一种引调水工程输水河道风险评价方法

本发明涉及输水河道风险评价领域，具体是一种引调水工程输水河道风险评价方法。

背景技术：

1、众所周知，水资源与地区粮食安全、生态安全、经济发展密切相关。然而，受地理位置、气候等多因素影响，降雨分布不均匀，导致我国的水资源分布具有显著的空间差异性。总体来看，具有南多北少、东多西少的典型特征。对于缺水地区而言，水资源短缺问题已成为区域发展的最大制约瓶颈。在此背景下，中国南水北调的“四横三纵”总体布局应运而生。其中，“三纵”是指东、中、西三条调水线路，“四横”是指长江、淮河、黄河、海河，通过构建“四横三纵”的总体格局，实现我国的水资源优化配置，是解决我国北方地区水资源严重短缺、促进经济发展、环境改善和社会稳定重大战略性基础设施。

2、由于引调水工程跨越空间范围广，其输水河道往往具有线路长、节点多、风险因素繁杂等特点，为保障输水河道的供水安全，进行有效的风险管理至关重要，而合理、全面、系统、客观的风险评价方法则是开展风险管理、制定风险管控策略的前提。然而，现有的输水河道风险评价方法存在如下不足：(1)已有研究侧重风险率评价，忽视风险损失评价或在对风险损失进行考虑时，多关注风险损失的某一要素(如河道长度)，风险损失考虑因素不全面，尚不能实现风险率-风险损失的归一化定量评价；(2)输水河道风险率涉及水文特性、工程结构、河道结构、运行管理等多方面内容，现有的风险评价方法往往侧重风险管理某一方面(如水文荷载、堤防结构、河道形状等)且未能反映引调水工程输水河道特点(相比于一般河道人为管理程度高)，难以全面、系统、客观的评价引调水工程输水河道风险指数的问题。

3、据此，本发明拟提供一种引调水工程输水河道风险评价方法：(1)综合考虑水文特性、河道结构、工程结构、运行管理四个方面的引调水工程输水河道风险率评价指标体系，考虑因素全面，结合了引调水工程输水河道特点，有助于客观、全面的评价引调水工程输水河道风险率指数；(2)综合考虑引调水工程输水河道失效外部荷载和河道结构，构建了引调水工程输水河道风险损失评价指标体系，实现了引调水工程输水河道风险损失的定量分级评价，改善了当前引调水输水河道评价中多侧重单一要素风险损失的缺陷。此外，本发明将定量且无量纲化的的引调水工程输水河道风险率指数和引调水工程风险损失指标相结合，绘制可得到引调水工程输水河道风险率—风险损失二维矩阵图，有助于清晰明了的反映评价对象的整体风险状况。

技术实现思路

1、本发明拟提供一种引调水工程输水河道风险评价方法，解决现有输水河道风险率/风险损失评价指标体系侧重风险管理某一方面(如外部荷载、堤防结构、河道形状、运行管理等)或风险损失的某一要素(如河道长度)且未能反映引调水工程输水河道特点(相比于一般河道人为管理程度高)，难以全面、系统、客观的评价引调水工程输水河道风险指数的问题。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本发明提供一种引调水工程输水河道风险评价方法，包括以下步骤：

4、步骤1，构建引调水工程输水河道风险评价指标体系，所述风险评价指标体系风险率评价指标体系和风险损失评价指标体系，各自由目标层、准则层、指标层组成；

5、步骤2，确定引调水工程输水河道风险指标赋分标准，包括引调水工程输水河道风险率和风险损失评价基准和评价指标赋分标准；

6、步骤3，运用专家咨询法和层次分析法，确定引调水工程输水河道风险率指标/风险损失准则层和指标权重wi取值；设定矩阵一致性检验标准阈值，若判断矩阵的一次性检验通过，该流程终止并得到评价指标体系的权重矩阵，否则重新进行本步骤；

7、步骤4，根据步骤3得到的评价指标体系的权重矩阵确定引调水工程输水河道风险率指数和风险损失指数，给出风险率-风险损失二维矩阵图。

8、进一步的，于风险率评价指标体系，目标层为引调水工程输水河道风险率指数，准则层包括水文特性、河道结构、工程结构、运行管理共计4个方面，准则层侧重点和具体的22个指标，具体如下：

9、v)水文特性准则层，侧重引调水工程输水河道流域水文状况，包含洪水特性共计1个指标；

10、vi)河道结构准则层，侧重引调水工程输水河道空间形态和淤积隐患两个方面，其中河道空间形态包含河相关系数、河道弯曲系数和河道纵比降共计3个指标，淤积隐患包含河道淤积强度共计1个指标；

11、vii)工程结构准则层，侧重堤身结构、堤基状况、筑堤材料三个方面，其中堤身结构包含堤身结构均匀性、堤顶宽度、堤顶超高、堤防临河坡度共计4个指标；堤基状况包含堤基黏粒含量、堤基渗透系数、堤基压实度共计3个指标；筑堤材料包含堤身黏粒含量、堤身渗透系数、堤身压实度共计3个指标；

12、运行管理准则层，侧重制度状况、人员条件、基础设施三个方面，其中制度状况包含管理制度完善程度、应急预案完善程度共计2个指标；人员条件包含人员结构合理性、人员技术水平共计2个指标；基础设施包含人均电脑配备量、物资储备充足程度、交通运输状况共计3个指标。

13、进一步的，对于风险损失评价指标体系，目标层为引调水工程输水河道风险损失指数，准则层包括外部荷载和河道结构，指标层包括河道设计流量、河道设计长度共计2个指标。

14、进一步的，

15、进一步的，所述步骤2确定引调水工程输水河道风险指标赋分标准，具体包括：

16、i)首先确定引调水工程输水河道风险率和风险损失评价基准：

17、①对于风险率指数，参考大坝工程惯例，将单一风险因子，即评价体系中单一风险指标的评价对象的风险率划分为1级、2级、3级、4级、5级，对

18、应风险发生概率低、较低、中等、较高、高；

19、②对于风险损失指数，将单一风险因子的风险损失划分为5个类别，依次为1级、2级、3级、4级、5级，对应风险损失轻微、较轻、中等、重大、极其重大；

20、ii)确定引调水工程输水河道风险率和风险损失评价指标赋分标准，通过专家咨询和资料查阅相关行业规范、设计规程，依次确定风险率评价体系和风险损失评价体系指标层不同取值下的风险率/风险损失di赋分标准，其中i＝1，2，...，n。

21、进一步的，所述步骤2确定的引调水工程输水河道风险指标赋分标准，具体如下：

22、表5-1引调水工程输水河道风险率指标赋分标准

23、

24、

25、表5-2引调水工程输水河道风险损失指标赋分标准

26、

27、进一步的，所述步骤3中运用专家咨询法和层次分析法，确定引调水工程输水河道风险率指标/风险损失准则层和指标权重wi取值，具体包括：

28、i)专家评价表设计，包括引调水工程输水河道风险率/风险损失评价体系准则层和任一准则层对应的指标层，具体为“引调水工程输水河道风险率准则层专家判断表”、“引调水工程输水河道风险率指标层专家判断表”、“引调水工程输水河道风险损失准则层专家判断表”、“引调水工程输水河道风险损失指标层专家判断表”；由对引调水工程输水河道具有丰富工作经验的专家对各风险要素的相对重要程度进行一一判断；

29、ii)判断矩阵构造，根据m位专家判别结果，依次构造引调水工程输水河道风险率/风险损失准则层和指标层判断矩阵，具体流程如下：

30、①将m位专家的判别结果转化为结构性判断矩阵，第k位专家判别结果转化为矩阵rk＝[rij,k](k＝1,2,...,m)，其中矩阵中rij,k表示第k位专家对i元素和j元素相对重要性的判断，若rij,k＝1，表示第k位专家认为i元素和j元素同样重要；若rij,k＝3，表示第k位专家认为i元素比j元素更重要；若rij,k＝5，表示第k位专家认为i元素比j元素显著重要，依此类推；

31、②采用数学平均方法，综合、全面考虑各位专家对同一评价对象的不同判断，将同一评价对象(如风险率评价体系准则层)的判断矩阵要素依次取算术平均值，得到判别矩阵其中

32、iii)权重向量计算，这里采用和值法计算判断矩阵的权重向量，具体

33、过程包括：

34、①判断矩阵列维度归一化

35、

36、②归一化矩阵行维度求和转换

37、

38、③矩阵(2)的归一化转换

39、

40、④矩阵转置得到判断矩阵权重向量

41、

42、⑤判断矩阵一致性判断指标计算

43、

44、

45、式中，λmax为判断矩阵最大特征值；ci为判断矩阵的一致性指标；ri为判断矩阵的平均随机一致性指标(可查表获得)；cr为判断矩阵的随机一致性比率。

46、iv)判断矩阵的一致性检验，矩阵一致性检验标准阈值设置为0.05，即若cr＜0.05则认为判断矩阵一致性满足要求，否则不满足要求；

47、v)若判断矩阵的一次性检验通过，该流程终止并得到评价指标体系的权重矩阵，否则回到ii)重新开始。

48、进一步的，所述步骤4根据步骤3得到的评价指标体系的权重矩阵确定引调水工程输水河道风险率指数和风险损失指数，给出风险率-风险损失二维矩阵图，具体包括：

49、i)计算引调水工程输水河道风险率/风险损失综合评价结果，公式为

50、

51、式中，x为评价对象的综合评价结果；xi为某一评价指标的评价值，其取值为1级、2级、3级、4级、5级；wi为某一评价指标所占权重；

52、ii)制定引调水工程风险率—风险损失综合评价标准，将风险率综合评价结果和风险损失综合评价结果均按照取值(0，1]，(1，2]，(2，3]，(3，4]，(4，5]划分为风险低、风险较低、风险中等、风险较高、风险高共计五类；

53、iii)绘制引调水工程输水河道风险率-风险损失二维矩阵图。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：·

55、(1)本发明构建了一套综合考虑水文特性、河道结构、工程结构、运行管理四个方面的引调水工程输水河道风险率评价指标体系，考虑因素全面，结合了引调水工程输水河道特点，有助于客观、全面的评价引调水工程输水河道风险率指数；

56、(2)综合考虑引调水工程输水河道失效外部荷载和河道结构，构建了引调水工程输水河道风险损失评价指标体系，实现了引调水工程输水河道风险损失的定量分级评价，改善了当前引调水输水河道评价中多侧重单一要素风险损失的缺陷。

57、(3)本发明将定量且无量纲化的的引调水工程输水河道风险率指数和引调水工程风险损失指标相结合，绘制可得到引调水工程输水河道风险率—风险损失二维矩阵图，有助于清晰明了的反映评价对象的整体风险状况。