方案），設計防洪標準同方案１、２。
各加固技術方案工程直接投資比較見表７，綜合評價見表８，其中病害程度與綜合經濟性屬於成本型指標，效果可靠性和施工適宜性屬於效益性指標。
表７各方案建築工程直接投資表
（單位：萬元）
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水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文魏迎奇李維朝
表８加固技術方案綜合評價表
比較序列為由綜合評價表得出的各方案的評價資料集：＝｛０三
，ｆ．．．１
２，３，４）。
由參考序列和比較序列構成的矩陣為
對矩陣進行規範化處理，得出規範矩陣
陣中２』３，４）與中系口ｔ．【
四個指標盼ｊ｝
病宅舀渡、效果可靠性、綜合紹性、施五齜陣女盯下
各加固技術方案與參考指標序列的關聯度矩陣如下
可見方案３的關聯度最高，故選取方案３為水庫的最終加固方案。
５結語（１）考慮病險水庫加固過程中加固技術方案與病險型別、病害程度、風險大小、經濟要求、環境要求以及可持續發展等眾多因素，在層次分析的基礎上，利用灰色關聯方法，建立了適用於病險水庫除險加固技術方案決策的灰色關係分析決策模型。
（２）基於灰色關聯分析決策模型，提出了基於病險型別、病害程度及大壩風險的除險加固技術方案決策方法，使除險加固過程中技術方案的決策更具客觀性和科學性。
參考文獻：
［１］李榕．基於灰色關聯分析的煤礦工傷風險綜合評價［ｊ］．中國煤炭
一ｌ５８—
水庫除險加固技術方案關聯分析與決策嚴祖文
魏迎奇李維朝
［２］張啟嶽．土石壩加固技術［ｍ］．北京：中國水利水電出版社水庫大壩安全評價導則［ｓ］．
［４］張國棟，李雷，彭雪輝．基於大壩安全鑑定和專家經驗的病險程度評價技術［ｊ］．中國安全科學學報，
［５］馬福恆，劉成棟，向衍．水庫大壩風險綜合評價標準及其適用性［ｊ］．河海大學學報（自然科學版），２００８，
（責任編輯：李琳）
**摘要編寫要點
１．摘要是**內容不加注釋和評論的簡短陳述，應包含正文的要點，具有獨立性和自含性，讓
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４．摘要中不用圖、表、非公用共知的符號和術語，不能引用文獻；縮寫名稱在第一次出現時要
有全稱（包括中文和英文）。
５．摘要中不要多列資料，出現的應該是最重要的、最關鍵資料。
６．中文摘要一般左右，中英文摘要應基本對照，不能因為某些內容不好翻譯就略去。
７．關鍵詞是為了文獻標引工作，是從**中選取出來用以表示全文主題內容資訊的單詞或術
語，一般為３￣８個詞，盡量用規範詞。
《中國水利水電科學研究院學報》編輯部
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水庫除險加固施工方案
第一章編制依據及原則 第二章施工總說明 第三章施工總布置 第四章施工方案與技術措施 第五章擬投入施工機械裝置 工期及保證措施 第六章質量管理體系與措施 第七章安全管理體系與措施 第八章施工組織機構 第九章環境保護管理體系與措施 第十章資源配備計畫 第一章編制依據及原則 1.1編制依據 1.根據江油市...
小型水庫除險加固處理方案
摘要 隨著社會的發展，水庫在人們的生活中扮演著越來越重要的作用。據資料顯示，目前我國的水庫已達到84926座。其中，小型水庫為數最多，達到81893座。這些水庫為人們正常生活灌溉 養殖提供了充足的水源，同時對各類洪水災害起到了一定的預防措施。但是，由於各種原因，目前很多小型水庫都存在一定程度上的問題...
水庫工程除險加固安全方案
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