一种基于蝴蝶结模型的水库大坝安全风险评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于蝴蝶结模型的水库大坝安全风险评估的方法，基于统计数据，分析总结大坝失事的主要失事模式和后果并进行成因约简，之后将失事成因分为定性和定量两类，进行量化分析。根据量化数据，结合主客观赋权及组合赋权，进行成因识别。随后利用层次分析法计算各潜在失事成因的权重，进行排序。基于此，对各潜在失事成因的影响等级进行量化，最后计算各潜在失事成因的安全风险评估值，对大坝各潜在失事成因进行风险评估。本发明专利技术通过蝴蝶结模型将大坝失事的前因和后果连接在一起，形象直观，便于在事故发生前后针对可能的失事成因和后果采取措施，具有极大的社会价值和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蝴蝶结模型的水库大坝安全风险评估方法
本专利技术属于水利水电工程安全管理
，更具体地，涉及一种基于蝴蝶结模型的大坝安全风险评估方法。
技术介绍
水是生命之源，万物都离不开水。水是人类社会存在与发展的根本，但水的问题较为复杂，其所表现的自然规律性与人类需求往往不一致，能给人类带来利益亦带来巨大灾难。在生存与发展的原动力下，人类主动对水资源进行探索、研究，进行利用和控制，水利水电工程正是为兴水利除水害这一目的而设计建造的。水库大坝作为水利水电工程中的控制性工程，是水利水电工程枢纽的最重要组成部分。建设水库大坝可以提高江河下游的防洪标准，利用水能发电，改善河道航运，为下游城市供水及灌溉，服务库区及下游地区的经济建设。然而，水库大坝在发挥效益的同时，也存在着溃坝风险，一旦失事，后果十分严重。对于水利水电工程来说，来自于工程设计、建设和运行过程中的风险因素是多方面的，主要有坝基破坏、泄洪能力不足、渗流控制不当、地震、滑坡以及施工质量差等。面对这些风险，大坝安全问题与安全评价显得日益迫切和重要，找到一种合适的大坝安全风险评估方法是迫在解决的问题。目前，在大坝安全风险分析技术上，我国还局限于事故树法(FTA)、事件树法(ETA)，层次分析法(AHP)等。但是由于大坝运行环境复杂、事故原因多样、事故影响较大，仅仅运用这些方法很难形象直观地对复杂变量以及复杂结构进行表述，因此急需一种形象直观且整体性很强的大坝安全风险评估方法对大坝进行安全评估。
技术实现思路
针对现有水库大坝安全风险评估方法的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于蝴蝶结模型的水库大坝安全风险评估方法，通过蝴蝶结模型将大坝失事的前因和后果连接在一起，具有很好的形象直观性，将有助于安全风险管理人员对大坝的失事成因和可能导致的后果建立深刻形象的概念，针对主要失事模式和相应的成因采取风险防范措施，并在事故发生后针对可能的失事后果及时采取应急措施，减少生命财产损失，具有极大的社会价值和经济价值。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于蝴蝶结模型的大坝安全风险评估方法，包括下列步骤：步骤1：基于统计数据，分析总结大坝失事的失事模式和失事后果，对于这些失事模式的潜在失事成因和失事后果进行约简分析，得到约简后的潜在失事成因；步骤2：将约简后的潜在失事成因分为定性和定量两类，分别对这两类原因进行量化分析，得到各约简后的潜在失事成因的量化数据；步骤3：根据潜在失事成因的量化数据，以及潜在失事成因的主观赋权、客观赋权及组合赋权，进行潜在失事成因识别，得到大坝可能的失事模式及路径；步骤4：建立大坝失事潜在失事模式及其路径的层次框图，利用层次分析法得到各个潜在失事成因的权重，进行排序，之后，对各潜在失事成因的影响程度进行量化，得到影响程度量化值；步骤5：根据各潜在失事成因的风险概率和影响程度量化值按照潜在失事成因的安全风险评估量化公式进行计算，之后根据所得到的各潜在失事成因的安全风险评估值R对大坝各潜在失事成因进行风险评估，评估方法如下：若R∈[0～0.4]，表示该潜在失事成因风险等级极低；若R∈(0.4～1.6]，表示该潜在失事成因风险等级低；若R∈(1.6～4)，表示该潜在失事成因风险等级中等；若R∈[4～6)，表示该潜在失事成因风险等级高；若R∈[6～10]，表示该潜在失事成因风险等级极高；其中，潜在失事成因的安全风险评估量化公式为R＝P×C，其中R为安全风险评估值，P为风险概率，C为影响程度量化值；风险概率＝1-步骤2得到的潜在失事成因的量化数据。进一步，优选的是，步骤1中，蝴蝶结模型包括5部分要素：(1)起因，事故发生的可能原因；(2)事前的预防措施，为降低事故发生几率而采取的行动；(3)事故，可能造成不良后果的意外事件；(4)事故发生后的应急措施，事故发生后，为减少不良影响或减低后果严重程度所采取的行动；(5)后果，事故可能造成的后果。进一步，优选的是，步骤1中，所述的蝴蝶结模型以大坝失事为中心节点即顶事件，将蝴蝶结的左侧的失事成因和蝴蝶结的右侧的失事后果联系起来。分析人员利用屏障设置可获得预防事故发生的措施，以加强控制措施或采取改进措施来降低风险或杜绝事故，具体结构见附图2。进一步，优选的是，步骤2中，定性的潜在失事成因量化分析采用专家经验法；定量的潜在失事成因量化分析采用指标无量化函数求得。进一步，优选的是，步骤3中，潜在失事成因的识别即利用主观赋权、客观赋权及组合赋权对失事成因进行筛选，其中主观赋权采用基于信息扩散原理的专家权重模型，客观赋权采用基于Vague集理论的权重模型。进一步，优选的是，步骤4中，对各潜在失事成因的影响程度进行量化采用公式：C＝10-10/n×(N-1)，其中C为影响程度量化值，n为参与排序的潜在成因数量，N为该成因的排序。本专利技术步骤1中，所述大坝失事成因的约简是根据我国历史溃坝案例的统计数据，结合相关的地质资料、设计资料、施工资料、水文气象资料、监测资料等内容，约简后得到潜在失事成因。大坝的主要坝型为土石坝，重力坝和拱坝，可根据需要分别针对相应坝型进行失事模式和失事后果统计分析。大坝的失事后果主要分为：生命损失、经济损失、环境影响和社会影响。步骤2中，定性的潜在失事成因量化分析采用专家经验法；定量的潜在失事成因量化分析采用指标无量化函数求得。定量成因的量化针对不同的坝型有所不同。各种类型指标的无量化函数为：(1)极大型指标无量纲化函数：(2)极小型指标无量纲化函数：(3)居中型指标无量纲化函数：式中：y为指标的评价值；x为影响指标的实际值；xmax为影响指标的最大值；xmin为影响指标的最小值。(4)区间型指标无量纲化函数：式中，[a,b]为指标x的最佳稳定区域。步骤3中，潜在失事成因的识别是指在步骤1成因约简的基础上进一步对潜在失事成因进行权重计算，得到可能的失事模式和路径。步骤4中，潜在失事模式及其路径的层次框图分为：目标层、准则层和指标层。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：本专利技术可以通过蝴蝶结模型将大坝失事的前因和后果连接在一起，具有很好的形象直观性，将有助于安全风险管理人员对大坝的失事成因和可能导致的后果建立深刻形象的概念，针对主要失事模式和相应的成因采取风险防范措施，并在事故发生后针对可能的失事后果及时采取应急措施，减少生命财产损失，具有极大的社会价值和经济价值。本专利技术通过蝴蝶结模型将大坝失事的前因后果、预防及控制措施有机地结合起来，以此了解大坝可能存在的失事模式、产生的原因及相应的处理措施，并根据工程的实际情况进行量化评估，明确大坝的相对风险优先级。本专利技术引入风险矩阵，并将大坝失事的成因和后果进行量化和综合考虑，可以大大的提高大坝潜在风险评估的直观性、可靠性。附图说明图1为本专利技术实例提供的一种基于蝴蝶结模型的水库大坝安全风险评估方法实现流程示意图；图2为本专利技术实例提供的水库大坝蝴蝶结模型的结构示意图；图3为本专利技术实例提供的某水电站大坝失事成因识别后的蝴蝶结模型图；图4为本专利技术实例提供的某水电站大坝潜在失事模式及其路径的层次框图；图5为本专利技术实例提供的某水电站大坝的主要失事模式的蝴蝶结模型图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蝴蝶结模型的大坝安全风险评估方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于统计数据，分析总结大坝失事的失事模式和失事后果，对于这些失事模式的潜在失事成因和失事后果进行约简分析，得到约简后的潜在失事成因；步骤2：将约简后的潜在失事成因分为定性和定量两类，分别对这两类原因进行量化分析，得到各约简后的潜在失事成因的量化数据；步骤3：根据潜在失事成因的量化数据，以及潜在失事成因的主观赋权、客观赋权及组合赋权，进行潜在失事成因识别，得到大坝可能的失事模式及路径；步骤4：建立大坝失事潜在失事模式及其路径的层次框图，利用层次分析法得到各个潜在失事成因的权重，进行排序，之后，对各潜在失事成因的影响程度进行量化，得到影响程度量化值；步骤5：根据各潜在失事成因的风险概率和影响程度量化值按照潜在失事成因的安全风险评估量化公式进行计算，之后根据所得到的各潜在失事成因的安全风险评估值R对大坝各潜在失事成因进行风险评估，评估方法如下：若R∈[0~0.4]，表示该潜在失事成因风险等级极低；若R∈(0.4~1.6]，表示该潜在失事成因风险等级低；若R∈(1.6~4)，表示该潜在失事成因风险等级中等；若R∈[4~6），表示该潜在失事成因风险等级高；若R∈[6~10]，表示该潜在失事成因风险等级极高；其中，潜在失事成因的安全风险评估量化公式为R=P×C，其中R为安全风险评估值，P为风险概率，C为影响程度量化值；风险概率=1‑步骤2得到的潜在失事成因的量化数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于蝴蝶结模型的大坝安全风险评估方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于统计数据，分析总结大坝失事的失事模式和失事后果，对于这些失事模式的潜在失事成因和失事后果进行约简分析，得到约简后的潜在失事成因；步骤2：将约简后的潜在失事成因分为定性和定量两类，分别对这两类原因进行量化分析，得到各约简后的潜在失事成因的量化数据；步骤3：根据潜在失事成因的量化数据，以及潜在失事成因的主观赋权、客观赋权及组合赋权，进行潜在失事成因识别，得到大坝可能的失事模式及路径；步骤4：建立大坝失事潜在失事模式及其路径的层次框图，利用层次分析法得到各个潜在失事成因的权重，进行排序，之后，对各潜在失事成因的影响程度进行量化，得到影响程度量化值；步骤5：根据各潜在失事成因的风险概率和影响程度量化值按照潜在失事成因的安全风险评估量化公式进行计算，之后根据所得到的各潜在失事成因的安全风险评估值R对大坝各潜在失事成因进行风险评估，评估方法如下：若R∈[0~0.4]，表示该潜在失事成因风险等级极低；若R∈(0.4~1.6]，表示该潜在失事成因风险等级低；若R∈(1.6~4)，表示该潜在失事成因风险等级中等；若R∈[4~6），表示该潜在失事成因风险等级高；若R∈[6~10]，表示该潜在失事成因风险等级极高；其中，潜在失事成因的安全风险评估量化公式为R=P×C，其中R为安全风险评估值，P为风险概率，C为影响程度量化值；风险概率=1-步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗亮，严磊，李剑萍，肖海斌，迟福东，余记远，张礼兵，尹健梅，曹登荣，
申请(专利权)人：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，华能澜沧江水电股份有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53