基于改進層次分析法的卡基娃電站面板堆石壩料場優(yōu)化前后的風(fēng)險評價

蔡小輝 張 瀚 伍儀保

（1.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院 廣東 深圳 510800；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院 四川 成都 610065）

卡基娃水電站是木里河流域“一庫六級”開發(fā)方案中的“龍頭水庫”工程。可研階段設(shè)計方推薦普爾料場I區(qū)作為大壩填筑料主料場，普爾料場Ⅱ區(qū)為輔助料場，人工骨料料源采用普爾料場II區(qū)，料場的改址將會帶來一定的風(fēng)險，本文通過改進層次分析法，通過大量專家的調(diào)查，得出料場優(yōu)化前后的風(fēng)險排序，從而指導(dǎo)決策人員進行做出正確的判斷以及得到最合理的經(jīng)濟評價。

1 卡基娃面板堆石壩的工程概況

1.1 工程概況

卡基娃電站水庫正常蓄水位為2850.00m，相應(yīng)庫容3.583億m3；死水位2800.00m，相應(yīng)死庫容 0.777億 m3；校核洪水位2852.20m，相應(yīng)總庫容3.745億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。電站采用混合開發(fā)方式，攔河大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高171m，引水隧洞長約6.36km，電站裝機容量440MW。大壩自上游至下游依次為棄渣壓重區(qū)、粘土鋪蓋區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、大塊石護坡、下游壓重區(qū)。墊層料區(qū)水平厚度4m，過渡料區(qū)自上而下水平厚度由6m漸變至11m。

1.2 料源

卡基娃電站面板堆石壩的料源包括普爾料場和則窩料場。普爾料場位于壩址下游普爾村一帶，運距約4km。該料場右岸沿河現(xiàn)有機耕道通過，擬拓寬改建，約2900m高程有梯級電站對外交通公路通過。左岸有木里河相隔，若開采則須架設(shè)橋梁。把普爾料場分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū),有用層總儲量為1380萬m3，滿足兩倍需求量要求，無用層儲量407萬m3，采剝比3.39∶1。則窩料場位于大壩上游木里河右岸通鄉(xiāng)公路以上則窩和牙洛村之間，距大壩3km左右。料場范圍大致北部、南部以較大的沖溝為界，西部（料場后緣）高程達(dá)3200m左右，東部以通鄉(xiāng)公路（高程2900m左右）為界，總體呈葫蘆形，最大寬度530m，長度815m，料場面積27.4萬m2。通過研究則窩料場的骨料得知則窩料場人工骨料巖石飽和抗壓強度最大值為85.9MPa，最小值為 54.0MPa，平均值為72.1MPa，均滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）大于40MPa的要求。

表1 優(yōu)化前壩料開采與運輸風(fēng)險排序表

表2 料場優(yōu)化后的壩料開采與運輸風(fēng)險排序表

則窩料場人工骨料巖石的凍融損失率均小于1%，滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）的要求。

則窩料場人工骨料巖石的三氧化硫百分含量均小于0.5%，滿足《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（DL/T5388-2007）的要求。

1.3 施工總布置

本工程采用混合式開發(fā)，引水發(fā)電系統(tǒng)布置于木里河右岸，壩址至廠房公路里程約10km。壩址位于唐央鄉(xiāng)則窩溝下游約300m處，壩址區(qū)呈深切略微不對稱“V”型峽谷地貌，峽谷系數(shù)(寬高比)約1.8，左岸壩址下游分布有卡基娃滑坡。工程區(qū)域內(nèi)可供施工布置的場地較少，僅零星分布的河灘地、一級階地等少量緩坡地帶，施工戰(zhàn)線長，施工總布置難度較大，選擇余地較小。

2 卡基娃電站面板堆石壩料場優(yōu)化[5]前后風(fēng)險評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

綜合考慮料場地質(zhì)，規(guī)劃開采量，儲量，地理位置等因素,在大量查閱資料和調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過與從事工程施工多年的技術(shù)人員、施工員的多次訪談，按類確定壩料開采與運輸在料場優(yōu)化前和優(yōu)化后的風(fēng)險評價指標(biāo)體系如圖1。

3 卡基娃電站壩料開采和運輸風(fēng)險評價的改進層次分析法

層次分析法[4][8]是指將一個復(fù)雜得多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個目標(biāo)或準(zhǔn)則，進而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法求解層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。本文提出的改進層次分析法主要對權(quán)重的獲取模式進行優(yōu)化。層次分析法中最常用的構(gòu)建判斷矩陣以求解權(quán)重的模式，因其判斷矩陣構(gòu)建較復(fù)雜，專家打分要求較高且容易出現(xiàn)不能通過一致性檢驗等問題，因此，本次采用一種新方法——定性排序定量轉(zhuǎn)換法獲取各層指標(biāo)權(quán)重。定性排序定量轉(zhuǎn)換法是基于專家對評價指標(biāo)排序結(jié)果的一種權(quán)重計算方法。所謂定性排序是通過調(diào)查，將被調(diào)查的專家對方案比較中各技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)根據(jù)重要性進行排序，然后再根據(jù)排序先后轉(zhuǎn)化為權(quán)重值大小，如式（1）。完成轉(zhuǎn)換后，即可按式（2）～（3）求解權(quán)重。

式中，I 為專家排序變量，I∈[1，2，3…，j，j+1]；S（I）為 I對應(yīng)的“認(rèn)識值”；j為實際最大的序號；j+1是設(shè)想的最末一個序號；m=j+2為轉(zhuǎn)換參數(shù)變量。

最后進行層次總排序，如果設(shè)上層次因素為 A1，A2，……，Am，通過定性排序定量轉(zhuǎn)換法獲取其權(quán)重值分別為且同理，獲取下層次因素B1，B2，的單排序權(quán) 重分別 為，（b11，b21，……，bn1)，（b12，b22，……，bn2)，（b1m，b2m，……，bnm)且則下層次因素的總排序權(quán)值可按式（4）計算并滿足

4 卡基娃電站壩料開采與運輸風(fēng)險優(yōu)化前后綜合排序匯總表

通過上述改進層次分析法，在專家打分的基礎(chǔ)上，先由(1)式將專家排序的結(jié)果進行定量轉(zhuǎn)換,再由（2）、（3）式計算各指標(biāo)的權(quán)重，最后通過（4）式可以得出優(yōu)化前后各指標(biāo)綜合排序匯總表。

5 卡基娃電站面板堆石壩[7]料場優(yōu)化前后風(fēng)險對比分析

根據(jù)以上風(fēng)險分析結(jié)果可知，可研階段大壩填筑料采用普爾料場I區(qū)和II區(qū)聯(lián)合供料的方案因受料場征地移民、運輸線路規(guī)劃、規(guī)劃開采掌子面數(shù)量、路基及邊坡地質(zhì)條件等風(fēng)險因素的影響，特別是料場征地移民和9#公路地質(zhì)條件差處理難度大的風(fēng)險難以避免，普爾料場方案實施的風(fēng)險大，壩址附近的則窩料場的儲量和質(zhì)量均滿足要求。因此，可考慮用則窩料場替代普爾料場。

采用則窩料場單獨供應(yīng)全工程人工骨料和大壩填筑料方案，儲量和質(zhì)量滿足要求，料場開采條件較好，如采用分區(qū)開采，自上而下全線同步開采，規(guī)劃4～5個開采區(qū)。每區(qū)又可布置多個開采掌子面，棄料提前剝離。在大壩填筑前形成開采掌子面，開采強度基本可以滿足大壩填筑和人工骨料毛料需求。

則窩料場上壩運距較普爾料場I區(qū)和II區(qū)分別遠(yuǎn)約1km和0.5km，棄料運距較普爾料場I區(qū)遠(yuǎn)約2km，較II區(qū)近約1km，但普爾料場上壩及棄料基本為重車下行，預(yù)計棄料及上壩費用綜合考慮相當(dāng)。

料場棄料量及邊坡處理本階段難以準(zhǔn)確計算，宏觀判斷則窩料場剝采比最低，棄料相對較少。則窩料場邊坡處理預(yù)計相對簡單，但支護設(shè)計需要根據(jù)開挖揭示地質(zhì)情況動態(tài)進行。預(yù)計棄料及邊坡處理費用則窩料場相對較省。

但啟用則窩料場需要在紅線范圍內(nèi)新增征地，考慮該因素啟用則窩料場，所涉征地移民、填筑料和人工骨料毛料運輸、料場邊坡支護總費用預(yù)計比可研階段（普爾料場I區(qū)和II區(qū)聯(lián)合開采）大為減少。

6 結(jié)論

在分析卡基娃電站壩料開采和運輸關(guān)鍵環(huán)節(jié)基礎(chǔ)之上，結(jié)合類似工程經(jīng)驗，建立了壩料開采與運輸風(fēng)險清單，并從管理層目標(biāo)角度出發(fā)，構(gòu)建了包括壩料開采與壩料運輸2個指標(biāo)層和料場征地移民、規(guī)劃開采掌子面數(shù)量、運輸線路規(guī)劃等16項因子層指標(biāo)的壩料開采與運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系。文中利用改進層次分析法得出各風(fēng)險的重要性排序，對該工程的決策者提供巨大的參考意義，節(jié)省工程投資，提高工程進度。陜西水利

[1]張青暉等.風(fēng)險分析綜述[D].長沙：國防科技大學(xué)，1996.

[2]黃海燕.土壩漫壩與壩體失穩(wěn)模糊風(fēng)險分析研究[D].廣西：廣西大學(xué)，2003.

[3]M.P.Singh,Curtis.C.,Travis.Environmental Risk Analysis:An Overview.Risk Analysis,1991,11(3).

[4]陳建軍等.層次分析法在水利工程建設(shè)項目風(fēng)險評估中的應(yīng)用[J].水利經(jīng)濟，2007，25(1).

[5]趙常明.公伯峽面板堆石壩填筑施工風(fēng)險分析及對策[D].天津：天津大學(xué)，2003.

[6]四川大學(xué)水利水電學(xué)院.大斷面斜井群施工風(fēng)險評價與施工控制技術(shù)研究[R].成都：四川大學(xué),2010

[7]蔣國澄等.混凝土面板堆石壩工程[M].湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997年12月.

[8]李新華.基于層次分析法的水電站工程的風(fēng)險評價與風(fēng)險管理研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2005