清苑县南水北调配套工程运行风险评价

摘要：南水北调配套工程运行风险评估体系属于复杂的系统问题，其模糊性在评估中应予以考虑。基于模糊识别理论，采用非线性模型对清苑县南水北调配套工程运行风险进行评价。结果表明，清苑县南水北调配套工程运行风险等级介于2级与3级之间，略偏于2级，属于低风险等级。评价过程与评价结果不仅可为清苑县南水北调配套工程的安全管理提供参考意义，而且表明非线性模型在南水北调配套工程运行风险评价中具有良好的适用性。

关键词：模糊识别理论；南水北调；配套工程；运行风险等级；非线性模型

中图分类号：TV68 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2014）06-0184-05

由于南水北调中线工程其所涉及的配套工程建筑物数量之多，其沿线地质情况之复杂，所以，南水北调配套工程的安全运行对于保障工程沿线城市城镇的安全及国家的水资源战略发展，都显得十分必要[1]。目前，关于工程运行风险的评价存在许多方法，如模糊综合评判法、层次分析法、极限条件法[2]、经验指数法[2]、投影寻踪法[3]和综合评判物元模型[4-7]等。本文采用模糊识别理论对清苑县南水北调配套工程的运行风险等级进行了评价。该方法是基于可变模糊集的方法，对相对隶属度函数作了严格的归一化处理，由于可变模糊理论研究的是在不同的时空条件下模糊概念的相对性与可变性，使得每一次条件的改变，都要进行一次归一化处理，虽然增加了问题处理的相对难度，但其综合考虑了清苑县南水北调配套工程中各评价指标对运行风险等级的影响，计算中采用非线性模型相结合的方法，从而使计算结果更具合理性，也在某种程度上弥补了其他评价方法的不足。

1 模糊识别理论

设有对[8-9]模糊概念A作识别的n个样本集合

样本j的特性用m个指标特征值表示，即

则样本集可用m×n阶指标特征值矩阵表示为

式中：xij为样本j指标i的特征值。

样本集依据m个指标按c个级别的指标标准特征值进行识别，则有m×c阶指标标准特征值矩阵

式中：yih为级别h指标i的标准特征值，随级别h的增大而减小。

若该指标小于、等于指标的c级标准特征值，则其对A相对隶属确定为0；若该指标等于、大于指标的1级标准特征值，则其对A的相对隶属度为1，所以对于该指标的特征值介于1级与c级标准特征值之间指标有相对隶属度函数公式

式中：rij为样本j指标i的特征值对A的相对隶属度；yi1、yic分别为指标i的1级、c级标准值。类似地，可得指标i级别h标准值yih得相对隶属函数公式

式中：sih为级别h指标i的标准值对A的相对隶属度。

一般地，样本集的m个指标对识别的影响程度不同，故指标应具有不同的权重。设指标权向量为

样本j与级别h间的差别用权距离向量表示

公式（10）称为模糊识别理论模型。当优化准则参数α=1、距离参数p=2时，其为非线性模型。

为了更准确地描述清苑县南水北调配套工程运行风险等级的大小，在模糊识别理论模型的基础上，用级别特征值公式分析

2 清苑县南水北调配套工程运行风险评价

指标体系2.1 指标体系建立的原则

由于清苑县南水北调配套工程所涉及配套工程种类的数量繁多，且影响配套工程运行安全的因素具有不确定性，因此其运行风险指标体系的建立是一个极其复杂的系统工程，要求必须全面搜集有关工程的相关资料，并在有相关经验专家的指导下完成，选定评价指标体系的主要原则如下。

（1）科学性原则。指标体系的建立要立足于现有的基础和条件，客观反映不同地区、不同类型建筑物的运行风险等级，所以指标的选择、指标权重的确定以及指标数据的确定，都必须以科学为依据[10]。

（2）层次性原则[11]。指标体系应根据涉及工程的种类分出相应的层次，在此基础上再对每一项工程进行详细的指标分类。

（3）代表性原则[12]。评价体系中指标的选择应具有一定的代表性，能准确地反映清苑县配套工程建筑运行风险的等级状况。

（4）定性方法与定量方法相结合原则。清苑县南水北调配套工程运行风险评价指标可分为定性指标与定量指标。为达到科学评价的目的[13]，必须以定量指标为主，定性指标为辅，而且要将两者进行有机结合、统筹考虑。对于难以量化且不可或缺的指标可采取定性描述指标。

（5）可操作性原则。指标体系的建立是整个工程运行风险评价的基础和核心，因此，评价指标的设定应具体、准确，并结合资料的可获得性及可靠性，在专家的指导下进行完善和补充，使评价指标体系具有很强的操作性[14]。

2.2 指标体系的建立

清苑县南水北调配套工程运行风险评价指标体系由4个层次构成，分别为级别特征值层、一级指标层、二级指标层和三级指标层，其中一级指标层包括6个子目标，二级指标层共有29个具体指标，三级指标为二级指标的进一步细化，见表1。

3 实例应用

本文将清苑县南水北调配套工程作为研究对象，运用模糊识别理论模型中的非线性模型，对清苑县南水北调配套工程运行风险进行分析，并验证模糊识别理论在清苑县南水北调配套工程运行风险评价中的适用性。

3.1 评价指标值及评价标准的确定

根据《保定市南水北调配套工程输水管道工程可行性研究报告》、《保定市南水北调配套工程输水管道工程初步设计报告》、《保定市南水北调配套工程输水管道工程设计图册》并结合河北省水利水电勘察设计研究院、河北省水利水电第二勘察设计研究院及保定市水利水电勘察设计院的数据调查分析筛选结果，得到清苑县配套工程输水管道的运行风险分析指标数据；同时，立足于对整个保定市南水北调配套工程数据的分析结果，参考国家相关行业以颁布的有关标准，结合上述相关单位的专家意见，确定了各项指标的评价标准。由于篇幅所限，本文将以管道指标为例进行说明，管道指标数据见表2，管道指标的评价标准见表3。

3.2 评价指标数据及评价标准的标准化

根据公式（5）、公式（6）将清苑县南水北调配套工程管道工程数据及管道指标评价标准进行标准化，使其成为关于每一个风险等级的均在0～1之间的数。

清苑县南水北调配套工程管道工程数据标准化结果如下：

管道指标评价标准标准化结果如下：

3.3 权重的确定

指标权重的确定采用二元比较模糊决策分析法[8]，对管道中的9项指标分别进行两两对比，构建二元对比一致性标度矩阵：

对每行求和得到9项指标的重要性排序，权重的确定可直接根据语气算子[15]来确定，语气算子与相对隶属度关系见表5。

参考语气算子与相对隶属度间的关系，确定了9项指标的模糊标度，并将其进行归一化，得到各指标的权重（表6）。

3.4 风险评价等级

以清苑县各配套工程中管道工程为例，根据表2、表3、表4、表6，以及模型中优化准则参数α=1、距离参数p=2，运用公式（9）可以得出管道工程评价指标与级别h的广义权距离dhj，见表7。

根据表2、表3、表4、表6，以及模型中优化准则参数α=1、距离参数p=2，运用公式（10）可以得出管道工程评价指标的最优相对隶属度uhj，见表8。

根据上表，运用公式（11）及模型中优化准则参数α=1、距离参数p=2，可以得出管道运行风险等级：H管道=2.381。

类似地，清苑县其他配套工程运行风险等级计算可参照管道工程评价过程，得出当α=1、p=2时其他配套工程的运行风险等级（表9）。

对清苑县整条输水管道的运行风险等级进行评价时，本文对清苑县南水北调各个配套工程权重的确定依然采用二元比较模糊决策分析法，可以得出关于一级指标中各项指标的权重（表10）。

4 结语

通过应用模糊识别理论的非线性模型对清苑县南水北调配套工程运行风险进行评价，不但得到了清苑县所涉及配套工程建筑物各自的运行风险等级，而且也得到了整个清苑县南水北调配套工程运行风险的等级，计算结果较为准确，能准确代表各种配套工程建筑物运行后面对的风险大小，并验证了该理论及该模型在风险评价应用中的适用性和合理性。

面对即将竣工的南水北调中线工程，该种方法能为其他地区及省市的南水北调配套工程运行风险评价提供研究价值，也能为南水北调中线所涉及的工程管理部门提出应对重点与应对措施提供参考意义。

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