水工消力池的安全风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种水工消力池的安全风险评估方法，其包括获取水工消力池的设计参数和实测损伤信息，并根据设计参数模拟计算水工消力池底孔的水动力荷载；采用设计参数、水动力荷载作为先验概率，检测渗流变化和实测损伤信息作为边缘似然率，并利用贝叶斯理论计算水工消力池风险的后验概率；获取影响水工消力池组成部件的安全风险因素，并采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次；根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级。本方案提供的方法可以对水工消力池安全风险进行全覆盖定量评估，可以节省了力池检修需要的造围堰、抽水等复杂工程带来的时间、经济及人力成本。

Safety risk assessment method of hydraulic stilling basin

【技术实现步骤摘要】
水工消力池的安全风险评估方法
本专利技术涉及水利工程中建筑物的安全评估技术，具体涉及一种水工消力池的安全风险评估方法。
技术介绍
水利枢纽具有防洪、供水、航运、灌溉等综合利用功能，经济、社会、生态效益显著，但其安全运行也是关乎广大群众安全的国计民生大事。从大型水利枢纽(坝高100m以上，库容10亿m3以上)的建成年代来看，20世纪30-80年代兴建31座，20世纪90年代兴建24座，21世纪前16年兴建136座。20世纪90年代后期至21世纪是高坝建设的高峰，尤其是坝高200m以上水库基本兴建于21世纪。由于多种原因(运行工况、时间蠕变、温度及地质变化等)，据2005年统计，已有约1/3的水利工程存在不同程度的病险问题；且随时间的推移，水工结构的老化和病害将越来越严重。可以预料，21世纪将迎来水利工程加固和处理的高潮。水工消力池作为水利枢纽的泄洪建筑物，承担了最大的洪水压力，同时也是已有水利安全事故中最常发的高危部位。但由于地质条件和施工技术复杂，设计时对地质条件的认识尚不够全面准确，结构本身老化以及造价、管理等原因，水工消力池病害往往带来严重的经济、社会损失。而且水工消力池作为特殊的过水建筑物，面临着复杂苛刻的水动力荷载工况，更需要从水利专业角度加以研究。另一方面，随着无损检测方法的广泛应用，如预埋感应件的实时监测，以及机器人巡检技术的突破，实现了定时及不定时的机器人/人工检测，将有越来越多的各类数据可以被应用在水工消力池病害诊断中。如何有效整理利用这些大量的多源异构数据，并综合水动力等机理模型，定量评估水工消力池安全风险状态，已成为水利能源行业中一个关乎安全根本的关键问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的水工消力池的安全风险评估方法解决了不能定量评估水工消力池安全风险状态的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种水工消力池的安全风险评估方法，其包括：获取水工消力池的设计参数和实测损伤信息，并根据设计参数采用Flow-3D进行数值模拟计算水工消力池底孔的水动力荷载；采用设计参数、水动力荷载作为先验概率，检测渗流变化和实测损伤信息作为边缘似然率，并利用贝叶斯理论计算水工消力池风险的后验概率；获取影响水工消力池组成部件的安全风险因素，并采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次；根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级。本专利技术的有益效果为：本方案将水动力机理模型加入到水工消力池的安全评估中能预测缺陷发生的高危区域。通过结合实测缺陷数据，采用贝叶斯理论将得以构建出动态可拓的安全风险评估概率体系；通过信息物元法合理量化各指标特征值及重要性程度，定量计算水工消力池的整体安全等级；同时给出水工消力池各部位的风险数值，为水工消力池运行维修提供决策支持。附图说明图1为水工消力池的安全风险评估方法的流程图。图2为采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次的原理框图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。参考图1，图1示出了水工消力池的安全风险评估方法的流程图；如图1所示，该方法100包括步骤101至步骤104。在步骤101中，获取水工消力池的设计参数和实测损伤信息，并根据设计参数采用Flow-3D进行数值模拟计算水工消力池底孔的水动力荷载。实施时，本方案优选设计参数包括水工消力池对应大坝的设计参数和水工消力池的底孔的设计参数；所述水动力荷载为根据设计参数，基于水跃动力原理结合Flow-3D进行数值模拟计算得到压强和最大流速。在步骤102中，采用设计参数、水动力荷载作为先验概率，检测渗流变化和实测损伤信息作为边缘似然率，并利用贝叶斯理论计算水工消力池风险的后验概率。实施时，本方案优选所述后验概率p(θj|ej)的计算公式为：其中，θj为水工消力池的安全风险等级，j为安全风险等级的数量；ej为破损信息；p(θj)为先验概率；p(θj|ej)为后验概率；p(x)为边缘似然率。在步骤103中，获取影响水工消力池组成部件的安全风险因素，并采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次，水工消力池事故的逻辑层次可以参见图2。在步骤104中，根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级。在本专利技术的一个实施例中，根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级进一步包括：S1、将水工消力池分解为若干层次的多个指标，逐层比较多种关联因素，按指标的优良程度或重要程度划分为若干安全等级，安全等级为Nj＝{N1、N2、N3、N4}＝{正常、轻微异常、异常、险情}。S2、基于信息物元方法结合事故树分析法得到的逻辑层次，构建水工消力池工作性态n维经典域物元：其中，R0j为第j个等级的经典域物元；N0j为水工消力池安全评估等级，j＝1,2,3,4；ci为物元评价等级N0j的特征；v0j为N0j关于ci所规定的取值范围[a0j,b0j]，a0j为v0j的最小下限，b0j为v0j的最大上限；S3、采用熵权法、层次分析法或组合赋权法，计算所有物元的权重矩阵W；S4、计算水工消力池的第i个指标特征关于等级j的关联度矩阵Kj(vi)：Kj(vi)＝ρ(vi,v0ji)/[ρ(vi,vpi)-ρ(vi,v0ji)]ρ(vi,v0ji)＝|vi-(a0ji+b0ji)/2|-(b0ji-a0ji)/2ρ(vi,vpi)＝|vi-(api+bpi)/2|-(bpi-api)/2其中，ρ(vi,v0ji)为点到经典域的距离；ρ(vi,vpi)为点到节域的距离；api为vpi的最小下限；bpi为vpi的最大上限；S5、计算水工消力池关于评价等级j的关联度为Kj(N)：Kj(N)＝WKj(v)j＝1,2,3,4K*＝Kj*(N)＝max{K1(N),K2(N),K3(N),K4(N)}其中，W为权重矩阵，由各层次权重叠加得到；Kj(v)为特征指标关联度矩阵；S6、根据最大关联度准则，判定水工消力池所属的安全等级。在基于本方案得到水工消力池的安全等级后，可以根据安全等级评估出水工消力池的安全性，水工消力池安全性不好时，可以对对影响水动力荷载的结构进行排查和检修，以提高水工消力池的安全性能。下面结合具体实例四川省嘉陵江上游某水电站水工消力池对水动力荷载的计算进行说明：位于四川省广元市苍溪县本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水工消力池的安全风险评估方法，其特征在于，包括：/n获取水工消力池的设计参数和实测损伤信息，并根据设计参数采用Flow-3D进行数值模拟计算水工消力池底孔的水动力荷载；/n采用设计参数、水动力荷载作为先验概率，检测渗流变化和实测损伤信息作为边缘似然率，并利用贝叶斯理论计算水工消力池风险的后验概率；/n获取影响水工消力池组成部件的安全风险因素，并采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次；/n根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级。/n

【技术特征摘要】
1.水工消力池的安全风险评估方法，其特征在于，包括：
获取水工消力池的设计参数和实测损伤信息，并根据设计参数采用Flow-3D进行数值模拟计算水工消力池底孔的水动力荷载；
采用设计参数、水动力荷载作为先验概率，检测渗流变化和实测损伤信息作为边缘似然率，并利用贝叶斯理论计算水工消力池风险的后验概率；
获取影响水工消力池组成部件的安全风险因素，并采用事故树分析法梳理出影响水工消力池安全的关键因素建立水工消力池事故的逻辑层次；
根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级。


2.根据权利要求1所述的水工消力池的安全风险评估方法，其特征在于，所述后验概率p(θj|ej)的计算公式为：



其中，θj为水工消力池的安全风险等级，j为安全风险等级的数量；ej为破损信息；p(θj)为先验概率；p(θj|ej)为后验概率；p(x)为边缘似然率。


3.根据权利要求1所述的水工消力池的安全风险评估方法，其特征在于，所述根据水工消力池事故的逻辑层次，利用信息物元方法确定水工消力池位于的安全等级进一步包括：
S1、将水工消力池分解为若干层次的多个指标，逐层比较多种关联因素，按指标的优良程度或重要程度划分为若干安全等级；
S2、基于信息物元方法结合事故树分析法得到的逻辑层次，构建水工消力池工作性态n维经典域物元：



其中，R0j为第j个等级的经典域物元；N0j为水工消力池安全评估等级，j＝1,2,3,4；ci为物元评价等级N0j的特征；v0j为N0j关于ci所规定的取值范围[a0j,b0j]，a0j为v0j的最小下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雪菲，陈永灿，王皓冉，刘昭伟，
申请(专利权)人：西南科技大学，清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51