一种大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建方法与流程

本发明属于大坝安全风险评价，具体涉及一种大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建方法。

背景技术：

1、大坝作为确保水利工程有效发挥其防洪、发电、灌溉等重要功能的建筑物，其安全性对整个水利枢纽的效益发挥具有重大影响，同时，大坝损伤溃决所造成的生命、经济损失和社会影响是不可估量的，对大坝开展科学有效的安全风险评价是掌握大坝风险状态的重要途径。大坝自规划勘察阶段伊始，至大坝最终退役拆除为止，其时间跨度短则数十年，长则上百年，其内部的自身结构变化所形成风险事件，以及外部的社会经济和自然环境所孕育的致灾因子会随时间推移而处于动态变化当中，导致大坝整个生命周期内风险因素数量繁多，且其产生的风险演化具有明显的相互交织和冗杂难辨的特点。且大坝在运行期之前所孕育的诸多风险因子多呈隐性状态，极易被人们忽略从而不断发展，最终成为大坝溃决事故的直接或间接诱导因素。因此，如何准确有效地识别大坝溃决风险因子，建立科学全面的大坝安全风险指标体系，对掌握大坝安全风险状态具有重要作用，对避免溃坝等事故的发生具有重要意义。

2、目前，针对大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建的主要方法有：1)历史事故致因法：此方法操作简单，多以历史溃坝事件的统计资料为基础，依据发生事故的坝型、地域及溃坝的形式不同进行归类整理，从而获取相应的统计数据，并以统计数据中导致溃坝的直接或间接诱导因子作为大坝安全风险因子，并构建大坝安全风险指标体系。该方法以统计学资料作为依据，其风险因子具有较强的真实性，但该方法所获取的风险因子多为最终导致溃决事故的直接诱因，难以捕捉大坝生命周期内潜在的风险因子，导致所构建风险指标体系难以准确体现大坝实际风险状态，有效性大打折扣；2)专家经验法：此方法在传统溃坝资料统计分析的基础之上，增加了依靠专家经验的进一步整合，通过行业专家依靠专业经验，结合不同坝型实际状况，对其关键风险因子进一步开展梳理，并建立大坝安全风险指标体系。该方法目前应用较为广泛，但其严重依赖专家经验，不同专家的经验和学识丰富度将直接影响指标体系的准确性，人为因素影响过于严重，导致最终建立的指标体系的科学性大受影响；3)文献整理法：此方法多以现有文献研究结果为重要参考，从而建立大坝安全风险指标体系，但现有文献多以前人所建立的指标体系为基础，将研究重点集中在大坝安全风险评价方法上，对指标体系识别的研究改进创新相对较少，且难以覆盖新技术和新环境下所产生的风险因子，导致最终确立的风险指标体系有效性相对欠缺。此外，目前大坝风险识别与评价指标构建主要集中在大坝运行阶段，依照运行阶段面临的风险状况识别风险因子，从而忽视了大坝风险是贯穿生命周期整体的概念，导致风险识别时极易缺失运行阶段之前所传递而来的固有风险。此外，依靠较为单纯的数学模型很难与风险因子特性相结合，尤其针对运行期之前传递而来的隐性风险，单纯的数学模型很难完全识别。

3、故需解决上述大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建的常用方法中难以完全捕捉大坝全生命周期内潜在的风险因子、识别阶段局限、严重依赖专家经验、易受人为因素影响等导致其科学性、有效性不足的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于弥补现有专家经验法在识别大坝安全风险因子、建立大坝安全风险评价指标体系时存在的缺陷，提供一种大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建方法，基于霍尔三维结构理论和主成分分析法，充分考虑大坝生命周期不同阶段风险特点，引入相关科学理论和数学模型，极大的提高了大坝安全风险因子识别与评价指标体系建立的科学性和准确性，操作简单，易于实现。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大坝安全风险因子识别与评价指标体系构建方法，包括如下步骤：

3、步骤1)引入霍尔三维结构理论，根据不同大坝类型及各类事故原因，结合坝溃决因素，从时间维、逻辑维和因素维三个角度出发，对大坝安全隐患风险因素进行识别；

4、步骤2)综合时间维、逻辑维和因素维的分析，取时间维作为x轴，其所涵盖的风险因素为xi；取逻辑维作为y轴，其所涵盖的风险因素为yj；取因素维作为z轴，其所涵盖的风险因素为zk；构建“三维一体”的立体风险辨识空间，各个维度所在平面形成其对应的风险因素集；

5、步骤3)以大坝全生命周期安全风险评价为目标，以生命周期各阶段时间维为准则层，以包括人员风险的逻辑维为子准则层，以包括对应的专业技术要求、国家规范要求的因素维为指标层，建立大坝安全风险因素初选清单；

6、步骤4)以建立的风险因素初选清单制定调查问卷，采取问卷调查的方式对步骤3)所建立的风险因素初选清单进行重要程度打分；

7、步骤5)对所回收的问卷数据分阶段进行信度检验和效度检验，分别计算其信度系数α，以及效度检验中的kmo值、bartlett显著性值；

8、步骤6)若步骤5)中信度系数α、kmo值、bartlett显著性值其中一项不满足有效性要求，则问卷数据无效，重新发放问卷并收集收据，直至信度检验和效度检验符合有效性要求为止，且有效问卷不少于80份；

9、步骤7)各阶段问卷数据信度检验和效度检验合格后，针对运行周期某一阶段有效问卷中各风险因素得分，采用主成分分析法提取主要成分因子，以凯撒正态化最大方差法对主要成分因子成分矩阵进行旋转，开展因子分析，筛选出满足条件的风险因素作为评价指标；

10、步骤8)执行步骤7)对运行周期其他阶段的风险因素清单进行提取筛选；

11、步骤9)综合设计、施工、运行、退役阶段的风险指标提取筛选结果，构建大坝安全风险评价指标体系。

12、进一步的，步骤1)中大坝安全风险因素识别在时间维度上涵盖大坝从规划布局到最终退役拆除的全生命周期，包括设计阶段、施工阶段、运行阶段以及退役拆除阶段。

13、进一步的，步骤1)中建立以全生命周期时间发展序列为基础的时间维作为“纵向”维度，以“人员风险—结构风险—环境风险—管理风险”所形成的系统性事故致因模型为基础的逻辑维作为“横向”维度，以大坝风险衍生所涉及的学科知识、专业技术和国家规范为基础的因素维作为“环向”维度，并对“横向”与“纵向”维度全面覆盖，实现“三维一体”分析，识别大坝全生命周期安全风险的主要影响因素。

14、进一步的，步骤4)中调查问卷根据风险因素的重要性程度，采用likert七级量表作为调查语言的标度划分等级，likert七级量表等级分别为：1—极不重要、2—不确定、3—影响很小、4—影响一般、5—影响较大、6—很重要、7—极为重要，根据其所认为的风险指标重要程度，对初选因素进行打分。

15、进一步的，步骤4)中调查问卷发放对象需至少满足下列三种情况之一：①学历在硕士研究生及以上；②工作年限在5年及以上；③职称在高级工程师/副教授及以上；问卷发放人员工作单位需要均匀涵盖大坝工程勘察设计单位、施工单位、运行管理单位和相关科研院所。

16、进一步的，步骤5)中信度系数α的计算公式为：

17、

18、式中：k为调研问卷中风险因素数目；为每份问卷中各风险因素总分的方差；为各风险因素在不同问卷间得分的方差。

19、进一步的，步骤5)中效度检验中的bartlett显著性值采用spss统计分析软件中的bartlett检验功能得到，kmo值的计算公式为：

20、

21、式中：aij为步骤4)中第i个初选因素打分值与第j个初选因素打分值的相关性；bij为第i个初选因素打分值与第j个初选因素打分值的偏相关性。

22、进一步的，步骤6)中问卷有效性要求为：信度系数α大于0.7，kmo值大于0.6，bartlett显著性值小于0.05。

23、进一步的，步骤7)中以“方差累积贡献率”达到90％作为满足条件的提取标准阈值，获取主要成分因子作为筛选后的指标。

24、进一步的，上述方法适用于构建包括混凝土坝、土石坝、桥梁、电站厂房的大型工业建构/筑物的安全风险评价指标体系。

25、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在以大坝的全生命周期为出发点，引入霍尔三维结构理论，通过时间维、逻辑维和因素维“三维一体”对大坝安全风险因素开展全面辨识；问卷调查过程中，以受访人群限制、风险指标打分、问卷数目控制、信度检验以及效度检验多种手段同时其有效性进行把控，并采用主成分分析法提取主要成分因子，设定“方差累积贡献率”作为提取阈值，筛选各阶段最终风险指标，构建大坝安全风险评价指标体系；指标识别和筛选过程简单明了，易于实现，判别条件明确，排除人为主观的不确定性，有效提高了大坝安全风险评价指标体系的全面性、科学性和准确性。