（水利水电工程专业论文）引水工程安全运行的模糊综合评价.pdf

中文摘要 引水工程是为了满足工业、生活以及生态等日益增长的水需求量而修建的。 引水工程的安全运行保证了国民经济的健康发展、社会的高速前进和人民生活水 平的提高。现有的安全工作多是针对单个关键输水建筑物或输水设施进行的，而 以保证引水工程整体输水安全为目标的工作开展的还不够。同时，在安全管理中 没有将日常运行管理评价提升到引水工程安全运行层面，更多的是单纯作为管理 人员绩效考核的一部分。针对现有引水工程中存在的不足，本文以引滦入津引水 工程为研究背景，主要做了如下的研究工作： ( 1 ) 对引水工程安全评价所涉及到的相关理论知识及工程实践进行分析， 获取引水工程安全评价的特点，确定综合评价指标体系制定原则。以引滦入津工 程为研究背景，以引水工程的日常运行管理、自动安全监测评估系统和自动控制 系统为研究对象，提取安全评价指标和参数，构建引水工程安全评价指标体系。 ( 2 ) 分析对比安全评价方法的特点及适用范围，根据引水工程评价指标体 系的特点，选取层次分析法对各层次各个指标的相对重要性进行分析，在工程多 年运行管理经验与相关专家经验的支持下构建各层级评价指标的判断矩阵，最终 获取各评价指标的权重值。 ( 3 ) 分析引水工程中可能存在的输水运行方式，利用模糊综合评价理论整 合日常运行管理与自动监测系统，实现定性判断与定量监测结果有机结合i 对不 同运行状态下的引水工程进行安全综合评价，根据评价结果提出后处理方案，并 建立引水工程突发事件应急响应机制，完善引水工程的安全控制。 关键词：引水工程；日常运行管理；层次分析法；模糊综合评价；引滦入津工程 a bs t r a c t w a t e rd i v e r s i o np r o j e c ti sb u i l tf o rt h ei n c r e a s i n gw a t e rr e q u i r e m e n to fi n d u s t r y , l i v i n ga n de c o l o g y , a n dt h es a f eo p e r a t i o no fi te n s u r e st h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y , t h eh i g h - s p e e da d v a n c eo fs o c i e t ya n dt h ei n c r e a s eo f p e o p l e sl i f e s t a n d a r d n o wt h eg r e a tm a s so fe x i s t i n gs a f e t yr e s e a r c h e sa i ma tt h es i n g l ek e yw a t e r c o n v e y a n c es t r u c t u r e ，t h eg l o b a la n a l y s i so fs a f e t ye v a l u a t i o nl o o k i n gt h ew a t e r d i v e r s i o np r o j e c ta sa ni n t e g r a ls t r u c t u r en e e d sm o r es t u d i e s a tt h es a m et i m e ，t h e d a i l yo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n te v a l u a t i o no fw a t e rd i v e r s i o np r o j e c ti s n tc o m b i n e d w i t ht h es a f e t yo p e r a t i o ne v a l u a t i o no fi t ，b u to n l yu s e df o rp e r f o r m a n c ea s s e s s m e n t f o rr e s o l v i n gt h ea b o v em e n t i o n e dq u e s t i o n s ，o nt h eb a c k g r o u n do fw a t e rd i v e r s i o n p r o j e c tf r o ml u a n h er i v e r t ot i a n j i nc i t y , t h em a j o ra c h i e v e m e n t so ft h i st h e s i sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec o r r e l a t i v et h e o r e t i c a lk n o w l e d g ea n de n g i n e e r i n g p r a c t i c ei ns a f e t ye v a l u a t i o no fw a t e rd i v e r s i o np r o j e c t ，i t se v a l u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a n dt h es h a p i n gp r i n c i p l e so fi n d e xs y s t e ma r eo b t a i n e d i nt h i st h e s i s ，t h ed a i l y o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h ea u t o m a t i cs a f e t ym o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o n s y s t e m s ，a n dt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m sa r er e g a r d e da st h es u b j e c t si n v e s t i g a t e d ， t h e nt h ep a r a m e t e r sa n di n d e x e sa r ee x a c t e d ，t h ei n d e xs y s t e mo fs a f e t ye v a l u a t i o ni n w a t e rd i v e r s i o np r o j e c ti sr e b u i l t ( 2 ) a c c o r d i n gt oi t sc h a r a c t e r i s t i c so ft h ei n d e xs y s t e mo fs a f e t ye v a l u a t i o n ，t h e a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si sc h o s e nt oc a l c u l a t et h er e l a t i v ei m p o r t a n c ea m o n ge a c h i n d e xi ne a c hl a y e r , t h ed i s c r i m i n a n tm a t r i xo fe v a l u a t i o ni n d e x e si ne a c hl a y e ri s l e a r n tb a s e do nt h ee x p e r tk n o w l e d g ea n do p e r a t i o n a le x p e r i e n c eo fm a n yy e a r s ， f i n a l l yt h ew e i g h tv a l u eo f e a c hi n d e xa r ea c q u i r e d ( 3 ) a l lt h ep o s s i b l eo p e r a t i o nm e t h o d si nw a t e rd i v e r s i o np r o j e c ta r ed i s c u s s e d a g a i n s tw a t e rd i v e r s i o np r o j c o tf r o ml u a n h er i v e rt ot i a n j i nc i t y , m a k i n gu s eo f f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt oc o n f o r mt h eo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t s y s t e mw i t ht h ea u t o m a t i cm o n i t o r i n gs y s t e m s ，t h ec o m b i n a t i o no fq u a l i t a t i v e e s t i m a t i o na n dq u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o ni sr e a l i z e dt oe v a l u a t et h es e c u r i t yo fe a c h o p e r a t i o nm e t h o d t h ep r o c e s s i n gp r o g r a m sa r eb r o u g h tf o r w a r di nr e s p o n s et ot h e e v a l u a t i o nr e s u l ta n dt h ee m e r g e n c yr e s p o n s em e c h a n i s mi sb u i l tt oc o n s u m m a t et h e s a f e t yc o n t r o lo f w a t e rd i v e r s i o np r o j c o t k e yw o r d s ：w a t e rd i v e r s i o np r o j e c t ；d a i l yo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t ；a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；w a t e rd i v e r s i o np r o j e c tf r o m l u a n h er i v e rt ot i a n j i nc i t y ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名岳毒移 签字日期： 2 册年2 - , 9 多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：扬 导师签名： 签字日期：2 卿多年倥月釜日 签字日期：力多年户月歹 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 随着社会经济的发展、人口的增长和城市化进程的加快和人民生活水平的日 益提高，工业、生活以及生态等各方面对水资源的需求量也越来越高。然而自然 界可用水资源是有一定限度的，并因人类的不合理利用呈减少的趋势，在一些地 区水资源短缺已成为制约社会发展、人民生活水平提高的重要因素。解决这一危 机的途径，一是开源节流，建立节水型社会，二是对有限的资源进行优化配置， 加强水资源的统一规划与管理，使有限的水资源得到充分有效的利用。水资源问 题己成为2 1 世纪生存与可持续发展的一个重要因素。水资源分布不均和供需矛 盾是研究和实施跨流域调水的根本原因，跨流域调水作为调节水资源时空分布不 均、实现水资源合理配置的重要调控手段与措施，它是在两个或两个以上的流域 系统之间通过调剂水量余缺所进行的合理水资源开发利用。 国外最早的调水工程是公元前2 4 0 0 余年的埃及尼罗河调水工程【l 】，该工程 从尼罗河引水灌溉埃塞俄比亚高原南部地区。进入2 0 世纪，国外大规模的调水 工程发展较快，较著名的已建大型调水工程有美国的联邦中央河谷调水工程、加 利福尼亚州北水南调工程、科罗拉多河水道工程、洛杉矶水道工程、特拉华调水 工程，前苏联中亚调水工程，秘鲁的东水西调工程、马赫斯调水工程，澳大利亚 雪山调水工程，以色列北水南调工程，巴基斯坦西水东调工程等t 2 - 【5 1 。截止到 2 0 0 2 年的统计资料表明，国外已有3 9 个国家建成了3 4 5 项大大小小的调水工程， 其中大型和特大型工程共有2 8 项【2 】，以美国、前苏联、加拿大、印度、巴基斯 坦等国家最为突出。 我国引水历史悠久，公元前4 8 6 年修建的引长江水入淮河的邗沟工程、公元 前2 5 6 年修建的都江堰引水工程、公元前2 1 9 年建成的沟通湘江( 长江水系) 和 漓江( 珠江水系) 的灵渠、公元1 2 9 3 年全线贯通的京杭大运河等早期跨流域调 水工程，主要用于漕运和农业灌溉。我国是典型的水资源分布不均匀的国家，2 0 0 0 年的统计资料表明，全国6 6 8 座大中型城市中缺水的达到4 0 0 座，其中有1 1 0 座 严重缺水，年缺水量达6 0 多亿m 3 ，缺水区主要分布在华北地区和沿海地带。新 中国成立以来，我国陆续修建了许多调水工程，据不完全统计，已建及在建的跨 流域调水工程1 3 0 余项，拟议和规划设计的跨流域调水工程2 l 项 5 】，这些工程 的修建给我国的发展带来了巨大的社会、经济和生态环境效益。 引水工程的重要作用是不言而喻的，由于引水工程线路长，工程穿越区域范 围大，地形地质情况比较复杂，沿途输水建筑物和输水设施种类复杂，数量繁多。 在设计阶段，应组织精良的科研人员进行充分的论证，选择经济合理的输水方式； 第一章绪论 在建设过程中，遵循严谨完善的质量保证体系，保证工程施工质量的完好；i 程 建成后，发挥引水工程的效能，实现其经济效益和社会效益成为摆在我们面前的 首要问题。对于一个工程项目而言，工程措施只能建成一座工程，而先进的管理， 则可使一座工程发挥几座工程的效益。因此应重视工程的合理配套，通过各种配 套工程来具体发挥工程效益。在工程设施、设备的维修、养护与更新方面，建立 相应的规程、规范加以约束，做到工程设施时刻保持优良的工作状态。通过以上 工作可以强化工程运行管理，实现工程效益，可以说管理水平的高低直接关系到 工程效益的发挥及安全运行。采取合理的管理体制，装备现代化程度高的管理设 施与设备，配备高素质的管理人员，不断研究和总结管理经验，注意新技术、新 方法的运用，建立良性的运行管理机制，将促进管理水平不断提高，确保工程目 标的实现。 但由于历史原因，许多工程因受资金和时间限制、技术局限与规划设计的不 足，导致工程本身存在着设计不合理、主体工程强度低、配套工程欠缺等问题。 例如引滦入津工程由于当时客观原因，采取了“先通后畅，逐步完善”的方针，使 部分工程遗留下来，工程日益老化，输水和行洪排沥矛盾日益突出。同时在我国 一些引水工程中“重主体、轻配套 、“重建轻管 的思想还非常严重，运行管理 机制不完善，虽然建立了远程监控系统，但观测资料分析滞后，使得许多病险工 程得不到及时的诊治，所以对引水工程开展安全评价是一项势在必行的工作【4 】【刀。 一方面帮助管理者和决策者及时了解工程的运行状况，为工程安全运行和优化调 度提供科学可靠的工作信息；另一方面通过安全监控及时发现工程隐患，提前采 取措施，优化工程的运行，保证沿线人民生命财产安全。同时安全评价体系的确 立将对运行管理体制提出更高的要求，它是建立在完备可行的工程评价指标体 系、科学的数学评价方法、严谨的检查巡视制度、规范的工程运行条例、先进的 信息监测系统、认真负责的管理人员等基础上的。通过安全评价体系与运行管理 体制间的良性促进，保证了引水工程效益的最佳发挥，为社会经济、人民生活水 平的提高提供保障。 1 。2 相关理论的国内外研究概况 安全评价广泛存在于各个行业中，其随着时代的发展而越来越凸显其在保证 安全生产、创造社会效益的重要作用。构成引水工程的输水建筑物与输水设施种 类复杂，主要包括水库、隧洞、天然河道、电站、闸涵、泵站、明渠、暗渠、倒 虹吸、自流道等。引水工程的安全评价主要针对这些建筑物及设施进行，保证其 在工程运行过程中发挥最大效能，及时发现、消除工程隐患。下面将对安全评价 及为保证引水工程安全运行所做过的工作进行简要概述。 2 第一章绪论 1 2 1 安全评价理论及方法在国内外的发展现状 安全评价是安全系统工程的重要内容，系统安全分析的目的就是进行安全评 价。传统的安全管理只承认系统要么安全，要么不安全，不承认有中间状态的存 在。安全系统工程则认为，生产过程总是会发生事故的，并且可能造成人和物的 损失，其原因是客观上存在着风险，一旦对风险失去控制或防范不周，便会发展 为危险，就要发生事故。事故的发生有其自身的规律性，只要摸清其规律，就可 以对它进行预测，进而控制它。安全评价，就是根据各种己知条件，事先对系统 进行一番评价，看看发生事故的可能性有多大，会造成多大的损失。安全评价 ( s a f e t y a s s e s s m e n t ，简称s a ) 也称风险评价( r i s k a s s e s s m e n t ，简称r a ) ，风 险评价起源于2 0 世纪3 0 年代的美国保险业，经过7 0 多年的发展，现在形成很多关 于安全评价的理论、方法和应用技术，理论与实践中都取得令人瞩目的成绩。 6 0 年代以来，国外在安全评价方面做了大量的研究工作，提出许多实用的安 全评价方法。例如：美国道( d o w ) 化学公司的火灾爆炸危险指数评价法，这 种方法在世界范围影响很大，极大地推动了评价工作发展。后来英国帝化学公司 ( i c i ) 在此基础上推出蒙德( m o n d ) 法，日本推出了岗山法、正田法，使道化 学公司的评价方法更为科学、合理、切合实际【8 】f 1 0 1 。 2 0 世纪7 0 年代初，日本劳动省推出“六阶段评价法”和颁布化工厂安全评 价指南，把评价方法进一步向科学化、标准化方向推进，综合采用了一整套安 全系统工程的分析方法和评价手段，使化工厂的安全工作在规划、设计阶段得到 更充分的保证。1 9 7 4 年提出的核电站风险报告被认为是运用系统安全工程方 法对核电站进行安全评价的典型材料，报告中运用了故障树分析和事件树分析， 通过计算确定了原子能反应堆事故的发生概率。 自8 0 年代初期，安全系统工程开始引入我国，受到许多大中型企业和行业管 理部门的高度重视。通过消化、吸收国外的安全检查表和安全分析方法。我国机 械、冶金、化工、航空、航天等行业开始应用简单的安全分析和评价方法。1 9 8 6 年，原国家劳动部分别向有关科研单位下达了机械工厂危险程度分级、化工 厂危险程度分级、冶金厂危险程度分级等科研项目。1 9 8 7 年原国家电子工业 部首先提出对企业系统进行安全评价，以利用安全系统工程原理开展安全管理工 作，并制定部颁标准。随后，许多企业和一些产业部门开始着手安全评价理论、 方法的研究和应用。现在以安全检查表为依据进行企业安全评价己经比较成熟。 19 9 8 年1 月1 日，原国家机械电子工业部颁布第一部安全评价标准一机械工厂安 全性评价标准，受到企业普遍欢迎，收到很好的效果。标志着我国安全管理工 作已跨入一个新的历史时期【】。 我国从1 9 9 9 年起正式开展安全评价机构的资质核准管理工作，2 0 0 1 年国家安 第一章绪论 全生产监督管理局成立后，设立了相应的职能部门，专门负责安全评价机构等中 介机构的资质认可和监督管理工作。2 0 0 3 年9 月3 0 日，国家发展和改革委员会与 国家安全生产监督管理局联合颁发了关于加强建设项目安全设施“三同时 工 作的通知，强调安全措施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时验收投产。 2 0 0 4 年1 0 月2 0 日，国家安全生成监督管理局颁布了安全评价机构管理规定， 确定了今后一个时期内安全评价工作重点，进一步强化了对安全评价机构的监 管。水利工程国家安全生产监督管理总局先后发布了关于做好机械、轻工、纺 织、烟草、电力和贸易等行业建设项目安全设施竣工验收工作的通知、水电水 利建设项目( 工程) 安全卫生评价工作管理规定和水电建设工程安全设施竣 工验收办法等文件。这些情况说明，企业安全评价工作正在向全国范围展开， 更多的安全评价方法将在企业管理中起到非常重要的作用，对促进各行业的发 展，对加强劳动保护，提高安全生产水平具有深远的意义【1 2 】。 1 2 2 引水工程安全运行所做的工作 随着工程建设的发展，为了满足实际工程建设和管理的需要，近二三十年来， 在国内外专家的共同努力下，水利水电工程安全监测监控已发展成为一门独立的 学科和一门新兴的专业，安全监测与监控己广泛应用于大坝、隧道、泵站、闸门 等水利设施中。众多引水工程已采用了这一先进的科学手段，辅以水文自动预报 系统、洪水预报系统等保证了输水调度的正常运行。下面将分别从大坝、隧洞、 泵站、闸门四个方面对其进行叙述。 1 j2 2 1 大坝安全监测 诞生于半个世纪以前的大坝安全监测己发展成为融合多科并自成体系的一 门新的综合性学科，主要通过仪器观测和人工巡视检查对大坝坝体、坝基、坝肩、 近坝区岸坡及坝周围环境作测量及观裂1 3 】。 国外在大坝安全监测领域，从2 0 世纪6 0 年代即开始从事观测自动化的研制开 发，2 0 世纪7 0 年代已进入实用阶段，从意大利、法国、美国、西班牙、葡萄牙、 日本和瑞士等工业发达国家实现自动化的情况来看，有的起始于资料管理自动 化，有的则首先实现采集自动化。意大利发展较快，它的微机辅助监测系统 ( m a m s ) t 1 4 】，可实现数据采集、校验、存储和传输，并具有快速在线判断和报警 功能。尽管各国所走的自动化道路不同，但随着技术进步，监测仪器在自动化水 平方面都有了显著的提高【l5 1 。 我国自2 0 世纪5 0 年代开始进行大坝安全监测工作，但受当时技术条件和认识 的限制，发展较为缓慢。进入2 0 世纪8 0 年代，随着现代科学技术的迅猛发展和国 家的重视，大坝安全监测技术有了长足的进步。不仅成立了专门的管理机构，建 4 第一章绪论 立了有关法律法规，还投入了大量的人力物力，开发研制了多种类型的监测仪器， 对老坝的监测设施进行更新改造，并积极稳妥地推进了自动化监测，使我国大坝 安全监测技术的总体水平有了质的飞跃【1 6 】f 1 7 1 。 目前，随着一系列法律法规的颁布，完善了我国水电站大坝安全监测标准化 体系。在大坝安全监测资料分析方面，数学模型和综合分析技术得到了广泛的应 用。随着计算机硬件技术及网络通信技术高速发展，各科研单位和工程单位纷纷 合作开发基于w i n d o w s 环境、直观、简便、易用、功能强大的大坝安全监测信息 管理系统，并应用于大坝安全监测工作中。 1 2 2 2 隧洞安全监测 隧洞安全监测是大坝安全监测中非常重要的一个环节。与地面建筑相比，地 下建筑物处于岩石介质中，这使得地下建筑物在变形特性、物理组构、初始应力 场分布、温度、水侵蚀效应等众多方面具有明显的非均质性、离散性、非连续性 和非线性等特点，致使地下建筑物在施工及使用阶段表现出相当独特和复杂的力 学特性【1 8 】。因此，隧洞安全监测与大坝安全监测相比又具有自己的独特性。 传统的隧洞监测理论认为：由于存在地应力，在隧洞开挖时，围岩将发生应 力重分布，洞壁变形剧烈1 9 1 ，因此，一般只进行位移监测与应力监测。但隧洞 运行阶段与施工阶段有许多不同点：隧洞运行期间，围岩与衬砌共同承担外部荷 载，围岩的作用相对来讲已降低，而其他作用就开始显示出来，比如温度、衬砌 内外水压等等。因此，除了监测衬砌的位移外，环境温度、衬砌外水压力、隧洞 通水时的水位、衬砌表面的裂缝等都需要进行观测。因此，运行管理期的隧洞安 全监测系统有其独特的内容，与施工期有明显的不同。 于2 0 0 1 年建立的引滦入津隧洞安全监测系统由自动化安全监测系统和安全 评估系统两部分构成，采用了光纤式传感器、光纤通信来对数据进行采集、传输， 通过对数据的实时分析评估，及时给出隧洞结构的安全程度数据，并借助现代化 多媒体技术，准确提供断面变化的各种图表及文字报告，实现了对隧洞运行状况 的全面监测与安全分卡斤【1 8 】1 2 0 1 。但从相关文献数量上看，对于运行管理期间如何 监控隧洞的运行性态，目前国内外的研究还处于起步阶段。 1 2 2 3 泵站安全监测 国外发达国家的泵站计算机监控技术已经很成剿2 ，其监控对象己成功的 从单座泵站扩大到了同一个流域的泵站群，实现了对泵站运行的远程监控和整个 流域的水文信息等的共享。如日本为提高流域内1 5 座泻洪泵站运行和维护的可靠 性及其管理的集中化，研制了“江河泻洪泵站检测管理系统”。 在我国，计算机进入泵站监控领域，最初是作为测量仪表的一部分出现的， 第一章绪论 计算机在测量仪表中的应用实现了测量仪表的智能化。八十年代初，为了提高调 度管理水平，更主要的是为了减轻运行人员的劳动强度，大型泵站中开始采用智 能型巡回检测仪表，如江苏淮安二站、湖北凡口泵站等。但在此阶段，计算机并 没有一个独立的面目和应有的地位，严格意义上讲，不能称其为一个系统。 随着微型计算机技术的迅猛发展，计算机应用领域迅速扩大，国内一些泵站 开始尝试增设与当时工业控制技术和计算机发展水平相一致的集中式计算机数 据采集系统，实现了数据采集的自动化，将泵站的自动化程度提高到一个新水平。 在此基础上，自动化控制的实现成为了泵站建设者和管理者的追求目标。 随着计算机监控系统在泵站领域应用的越来越多，其监测量已由最初的泵站 主机扩展到和主机相配套的辅机设备、节制闸、泵站变电所等，功能也由最初的 测量发展为融测量、保护、控制、管理为一体的综合性系统【2 2 】。由此，以消除 集中式计算机监控系统固有局限性为目的，结合了计算机网络技术、多媒体通讯 技术和计算机控制技术的分布式计算机监控系统被研发出来。所谓分布式系统， 就是将整个系统的目标和任务事先按一定方式分配给若干个子系统，各个子系统 都由各自的计算机来控制或管理，而子系统之间可以有信息交换：所有计算机可 能处于平等地位，也可能有主从之分【2 3 】。 在基于“集中管理、分散控制、功能单一化、危险分散化”设计思想上的分 布式监控系统出现后，很快便得到了广泛的承认和普遍的应用，并且在短短二十 多年中取得了相当大的进展，历经了三代技术的演变。 计算机监控系统进入泵站领域以来，十多年的应用实践表明，它对于提高泵 站运行的安全性、可靠性，充分发挥泵站的效益和促进泵站管理工作的现代化有 着非常明显的作用。目前，泵站建设者和泵站工作、管理人员己把计算机监控系 统当作泵站的一个不可少的有机组成部分【z 4 1 。 1 2 2 4 闸门安全监控 闸门监控系统的设立可以及时掌握闸门、水位的实时数据，为水资源调度提 供第一手数据；满足对闸门的快速准确控制；节省大量的人力，物力，财力，实 现闸门的实时监测与控制。 早期的控制主要是单机单闸的控制，所以相对功能较单一，完成起来也较容 易。随着工程设施的自动化程度的提高，控制的要求也越来越高，逐渐向现场控 制、集中控制中心与远程监控相结合方向发展。 现有的闸门自动控制系统一般采取d c s 系统结构，在一定程度上提高了系统 的自动化程度，提高了设备的可靠性。但所采用的集控系统平台上缺乏设备及系 统健康状态信息，更无法对系统的健康状态做出预测、评价。不能够发现影响系 统安全的潜在危险，使设备带病运行，最终可能导致设备损坏，很大程度上影响 6 第一章绪论 了系统的安全可靠性。而且从设备的检修维护方面看，现有的闸门自动化系统基 本上还是采取事后维修，或者定期检修这样较为传统的检修维护策略。同时在技 术管理领域基本上还处于空白阶段，没有进行系统的设计、规划、实施。所以近 年来，为了提高水利工程效益和管理水平，精简管理人员，适应现代化水利的要 求，采用先进的计算机技术、通信网络技术及自动化监控技术形成闸门控制、维 护和技术管理综合集成自动化系统( f g 认s ) 。该系统的采用，可以在很大程度 上提高系统的可靠性和利用率，保证水调命令的正确执行。同时，为水电厂“无 人值班”( 少人值守) 做出贡献【2 5 1 。因此，功能综合化、互联网络化、开放性和 标准性即将成为新一代闸门综合集成自动化系统特征，成为水闸监控发展的新方 向。 1 3 本文主要研究工作 构成引水工程的输水建筑物和输水设施种类繁多，例如引滦入津沿线建筑物 多达1 1 5 个，现有的安全工作多是针对单个关键输水建筑物或输水设施进行的， 而以保证引水工程整体输水安全为目标的工作开展的还不够。同时，在安全管理 中没有将日常运行管理评价提升到引水工程安全运行层面，更多的是单纯作为管 理人员绩效考核的一部分。针对现有引水工程中存在的不足，本文以引滦入津引 水工程为研究背景，主要做了如下的研究工作： ( 1 ) 对引水工程安全评价所涉及到的相关理论知识及工程实践进行分析， 获取引水工程安全评价的特点，确定综合评价指标体系制定原则。以引滦入津工 程为研究背景，以引水工程的日常运行管理、自动安全监测评估系统和自动控制 系统为研究对象，提取安全评价指标和参数，构建引水工程安全评价指标体系。 ( 2 ) 分析对比安全评价方法的特点及适用范围，根据引水工程评价指标体 系的特点，选取层次分析法对各层次各个指标的相对重要性进行分析，在工程多 年运行管理经验与相关专家经验的支持下构建各层级评价指标的判断矩阵，最终 获取各评价指标的权重值。 ( 3 ) 分析引水工程中可能存在的输水运行方式，利用模糊综合评价理论整 合日常运行管理与自动监测系统，实现定性判断与定量监测结果有机结合，对不 同运行状态下的引水工程进行安全综合评价，根据评价结果提出后处理方案，并 建立引水工程突发事件应急响应机制，完善引水工程的安全控制。： 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 2 1 引水工程安全评价的特点及原则 2 1 1 引水工程安全评价的特点 引水工程的安全评价是以工程原有的自动监测系统为基础，整合了运行管理 因素、环境量监测系统而形成的一个多层次综合评价体系。引水工程安全评价与 其他行业的安全评价相比，不仅具有很强的水利行业特征，而且融入了先进的运 行管理理念。 l 、定性因素与定量因素相结合 引水工程安全评价作为一个实际决策问题，是一个定性与定量相结合的复杂 系统。自动监测系统主要是以渗压、渗流量、变形、裂缝、应力、内外水压力等 数据和设施的开关量、模拟量等数据为监测目标，环境量监测系统则主要以水文、 水质为监测目标，这些监测量反映了工程工作环境的实际状态，每个量的产生都 是不以人的意志为转移的，只能通过工程措施来对其进行适应。运行管理系统中 评价对象是引水工程沿线的水工建筑物、设备和设施，主要通过对关键输水建筑 物与输水设施的日常巡查、维护管理来发现工程中存在的问题，对其进行评价。 这些问题是可以通过管理人员的工作来消除和规避的，是与人的个人意志有很大 关联的。将定性的运行管理系统与定量的自动监测系统、环境量监测系统有机的 结合起来是引水工程安全评价体系区别于传统水利评价体系关键之处。 2 、评价内容多 首先构成引水工程的输水建筑物和输水设施种类繁多，有水库、隧洞、天然 河道、电站、闸涵、泵站、明渠、暗渠、倒虹吸、自流道等。其次每种建筑物与 设施又涉及众多评价内容，例如水库包括坝体、溢洪道、放水洞等，而这三类建 筑物又将按实际情况从自动监测系统、运行管理系统、环境量监测系统三个方面 进行评价。所以对于引水工程的安全评价来说，评价内容是相当多的。 3 、统一规划、数据共享性强 引水工程安全评价系统立足于全线工程，有别于传统的监测系统仅局限于单 个建筑物或管理处进行评价。安全评价系统以工程管理、引供水业务、公共服务 等全局性的业务为服务对象，涉及水文、水质、基础工情、灾情、险情、输水调 度、调水优化、水利空间、工程管理等各类数据。这些数据之间存在直接或间接 的联系，但是原有系统无法保证数据的一致性和完整性，无法满足数据共享的需 求。安全评价系统从全局出发，准确定义和划分有关业务数据，统一各个管理处 的数据获取量、存储格式，建立业务数据中心。数据中心既满足安全评价系统的 需求又满足引水工程中其他不同系统之间共享数据的需求。 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 4 、评价指标难量化 由于运行管理系统内评价指标多种多样，出现安全隐患的原因十分复杂：可 能是建筑物和设施的正常损耗，可能是外力产生的损坏，也可能是人为操作失误 造成的危害。在评价过程中大多数指标都是难以定量计算和衡量的，如：对于闸 门钢丝绳，缺油量多少对钢丝绳的正常运行有危害，这是不能简单地以一定的公 式进行定量计算的。因此定性分析在安全评价中占有十分重要的地位，如何将定 性的指标通过定量分析，最终给出定量的判断是引水工程安全评价结果可信度获 得认可过程中最关键的步骤。 5 、多目标多层次分析 对于引水工程这样拥有多种类和多数量输水建筑物和设施的复杂输水系统 的安全运行管理问题，由于系统本身的复杂性和互相的关联性，使得引水工程不 仅要进行某种建筑物和设施的安全监测和评价，更需要建立各管理处和引水工程 全线的安全监测和评价。评价过程中不仅要考虑输水建筑物和输水设施的完好 性，还要评价整个输水线路的通畅性，输水过程不仅要保量还要保质。所以只能 采用系统工程的理论和方法建立多目标多层次的分析体系来处理这样大型、复杂 系统的安全运行评价问题。 2 1 2 引水工程安全评价的原则 1 、遵循国家、地方和部门的有关方针、政策及法规等 引水工程，尤其是跨流域输水工程，由于工程线路长，穿越区域范围大，地 形地质情况比较复杂，涉及的输水建筑物和输水设施种类、数量都比较多，容易 产生的安全问题也比较多而且复杂，对输水的量与质都会有很大的影响，因此在 进行引水工程安全评价过程中，要认真贯彻国家、地方以及流域机构与项目有关 的各项法律、法规、方针、政策以及流域规划成果等。只有这样，引水工程安全 评价结果，才能更好地服务于社会，才能确保引水工程的安全运行，实现社会持 续发展与提高人民生活水平的根本目标。 2 、以人为中心的原则 以人为中心的含义就是在项目计划及项目实施的全过程中要充分考虑人的 作用和人的需要，坚持以人为中心，是实现建设项目可持续发展的重要手段。因 为在生产关系中，人是最活跃最具决定性的因素。由于人的因素，可以使项目成 功，同时也可以使项目失败，这点经过多年的项目建设实践己经得到证明。对于 引水工程安全评价，坚持以人为中心的原则，就是通过引水工程与运行管理人员 的关系以及引水工程与工程评价人员的关系进行分析，找出合理评价安全性、规 避风险的方法与对策，不断研究和总结管理问题与经验，从而加强管理人员素质， 形成良性的运行管理机制，使管理水平不断得到提高，确保工程目标的实现。对 9 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 于引水工程，会涉及到气象、安全防疫、地震勘探等众多部门，他们提供的气象 预测、污染监测、地震预警等信息对于引水工程安全的预防有举足轻重的作用； 同时引水工程必然途径众多村镇，对于工程沿线维护中所涉及的问题也是比较多 的，所以实行有效的公众参与，是解决这些问题比较有效的办法，因此人对于引 水工程的安全运行非常重要。对引水工程的安全评价只有坚持用科学的态度和方 法，坚持以人为本的思想，才能确保引水工程与社会各方面及受影响群体很好的 相互适应，使工程发挥其应有的效益，并实现社会持续发展的目的。 3 、实事求是和可比性 引水工程的安全评价，选择的评价标准必须从实际出发，实事求是，并建立 科学适用的评价指标体系。不同的项目应当使用不同的评价标准，因为不同的项 目目标，不同的项目位置，不同的项目类型的影响因素是不同的。而且水利建设 项目与其他建设项目相比，其“单件性”的特性更为突出。安全评价的一条重要 准则是依据不同项目的特定情况，应用该建筑物或设施的国家标准和该建筑物或 设施在工程中的特点来选择建立项目的评价指标体系，采用科学的方法进行项目 的安全评价。在进行项目安全评价时，无论是定量还是定性分析，都要确保评价 项目及指标在时间、空间及计算深度上有可比性，这样才能保证安全评价成果能 够作为科学决策的依据，为引水工程的安全运行提供良好资料与经验储备，保证 引水工程的良性发展。 2 1 3 引水工程安全评价的主要内容 引水工程安全评价根据工程实际情况，借鉴国外引水工程安全运行的成功管 理制度，以确保引水工程安全运行的目标，保证输水的水量与水质的要求，选定 其评价内容。评价内容可以从两个层次来进行分析，第一层次按引水工程沿线所 具有的输水建筑物和输水设施；第二层次从构成安全评价的自动监测系统、运行 管理系统、环境量监测系统进行分析。 1 、按评价输水建筑物与输水设施分类 由于引水工程的修建和其沿线所处的地理条件有着直接关系，不同的设计方 案采取的输水建筑物和输水设施是有很大区别的。例如：如果采用加压方式输水 就必须修建泵站，此时在评价体系中就要分析泵站。同时在引水工程中某一输水 建筑物或输水设施会在沿线的不同位置出现，对于不同位置的同一输水建筑物或 输水设施在评价体系中所处的地位不同，需要评价的内容也会有所区别。所以建 立引水工程的评价体系时要对引水工程进行详细分析。下面对可能会在引水工程 中出现的输水建筑物及输水设施的评价内容做粗略介绍。 水库：坝体、溢洪道、放水洞。 暗渠：进口闸、渠首枢纽、暗渠无压段、调节池、暗渠有压段、出口闸。 l o 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 泵站：主机系统、电气设备、辅机系统、水工建筑物、监控系统、视频系统。 自流道：明渠段、暗渠段、闸门。 明渠：渠堤、桥梁、过水断面、防护设施。 倒虹吸：进口闸、倒虹吸身、出口闸。 河道：河床、护坡、堤埝、跌水坝。 隧洞：进口闸、进口明渠、明挖隧洞、暗挖隧洞、出口明渠、出口闸、 消能设施、护坡。 2 、按监测评价对象进行分类 引水工程安全评价是从多方位、多角度对引水工程进行分析、评价的，不仅 仅考虑到定量的自动安全监测数据，还引入了定性的运行管理因素，将定性与定 量相结合确保了引水工程安全评价的全面性，在严谨的数学评定基础上，先进管 理理念的分析将引水工程的安全性提升到一个新的高度。而且在保证输水水量的 同时，还对环境量进行监测，保证输水的水质，使用户用上安全放心的水。 环境量监测系统主要分析的内容有：水位、水压、流量、水质等。 自动监测系统考虑的内容包括：水库监测系统、泵站监测系统、隧洞监测系 统、闸门监控系统等。 其中水库监测内容包括：坝体渗流、坝基渗流、坝肩渗流、防渗墙应力变形、 坝体裂缝监测等；泵站监测内容包括：泵组监控、励磁监控、变电站监测、辅助 系统监测等；隧洞监测内容包括：水位与流量、隧洞断面衬砌相对变形、混凝土 衬砌与围岩结合面缝隙、混凝土衬砌墙后渗水压力、表面裂缝与沉降缝、隧洞温 度等。 闸门监控系统主要由现地监控设备、工作站、数据传输、通讯装置、视频处 理工作站、视频采集装置所组成。 运行管理系统包括的内容主要指各个输水建筑物与输水设施在日常管理中 可以反应出来，为管理人员所控制、可维护，同时确实是影响到引水工程安全运 行的因素。例如输水建筑物的卫生、杂草问题虽然也是日常管理考虑的问题，但 对于引水工程的安全性没有任何影响，所以在评价中将不予考虑；还有一些因素 虽然对安全有影响，但影响因子非常小也将给予剔除，以保证评价的简洁直观。 2 2 引水工程安全评价指标体系的特点和构建原则 2 2 1 引水工程安全评价指标体系的特点 建立引水工程安全评价指标体系，是进行引水工程安全评价的重要环节和内 容，其指标体系除具有一般项目安全评价指标体系的特点外，还具有很强的水利 行业的特点。其特点如下： 第二章引水工程安全评价的特点及指标体系 1 、评价指标体系层次多 一个完整的引水工程按照工程沿线区域划分为多个管理职能处，而各个管理 职能处内又涉及到各类输水建筑物与输水设施。每个输水建筑物与输水设施内又 可分解为多个考察部件，而且每个输水建筑物与输水设施又将从自动监测、环境 量监测、运行管理三个角度去进行分析。所以为了能真实地反映这些层次对引水 工程安全运行的影响，必须在相应的层次上设置相应的评价指标，并由这些不同 层次的评价指标构成引水工程安全评价的评价指标体系。引水工程是保证国民经 济腾飞的基础设施和基础产业，随着大型跨流域引水工程的增建，引水工程具有 的社会功能在增加，现已具有灌溉、供水、发电、水土保持、改善生态环境等多 种功能。引水工程对是否能发挥效益，对国家、地方、当地社区( 或流域) 的社 会发展目标有重大影响。因此，在建立引水工程安全评价的评价指标体系过程中， 应综合考虑到引水工程各种效能的实现。由于评价指标体系的层次较多，给引水 工程进行安全评价方面增加了一定的难度。 2 、评价指标定量困难 评价指标定量的问题分为两个层面：一为如何保证定量性指标的准确性；二 为如何将定性的指标最终定量化。 在安全评价过程中自动监测系统部分多是借用原有的监测系统，这些监测系 统通常已设立了多年，由于地质、气象条件的变化，以及设备的老化，可能会造 成监测数据的失真现象，从而影响安全评价的准确性。 对于运行管理因素的评价是通过管理人