堤防工程安全评价方法研究

姓名：陈红申请学位级别：硕士专业：水工结构工程指导教师：顾冲时

20040301

摘要堤防工程的安全是关系到国计民生的大事，因此研究堤防工程安全综合评价方法具有重要的理论意义和实用价值。本文以河道堤防工程为主要研究对象，应用层次分析、灰色系统等理论和方法，对堤防工程的安全综合评价方法、综合评价结构体系、评价指标度量方法以及堤防工程安全预警模式等方面内容进行了深入的分析研究。主要研究内容如下：ｌ、针对河道堤防工程特点，拟定了构建堤防工程安全综合评价结构体系的原则；探讨了堤防工程安全综合结构体系的建立方法，并对安全评价集及安全综合评价方法等内容进行了深入研究，确定了堤防工程安全评价的四级划分法。２、在综合分析各评价指标在表述方法、取值范围、度量方法和度量单位等方面差异的基础上，提出了评价指标的度量及归一化方法。３、通过对已有权重确定方法的比较研究，将确定权重的乘积标度法、可拓层次分析法及神经网络方法应用于堤防工程安全综合评价中；基于最优化准则，建立了评价指标融合权重的确定方法。４、根据堤防工程安全综合评价的特点，利用模糊数学及神经网络等理论和方法，建立了堤防工程的安全综合评价模型，并结合计算机软硬件技术开发研制了堤防工程安全综合评价软件。５、利用回归分析方法和灰色系统理论建立了堤防工程安全预报模型，初步设计了堤防工程安全预警系统模式，并开发研制了堤防安全监测实时评价软件。关键词：堤防工程、安全评价、结构体系、评价指标、量化方法、赋权方法、预警模式Ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｍｅａｎｉｎｇｆｕｌｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｌｅｖｅｅｗｏｒｋｓｆｏｒｗｈｉｃｈｉｓｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｔｈｅｐｅｏｐｌｅ’ｓｌｉｖｅｌｉｈｏｏｄ．Ｔｈｅｒｉｖｅｒ－ｗａｙｌｅｖｅｅｉｓｒｅｇａｒｄｅｄ嬲ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｏｂｊｅｃｔｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄ，ｓｕｃｈａｓａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ，ｇｒｅｙｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｏｏｎ，ｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｅｔｈｅｓｉｓ，ｗｈｉｃｈｐｅｒｆｏｒｍｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｄｅｔｍｌｅｄｓｔｕｄｙｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａ∞ｅｓｓｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ，ｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙｍｏｄｅｏｆｓａｆｅｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓａｒｅ舔ｆｕｌｌｏｗｓ．１．Ｓｉｘｒｕｌｅｓｏｆ咖ｄｙｉｎｇｏｕｔｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆｏｕｎｄｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓａｆｅｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｌｕｃｕｂｒａｔｅｄａｎｄｔｈｅｆｏｕｒｔｈ－ｃｌａｓｓｄｉｖｉｓｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｓａｆｅｔｙｇｒａｄｅｉｓａｓｃｅｒｔａｉｎｅｄ．２．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｔａｎｄａｒｄｉｚｉｎｇｏｒｉｇｉｎａｌｄａｔａｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎｄｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｎｇｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘｅｓａｔｔｈｅｓａｍｅｌａｙｅｒｂｒｏｕｇｈｔｂｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｅｘｐｒｅｓｓｉｖｅｍｅｔｈｏｄ．ｔｈｅｓｃａｌｅｏｆｖａｌｕｅ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｕｎｉｔｓｏｆａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｓｏｌｖｅｄ．３．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｗｅｉｇｈｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃａｌｅｍｅｔｈｏｄ．ｅｘｔｅｎｓｉｏｎＡＨＰｍｅｔｈｏｄａｎｄＡＮＮｍｅｔｈｏｄ８Ｌｒｅｕｓｅｄｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｓｙｎｃｒｅｔｉｃｗｅｉｇｈｔｏｆｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘｉｓｆｏｕｎｄｅｄｂｙｕｓｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｇｕｉｄｅｌｉｎｅ．４．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓａｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｆｏｕｎｄｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｐｐｒｍｓａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄＡＮＮｔｈｅｏｒｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｏｄｅｍｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｎｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．５．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ·ｌｅｖｅｌｒｅｃｕｒｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｇｒｅｙｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｍｏｄｅｌｓｏｎｔｈｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｆｏｕｎｄｅｄ．Ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏｄｅｍｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｅｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙｍｏｄｅｏｆｔｈｅｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｅｖｅｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ，ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｄｅｘ，ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｗｅｉｇｈｔｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙｍｏｄｅ塑塑查兰堡主兰竺笙苎——第一章绪论１．１研究的目的和意义我国地域辽阔，人口众多，水资源紧缺，时空分布差异大，水早灾害频繁。长期以来，我国人民受利于水，受害于水，与水灾干旱进行了长期的斗争。在这人与自然的斗争中，人类付出了巨大的代价，万顷良田被淹没，千百万人背井离乡，流离失所。建国以来．水利建设一直受到党和政府的高度重视，全国各主要江河均进行了不同程度的规划治理，大部分江河已初步建成防洪工程体系。目前，我国共整修和加固各类江河湖泊堤防２６万多ｋｍ，长江、黄河、淮河等主要江河共有蓄滞洪区９８处，总面积３．４５万ｋｍ２，总蓄洪量９７０．７亿ｍ３。据有关统计，全国现有近１／２的人口、１／３的耕地和约７０％的工农业总产值在堤防的保护之下。经过５０多年来的堤防工程建设，洪涝灾害得到初步控制，堤防工程在防洪、灌溉、供水、航运、水保等方面发挥了巨大的社会效益、经济效益和环境效益，保护了下游亿万人民的生命财产安全，是我国国民经济的重要基础设施，在国民经济建设和社会安全中起到了巨大作用Ｉ”。但是，由于我国堤防工程历史悠久，堤身内存在许多古河道、老口门、遗留的构筑物、虚土层、透水层等隐患，在洪水期间极易形成渗水、管涌、漏洞、散浸、跌窝等险情，严重威胁堤防工程的安全。有些堤防工程旋工质量比较差，压实质量达不到设计要求，主要江河的防洪标准仍然偏低。堤防工程还存在生物破坏问题，南方的白蚁，北方的獾、狐、鼠类，对堤防的破坏作用很大。加之大多堤防工程已运行数十年，甚至上百年，存在不同程度的老化问题，堤身长期浸润，易于产生液化、沉陷和变形，而长期脱水则可能产生裂缝。因此，当遇到超过防御标准的洪水，我国大多堤防工程就显示出控制性工程偏少或堤防高度不足等问题；若遇到特大洪水，人力则无法抗御，洪水灾害难于幸免【矾。由此可见，这些堤防工程的安全不仅直接影响到经济效益的充分发挥，而且威胁到河道两岸人民的生命财产安全，是关系到国计民生的大事。加强堤防工程的安全鉴定和除险加固工作已经迫在眉睫。＾第一章绪论水利部和原国家电力公司从上世纪八十年代开始，曾有组织地对所属大坝进行了有序的安全定期鉴定或定期检查【３“，通过设计复核、施工复查、运行总结和现场检查，基本摸清了上世纪八十年代以前投运的水电站大坝的安全状况，查出了一些重大隐患，确定了某些缺陷对大坝安全的影响程度，解决了一些长期悬而未决的疑点和问题，从而推动了大坝维修加固和改造工作的全面开展。但是，由于堤防工程的特点，现阶段我国对堤防工程的补强加固工作主要还是依赖定期检查结果进行的。由于受监测技术、经费以及管理条件的限制，在堤防上使用的监测仪器往往很难达到预期的效果，造成堤防工程安全鉴定所需的基础资料不全，尚未形成系统的堤防工程安全鉴定方法。因此，在堤防工程的除险加固中，常常出现由于对危及堤防安全的因素分析不明，而影响加固效果的问题。随着堤防工程管理技术的发展，信息化水平已经逐步成为河流治理开发和管理现代化进程的标志，国内外不少学者正尝试结合信息技术研究堤防安全评价系统和方法，以为堤防除险加固服务【５ｑ】。在堤防渗流方面，由于渗流是一个饱和～非饱和、非稳定～稳定的发展过程，加之渗流场有不同程度的非均质和各向异性，几何形状和边界条件很复杂，所以采用确定性方法计算堤防的汛期动态渗流非常困难，难以准确计算和考虑各种复杂情况。对于这种非确定的、动态变化的、部分信息环境的情况，借助计算机信息技术，对现场观测的数据进行统计、处理、推断，以直接对堤防渗流险情进行判断和预报【¨】；在堤防岸坡稳定方面，力学性分析（极限平衡法和有限元法）对于一些基本稳定或基本不稳定的边坡，能够做出合理的定性判断，但对于一些介于稳定与非稳定之间的边坡，却难以准确计算其安全程度，尤其对于发生了一定位移的边坡，力学分析法很难判断是否会继续滑动，其原因在于力学分析法本身含有诸多假定，再加上边坡土性不均匀和边界条件复杂等因素，导致上述情况的产生。因此，对于一个滑坡的评价和预报，除了做一些力学分析外，可以以现场的位移监测成果为依据，利用数据统计推断方法进行滑坡的判断和预报。但是，由于堤防问题的复杂性，合理的安全评价模型有待于通过堤防安全检测、监测的结果不断验证及修改，逐渐形成较为合理的分析模型。针对堤防已有的资料建立堤防安全评价体系，根据堤防检测、监测数据建立相应预测模型，对各类数据资料进一２一河海大学硕士学位论文行科学的管理和分析，对堤防工程的安全状况进行监控，以降低堤防除险加固中人为主观性的影响，为堤防工程的管理和加固提供可靠的数据支持和理论依据，为编制“堤防安全鉴定方法”提供技术支撑，以逐步实现堤防管理的现代化和科学化，这方面的研究已引起越来越多学者的关注。１．２国内外研究现状及问题的提出堤防工程安全性是最近几年才被提出来的名词，与此相关的堤防工程安全评价的提法也较为笼统，无论是在国外还是在国内，目前还没有一个明确的定义。１．２．１安全评价的概念及其在大坝安全分析中的应用安全评价是指对一个具有特定功能的工作系统中固有的或潜在的危险及其严重程度所进行的分析和评价，并以既定指数、等级或概率值做出定量的表示，最后根据定量值的大小决定采取的预防或防护对策。根据评价目的、要求和范围的不同，出现了许多评价方法，其中应用比较广泛的就有五种方法：（１）评分法：（２）检查表评价法；（３）危险指数评价法；（４）概率法：（５）综合法。但通常可以归纳为两类方法，即确定论方法和概率论方法。这两类方法论是从不同的角度回答“安全应达到什么水平才算安全”以及“系统现在的安全性如何”这两个基本问题。鉴于安全评价的对象非常复杂，目前还没有形成一种能够通用的评价方法。一般认为，对一个工程系统进行安全评价时，首先应通过系统安全分析，识别系统固有的或潜在的危险，然后根据安全标准进行危险分级，进而采取相应的措施预防或消除危险。因此，安全评价方法通常按下列程序进行：（１）危险的确定，即识别出系统中可能出现危险的种类、性质、范围以及发生条件：（２）危险的检测和分析，即通过一定的手段测定、分析和判明危险，包括固有的和潜在的危险，及在一定条件下转化生成的危险；（３）危险的定量化，即把危险的评价项目通过定量化处理，确定其发生的概率和危险程度；（４）危险的处理，即为消除危险所采取的技术措施和管理措施：（５）综合评价，采取系统分析评价方法，进行概率危险度评价和危险度等级评定，然后同现定的安全指标比较，一１一第一章绪论以求判明所达的水平。由此可见，选择合适的评价方法，并按照一定的程序对某一工程系统进行安全评价，是保证获得准确结果的基本条件。近年来，国内外己在传统的大坝设计理论基础上，参考和借鉴相关领域内的研究成果和方法，开始考虑水库大坝安全评价和保障问题。西方发达国家，如英国、美国、意大利和澳大利亚等国家在大坝安全风险分析方面处于领先水平。例如，为了研究水库防洪安全设计，美国土木工程学会下属的地表水文委员会于１９８４年成立了专题委员会，目的是研究能够在全国范围内使用的、统一的水库安全评价程序。经过三年努力，反复修改了六次，最终完成一份总报告（ｔｈｅｔａｓｋｃｏｍｍｉｔｔｅｅｏｎｓｐｉｌｌｗａｙｄｅｓｉｇｎｆｌｏｏｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ＡＳＣＥ，Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃｓａｆｅｔｙ，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９８８）。我国水利界从事水利工程安全评价的研究工作始于大坝安全综合评价研究。随着数学学科的迅速发展，基于资料序列的分析方法也得到了相应的丰富和拓展。国内外众多学者开始尝试通过监测资料序列建立数学监控模型以揭示堤坝的长期运行规律和结构性态，高效、快捷地对堤坝安全状况做出恰如其分的评价。国外在上个世纪五十年代以前主要对观测值作定性分析。１９５６年，Ｄ．Ｔｏｎｉｎｉ首次从大坝位移资料中分离出水压、温度和时效三个部分，并以三次多项式来表示水压分量、温度分量和时效分量ｆⅢ。１９５８年。Ｘｅｒｅｚ采用气温作为温度因子，并取观测前不同天数的平均气温来分析Ｃａｓｔｅｌｏ拱坝的观测资料…】。Ｒｏｃｈａ等人于１９５８年采用大坝横断面各层平均温度和温度梯度作为温度因子，并以函数式来表示水位因子【１２】。Ｓｉｌｖｅｒａ于１９６４年引入了幂函数来表示时效变化【ｌ３。。中村庆一等于１９６３年采用回归分析法分析大坝实测资料，并筛选出显著因子，建立回归方程【１４】。Ｍａｒａｚｉｏ等于１９８０年首先用有限元法计算水压、温度、时效分量，然后建立回归模型【１５ｌ。Ｇｕｅｄｅｓ于１９８５年应用多元线性回归拟合原因量与效应量的关系，这种方法能分离各个分量，并且能确定原因量和效应量的最佳经验公式【１６】。Ｋａｌｋａｎｉ等于１９８９年采用多项式回归模型分析Ｋｒｅｍａｓｔａ拱坝渗压计测得的数据㈣。ＬｕｃＥ．ｃｈｏｕｉｎａｒｄｌｌ８】等于１９９６年采用主成份回归分析Ｉｄｕｋｋｉ拱坝的监测资料【。９￣２们。我国对数学监控模型的研究工作起步相对较晚，二十世纪七十年代以前主要采用定性分析，并通过绘制过程线和最大、最小等简单特征值的统计来分析一４——河海大学硕士学位论文大坝性态，七十年代以后，在河海大学陈久宇教授等创导下，应用统计回归分析原型观测资料，并将分析成果加以物理成因解释【２７】。二十世纪八十年代中期，以河海大学吴中如［２ｓ’３０１院士为首的广大学者提出了裂缝开合度统计模型的建立和分析方法、坝顶水平位移的时间序列分析法以及大坝位移确定性模型的原理和方法。近几年来，国内外对数学监控模型的研究工作逐渐向纵深方向发展，各种新理论、新方法被引入到大坝实测性态分析中。信息完全明确的系统为白色系统，完全不明确的系统为黑色系统，部分明确的系统为灰色系统。灰色系统用灰数描述不明确定量，灰色预测不仅仅把观测数据看成随机过程，而且看成随时间变化的灰色量或灰色过程，然后建立相应的预测模型。灰色理论将无（弱）规律的原始数据生成后，使其变为较（强）有规律的数据，然后建立分析模型。灰色理论在数学监控模型领域得到了一些应用【３卜３２１，吴中如等将水压、温度等因素白化，建立了坝体应力ＧＭ预测模型。灰色理论也被应用到大坝变形预测中，马能武提出了大坝观测资料的动平均灰色模型【３３】。１９６５年ＬＡ．Ｚａｄｅｈ创立了模糊集合论，为描述与处理事物的模糊性和系统中的不确定性，模拟人的模糊逻辑功能，提供了强有力的工具。目前，模糊集合论得到了迅速发展，模糊数学已经逐渐形成了一个新的独立的数学分支，它是基于事物本身的模糊性，即概念的某种不确定性而建立起来的科学。尽管原型观测资料真实地反映了建筑物各观测量的实际情况，但是它们之间的关系极为复杂，往往很难用物理力学方法和先进的数值计算方法来确定，即它们之间的关系是一种模糊关系。因此，应用模糊数学原理，可以对原型观测数据进行模糊分析［３４’３７】。人工神经网络是近十年来发展极为迅速的－－ｆ－ｊ科学。自１９８２年美国加卅１７－学院物理学家Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了人工神经网络的Ｈｏｐｆｉｅｌｄ计算模型，以及１９８５年Ｒｕｍｅｌｈａｒｔ和Ｍｃｃｌｅｌｌａｎｄ提出了多层前向网络的误差反向传播训练算法（ＢＰ算法）以来，人工神经网络在众多工程领域中得到了广泛的应用［３８－４７】。人工神经网络是一种基于模仿大脑神经网络结构和功能而建立的新型信息处理系统，是由大量的简单处理单元连接而成的自适应非线性动力学系统，具有大规模的并＾第一章绪论行处理，分布式的信息存贮，自适应、自组织及学习等功能。目前实际应用的人工神经网络有几十种之多，这些网络模型在不同的应用领域有效地解决了各种问题，但目前较常用的主要还是前馈神经网络。近年来，虽然神经网络理论在水文、地下水、岩土工程等相关领域中得到了一些应用，但在数学监控模型领域，神经网络尚处于起步阶段。目前，我国在数学监控模型、参数和边界条件反分析、拟定变形监控指标和大坝安全综合评价专家系统等方面取得了一定的成果，建立了较完整的大坝安全监控和评价的理论体系【４８’４９１。鉴于大坝的工作条件十分复杂，对其安全评价已经从单因素发展到多因素，从单项分析发展到多项综合分析评价。１．２．２堤防工程安全评价研究现状与大坝安全评价相比，国内外对于堤防工程的安全评价研究尚处于起步阶段，目前还没有形成一套适用的理论和方法。在国外，有关国家已经开始利用先进的计算机信息技术，对堤防信息进行管理和集成，为防汛调度提供决策依据。有关资料表明，堤防工程的技术分析、安全评价已成为今后堤防工程科学管理的发展方向。例如，日本、荷兰等发达国家的江河（海）堤防的管理决策系统就比较先进。但是，从现有的资料看，不同国家针对自己的国情和堤防工程的特点，研究的侧重点也不同。下面对国内外有关堤防工程安全评价方面的研究现状进行简要综述。１．２．２．１堤防工程安全性评价调查的指标体系和调查方法在国外，以日本为代表，堤防工程安全性评价是采用调查指标体系和调查方法进行的。在日本，现有河川堤防所防御的大部分地区内，人口和资产有明显的集中趋势，要求提高河川堤防工程安全性的社会呼声也日益高涨。在此背景下，日本建设省河川局针对日本全国各地的河川堤防工程的安全性问题，组织专家在深入研究的基础上，编审了系列化的技术指南《河川堤防总检点手册》。它们被用于指导全日本堤防工程安全性调查和评价工作。日本堤防渗流安全性调查的基本步骤是先普查后细查。在普查中，根据堤防及基础土层的土质特点、外力条件和受灾历史，根据最不利状态优先和综合考虑的原则，将各段堤防的河海大学硕士学位论文渗透安全性概略地划分为：Ａ（安全性高）；Ｂ（安全性较高）：Ｃ（安全性较低）：Ｄ（安全性低）四种不同的等级。依据已概略划分出的堤防渗透安全性等级，考虑堤防后防洪区的重要性程度，可选出需要详细调查的堤段区间。堤防实际的渗透安全性最终由详细的土质调查和分析评价的结果来确定。细查是在选定区间内实施的。包括实施详细的土质调查和在此基础上进行详细的堤防渗透安全性评价两部分。普查和细查的结果不仅为堤防加固处理方案和方法的选择服务，也为堤防的管理工作提供了科学依据［５０～ｓ１１。这方面的经验可供我们参考和借鉴。ｌ。２。２。２堤防工程安全性评价的方法安全评价对于堤防工程长期维持安全运行是必不可少的。但是，在这方面，目前只有荷兰进行过相关的研究。荷兰的防洪体系由一个主干堤的综合系统构成。为了评价堤防构成的安全性，将整个堤防系统划分为一系列相对独立的子系统，每个子系统均有一个可接受的风险水平（即安全标准），这些标准由防洪法确定【５２ｑ３１。堤防工程安全评价是按照高于破坏界限（ｆａｉｌｕｒｅｌｉｍｉｔ）的程度进行排列判断的。所谓的破坏界限取决于三个因素：①社会能够接受的安全性指标；②测试和评价结构物强度的方法：③确定和评价水力边界（荷载）的方法。从这三点出发，遵循挡水结构物的评分标准，并在指南中采用一种称为“ＲＯＧ”（ｒｕｌｅｓｏｆｇａｍｅ）的方法，将荷兰的堤防工程安全性等级共分为四级：优（ｇｏｏｄ）、良（ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）、中（ｄｏｕｂｔ）和差（ｂａｄ）。这些破坏界限已经在荷兰水工建筑技术顾问委员会提出的设计、评价准则中加以规定。荷兰的研究经验表明，堤防工程安全性评价不是一个静态事件，而是一个连续的动态过程。荷兰的国家法律要求每五年进行一次详细的堤防检查和安全性评价，政府每五年颁布与堤防工程安全标准有关的水力边界条件，另外，每五年发布运用最新知识进行安全评价的技术指导。应当指出。各国对于堤防工程安全评价研究的侧重点之所以不同，是与其堤防工程的特点和国情有关的。例如，日本的堤防工程特点是防洪标准不高，但质量较高，能基本保证不出险情或者是洪水漫顶堤防也不会溃堤，因而失事风险考虑的不多，但围绕堤防工程进行的科学试验较为深入，在堤防工程安全第一章绪论性调查的方法、内容和渗透安全性评价等方面积累的经验可供借鉴和参考。荷兰的堤防大多为海堤，堤防系统由封闭的堤防圈构成。同一堤防圈内设防标准相同，防洪水位一致，其特点是波浪对堤防的破坏作用较为突出。近年来的堤防设计和加固采用了可靠性设计方法，设有相应的风险标准。荷兰在堤防工程安全性评价方面的经验和思路也可供我国参考和借鉴。１．２．２．３基于堤防监测资料的实时性态评价方法现阶段，国内外针对堤防工程结构性态评价方面的研究还很少。由于堤防工程的条件复杂。监测仪器的安装还不完善，导致了各监测项目资料比较缺乏，在大坝中应用较广的统计模型等资料分析方法很难在堤防工程中得到应用。由于灰色系统理论和方法对短序列资料的处理比较灵活，具有较强的自适应性等特点，已有学者尝试通过建立灰色系统预测模型对堤防工程隐患探测的结果进行评估【５４ｑ５ｌ。随着信息技术的发展，水利学者开始探讨建立堤防工程自动化监测和安全预警系统技术１５６１，初步建立了以监测数据为基础的渗流安全评价模型和滑坡预测模型。前者将土层实际承受的渗透水力坡降与土的临界水力坡降进行比较，分为安全、轻度危险、严重危险和即将破坏等四级标准：后者采用灰色和突变理论对堤坡位移和滑坡与否进行预测。此外，为考虑各种土层厚度不均匀和土的抗渗强度不均匀性，建立了渗流安全评价的概率模型：为对下一时刻的渗流安全进行预测，建立了渗流安全灰色预测模型。虽然，这些只是针对堤防工程安全某方面的研究，但是为堤防工程安全综合评价提供了一定的思路和方法。１．２．２．４我国的研究现状近几年，堤防工程安全评价的重要性已经引起了国内有关方面的重视。堤防的安全评价或鉴定成果已经作为堤防加固设计和立项审批的重要依据之一。《堤防工程设计规范》明确规定“堤防的安全鉴定是对所研究堤段的防洪能力综合检验和评价，是堤防加固设计前工作的重要组成部分”。长江水利科学研究院对堤防工程破坏机理和安全评价的方法进行了初步研究，收集整理了典型堤段的地质、水文、材料特性及汛期险情等基本资料，研究了堤防分段分类的影响因素，并进行了断面概化，建立了堤防渗流计算及概率模型。进行了堤防渗塑塑查兰堡主兰堡兰苎——透破坏机理实验研究‘５７铷】。但是，由于目前还缺乏科学完善的堤防工程安全性调查评价的指标体系、调查方法和技术标准，因而在目前的堤防加固设计之前，几乎没有进行过专门的安全评价工作，只是在加固设计的过程中参照土坝的方法核算堤防断面是否满足设计要求，必要时对堤身抗滑稳定性和堤基渗透稳定性进行复核，计算相应的安全系数，对于重要程度不同的堤段采用不同的安全系数。从有关资料可以看出，我国现阶段与堤防工程安全评价有关的研究还很少。并且大多只侧重于典型剖面的力学和渗透稳定性的验算，对堤防工程的安全性调查和综合评价重视不够。由于受堤防上布置的监测仪器的数量和质量的限制，堤防工程还远远达不到实时监控的目的，难以实现堤防工程的实时评价。１．２．３问题的提出由于影响堤防工程安全的因素众多，虽然有不少学者对堤防渗流、稳定评价方法进行过研究，但尚未建立堤防工程的安全评价体系，也未对堤防工程安全性态的整体评价进行过相关的探讨。近年来，随着堤防建设力度的加大，部分堤段的防洪能力得以提高。与此同时，如能进行堤防运行状态的经常性监测，及时发现和处理堤防的险情隐患，则能更好地保障堤防的安全。在监测手段方面，由于堤线较长，地层条件沿程变化大，采用一般的人工监测方式不仅工作条件非常恶劣，工作量巨大，而且在汛期江水位猛涨的情况下，适时的监测与分析计算很难做到。所以，实现堤防监测的自动化是必然的要求和趋势。在自动化监测的基础上，通过科学的分析建立合理的安全评价模型以对堤防工程的安全状态进行评价和预报，已成为目前研究的热点问题。ｌ＿３本文主要研究内容本文结合水利部基金项目“堤防工程安全评估”开展研究，以河道堤防工程的安全性态作为研究对象，通过对堤防工程管理现状和国内外堤防工程安全评价成果深入研究的基础上，构建了堤防工程安全综合评价的体系结构，建立了堤防工程安全综合评价模型，提出了便于操作的评价方法，初步建立了较为先进实用的堤防工程安全评价和预警系统的理论框架。主要研究内容归纳如下：－９－第一章绪论（１）堤防工程安全综合评价体系的构建。通过深入分析堤防工程的水文地质条件、监测、检查及隐患探测结果、堤防建设和出险情况等因素对堤防工程安全的影响程度，筛选出堤防工程安全的主要影响因素，建立堤防工程的安全影响因素集：从堤防工程安全评价的特点出发，给出建立堤防工程安全评价指标体系的原则，并根据规范和常规经验确定堤防工程安全评价的评语集。在此基础上，应用层次分析法建立堤防工程安全综合评价多层次多指标体系。（２）定量和定性评价指标量化方法研究。针对堤防工程各安全评价指标的特点，充分考虑其在表述方法、取值范围、度量方法和度量单位等方面的差异，提出安全综合评价指标的度量及归一化方法。（３）堤防工程安全评价指标权重的确定。通过分析影响因素对堤防工程整体安全影响的重要性，探讨主观赋权、客观赋权以及优化融合赋权等方法在堤防工程安全评价中的应用，并基于最优化准则，建立堤防工程安全综合评价指标融合权重的确定方法。（４）堤防工程安全综合评价模型研究。根据堤防工程的具体条件、运行环境和已建的堤防工程安全综合评价体系结构，应用模糊数学、模式识别及人工神经网络等理论和方法，建立堤防工程安全综合评价的模糊模型和神经网络模型。（５）堤防工程安全评价系统的研制。根据实用性和先进性要求，利用人工智能技术以及现代计算机软硬件技术，研究开发堤防工程安全综合评价系统。（６）堤防工程实时性态评价和预报方法的研究。充分考虑堤防工程堤线较长，地层条件沿程变化大，且河势多变等特点，依据监测资料特点，建立堤防工程实时性态评价和预报的回归分析模型和灰色系统模型，并初步构建堤防工程安全预警模式。河海大学硕士学位论文第二章堤防工程安全综合评价体系结构研究２．１问题的提出由于我国河道堤防工程往往是在民埝基础上逐渐堆积培修加固而成的，大都没有进行过基础处理，且经历过多次抢险、战乱、害堤动物和生物的破坏，堤身和堤基情况非常复杂，因此当遇到洪水时，经常发生基础渗透破坏和塌坡等险情，极易导致大堤溃决。另外，堤防高度低但堤线较长，水文地质条件、隐患分布沿线随机性变化很大，受监测技术、经费以及管理条件的限制，在堤防上使用的监测仪器往往很难达到预期的效果；虽然堤防临河水位的作用水头较小，但是其水位和河势却难以做到有效的调控，多呈现来去迅猛、河势多变的特点；而且，堤防工程一般缺乏设计、勘探、运行等基础资料，堤防的地质条件及运行条件复杂以及监测手段不完善，造成堤防安全鉴定所需的基础资料不全，尚未形成系统的堤防工程安全鉴定方法：由于堤防隐患分布及发生险情具有随机性，增加了查险抢险等人为非工程措施在堤防安全保障中所占的比重。并且，在现有堤防上，为满足群众排涝和交通等生产、生活需要，大多修建了穿堤涵闸。这些小型穿堤涵闸大都由群众自建，缺乏规划，不少是没有设计的，有的标准太低，结构安全度小，旌工质量差，设备老化，回填土不密实，年久失修，不能满足安全的要求。有的基础渗漏，闸身有裂缝，闸门开启困难，闸身结构不满足要求，高水位时险情频出，甚至决堤【５９’６０］。堤防工程的这些特点给堤防工程的安全鉴定工作造成了很大困难，影响堤防安全的因素错综复杂，使得人们很难对堤防工程的安全状况做出全面、客观的评价。现阶段堤防工程安全评价工作主要通过堤防外部检查、堤身隐患检查及堤防的安全复核等方法进行【６１’钏。堤防外部检查一般分为经常性检查、定期检查和特殊（临时）检查。经常性检查是指由工程管理人员按照岗位责任制要求进行的工程检查。定期检查主要是指由基层管理单位按规定进行的工程全面普查，一般每年汛前、汛后各组织进行～次“徒步拉网式”的工程普查。特殊检查是指当工程处于非常运用条件下（如特大暴雨、飓风、地震、持续高水位等）进行的检查。外部检查的主要内容有：堤身雨淋冲沟、陷坑、动物洞穴、第二章堤防工程安全综台评价体系结构研究裂缝、渗漏、滑坡、崩岸；堤基的薄弱环节，如取士坑、池塘、坑道、未封堵的钻孔、违章水井等：堤防穿堤建筑物及与堤身结合部的变形、裂缝、渗漏、淘空等缺陷。堤身隐患是削弱堤防抗洪能力，造成汛期抢险的主要根源。所以，不论是汛前检查，还是平时管理中的维修养护，堤身隐患都被视为检查的重点。堤防经常发生的隐患主要有：生物洞穴、植物腐烂形成的空隙，堤内暗沟、暗管、废井、坟墓，堤身填筑隐患（冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝）等。堤防的安全复核通常体现在以下三个方面：以现有的规程规范为依据进行安全复核：以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核；以多年运行状态为依据进行安全复核。根据堤防工程技术规范规程的要求对堤防进行安全复核的主要内容有：堤顶高度、堤坡的抗滑稳定性、堤坡的渗透稳定、堤基的渗透稳定、堤岸的稳定等。以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核即针对堤防沉降、渗流、地下地形、裂缝等监测或检查结果，隐患探测资料等，进行必要的分析判断，以对堤防存在的一些问题做出安全评价。经过汛期考验，尤其是经过历时长、水位高的洪水考验，堤防隐患大多暴露出来，这相当于一个破坏性质的原型试验。由于堤防的工程地质资料一般较少，因此，以多年运行状态为依据进行安全复核显得特别重要也较为实用。首先，对汛期暴露出来的险情多发区、险情严重区必须进行除险加固，除险加固的顺序应根据险情的危害程度决定，险情的危害程度可以根据险情发生的实际情况和表现来判断。另外，还可以通过出险情况的反分析，推断可能的更高洪水位下的堤防渗流状态、渗透稳定性、抗滑稳定性等，并做出安全复核，决定处理与否。由于受堤防监测技术的限制，目前我国的堤防安全评价工作主要还是依据堤防安全检查和隐患探测结果进行的，以堤防安全监测资料或多年运行状况为基础开展的安全评价工作还在尝试阶段，尚未建立成熟的堤防工程安全综合评价的理论指标体系。基于此，本章从堤防工程的特点出发，对堤防工程安全影响指标的拟定原则、安全影响因素分析及安全评价等级划分等相关问题进行比较系统的研究，从而建立一个多目标、多层次的堤防工程安全综合评价结构体系。河海大学硕士学位论文２．２堤防工程安全影响因素分析由于堤防工程沿线较长，所以危及其安全的因素众多，既有内因也有外因，既有自然因素也有人为因素。针对堤防工程的破坏机理，深入分析各主要因素指标对堤防安全的影响，是确定合理可行的堤防工程安全评价指标体系的基础。堤防工程的破坏方式按照其表现的形式可以分为漫决、溃决和冲决以及组合型破坏等形式。漫决是由堤防高度不达标或超标准洪水造成的，评价时涉及堤防工程等级的确定、设计洪水频率及堤防超高的规定、设计洪水位的计算等问题。溃决多是因堤身内部隐患或强透水性堤基在高水位长期作用下发生渗水、管涌、漏洞，在抢护措施不到位的情况下，继而发展为决口。冲决多是由河势变化造成大溜顶冲堤防，或者风浪淘刷堤坡，而堤身土质为砂性土且缺乏有效的防护措施造成堤岸崩塌，抢护不力时便可发展为决口。除了上述三种破坏形式外，还有上述几种不同组合的破坏形式【６５啪】。按照堤防破坏的内部机制及其成因的不同又可以将堤防的破坏方式归纳为渗流作用引起的破坏（管涌、流土等）和失稳引起的破坏（滑坡、崩岸等）。在堤防工程中渗流侵蚀是非常普遍的，历史上堤防决口绝大多数与堤防的渗流侵蚀有关，除漫顶险情外，溃口险情几乎全部是由渗透破坏所致。堤身的渗流破坏主要包括以下三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。堤基的渗流破坏常表现为泡泉、沙沸、土层隆起、浮动、膨胀、断裂等，通常统称为管涌。对于渗漏险情（又称漏洞险情），它的成因有蚁穴、蛇洞、兽窝、树蔸，甚至可能源于棺木、迎水侧堤脚人工构筑物等，也可能在堤身填筑时个别部位夹有砂层、架空砖石块以及新旧交界处留有柴草腐杂物未作清理等。对于管涌险情，一般发生在堤防的砂性基础部位。当高洪水位出现时，渗透坡降陡然增大，如在堤防内坡脚覆盖土层不厚的薄弱地方，渗透坡降超过土层允许坡降，土层则很可能被顶破，产生渗流挟带泥沙溢出，这就形成了管涌险情。如堤基内部的细沙粒在渗透压力作用下继续缓慢地在粗颗粒间隙移动，就可能形成贯穿式通道（即穿孔），经日积月累，久而久之得不到制止继而会造成塌陷、跌窝等更为严重的险情。从渗流的破坏机理来看，除管涌破坏外，渗流破坏的另一种形式为流土。其通常也发生在堤防的基础部位，第二章堤防工程安全综合评价体系结构研究一般是指在渗透力作用下，土体中的某一颗粒群同时起动而流失的现象。这种破坏形式在粘性土和无粘性土中均可以发生。虽然发生流土破坏的土体，其中的土颗粒之间都是相互紧密结合的，相互之间具有较强的约束力，可以承受较大的水头。但是，流土破坏的危害性却是最大的。因为，一旦发生流土破坏，土体就会整体破坏，流土通道会迅速向上游或横向延伸，一旦抢险不及时或措施不得当，就有造成土体结构破坏，引发溃堤灾难发生的危险。通过综合分析堤防工程渗流破坏的机理可知，堤防工程渗流破坏的内部因素主要与堤基和堤身的材料特性及力学特性有关，如堤基及堤防填筑材料的级配、粘粒含量、干密度、饱和度以及渗透系数等条件有关。这些因素直接决定堤防渗流速度，根据达西定律，渗流系数越大越容易发生渗透变形，由砂土、砂壤土等渗透系数较大的材料构筑的堤防较粘土、壤土构筑的堤防容易发生渗透变形，强透水性堤基较弱水性堤基易发生渗透变形和渗流破坏。此外，堤身断面形式、土层结构和性质、堤身裂缝、人为空洞和生物洞穴、堤基多种隐患以及洪水期间，波浪对堤防临河侧面强烈的冲击作用，对堤基产生的淘刷作用等都是堤防发生渗透破坏的原因。失稳破坏也是堤防工程常见的破坏方式，根据其表现形式可分为滑坡、崩岸等。对于滑坡，不论是堤脚空虚或是堤基松软而产生的大块土体移动总是先发生一些局部破坏，如环状的裂缝、局部沉陷或隆起等。滑坡产生的机理是多种因素共同作用的结果。岸坡结构是滑坡形成的内部因素。结构松散有软弱夹层，或者松散堆积斜坡的土石界面在饱水时出现泥化等情况均会导致岸坡滑动。暴雨是导致堤防滑坡的重要因素。持续暴雨使堤防近坡面部分土体负孔压消失，成为滑坡的触发因素。根据现代土力学知识，堤防内部相当范围的土体处于充分饱和状态，但靠近坡面ｌｍ左右范围为非饱和区，这部分土体内存在负孔隙水压力。土坡往往在这部分负压的帮助下暂时保持稳定，一旦雨水渗入，使这部分土体的负压消失，即发生滑坡。崩塌破坏通常发生于枯水期，此时水位降落，岸坡内未消散的孔隙水压力形成触发崩滑的渗透力。由于河道堤防工程多山河岸天然沉积粉细砂和壤土组成，因此，此类正常固结土的容重低、压缩性大、渗透系数小，不排水抗剪强度通常低于０．０４ＭＰａ，一旦水位降落，坡外水压力消失，土体极易失稳。其次，当水流淘刷坡脚，往往也会导致上部边坡崩“４塑塑查兰堡主堂焦堡兰——滑。从目前水下地形探测资料分析，堤防工程靠近岸坡的河床边坡在１：１至１：４之间，大部分坡脚地形并不很陡，但这部分岸坡长期处于水下，以粉细砂为主的天然沉积物强度指标极低，基本上没有抗滑阻力，抗冲刷能力也极低。在迎流顶冲部位和水位浮动区，当水流不断地冲蚀淘空坡脚时，岸坡极易失稳，造成上部崩塌。波浪动水压力一般也可能是堤防崩岸的原因之一。崩岸常发生于弯道水流顶冲段，其主要由于堤岸长期承受波浪作用，导致堤内部分士体受拉引起。综合考察，影响岸坡稳定的主要内部因素为岸坡条件，即：土体的组成、土体的物理力学性质、渗透特性等因素。高水位作用和降雨影响是岸坡稳定的主要外部因素。高水位和降雨均会引起地下水位升高，堤防被地下水长期浸泡后，土质会饱和，呈软塑性，抗剪强度降低。常常引起岸坡失稳破坏。此外，堤线的布置、堤防断面的形式、堤防存在的堤身裂缝、生物洞穴和人为空洞等隐患都对堤防的岸坡稳定有一定的影响。从上述渗流破坏和失稳破坏的机理分析可以看出。无论何种破坏方式，水荷载都是堤防工程最基本的荷载，是影响堤防工程安全最重要的外部因素。洪水的作用会影响到堤基和堤身的渗流安全，同时，堤身的土体在长时间的洪水浸泡后出现软化，也会影响堤防工程的稳定性。在汛期高水位的作用下，堤基和堤身均会出现渗流，这是产生渗流破坏的动力，是堤防发生渗流破坏的主要外部因素。另一方面，枯水期水位骤降，又往往是引发堤防失稳的主导因素。高水位对堤防工程安全的影响既体现在外部冲刷上，也改变了堤防内部土体的性质，归纳而言，其对堤防工程的作用主要体现在以下几个方面：一是在高洪水位的渗流作用下，堤防土体内部一点一粒的流失破坏而逐步扩大穿通，最终造成塌陷而溃决，如管涌与渗漏等：二是高洪水位的水冲刷堤防土体外部，造成大块土体的洗刷剥离破坏，逐步扩大加深，最终形成倒口而溃决，如风浪冲刷与漫溢洗刷等：三是高洪水位的渗透水长时间的饱和浸泡，导致局部土体承载力降低（抗拉抗剪力减小），此时外部稍加干扰，就可能造成大块土体被拉裂或脱坡，由微裂到宽裂，由小移到大离，最终也会失去整体稳定造成倒塌而溃决，如裂缝与滑坡险情等：四是高洪水位的渗流作用在紧挨穿堤建筑物的土体上，由开始的渗流推动细小颗粒逐步扩大到水流冲刷交界面上的土体，晟终造一ｌＳ—第二章堤防工程安全综合评价体系结构研究成塌陷而溃决，此种接触冲刷险情归属于从堤防土体内部破坏这一类；还有一种是建筑物自身遭到破坏，如闸门损坏、涵管断裂、挡土墙破裂倒塌等不能挡水，从而高水位作用在建筑物的外部上，可能引起一系列的破坏，此种冲刷破坏归属于从外部破坏的一类。而在枯水期，坡外水压力消失，岸坡内孔隙水压力一时未能消散，内外水压力差形成触发堤防崩滑的渗透力，造成土体极易失稳。因此，水压荷载对堤防工程的影响比较复杂，即要考虑持续高水位的影响，同时还得兼顾水位骤升骤降的影响。同时还应该看到，堤防工程在经历过多次险情后，进行了不同程度的加固，堤防的抗风险能力会相应的加强。由此可见，影响堤防工程安全的因素十分复杂，并且相互交错，相互影响，不同类型的堤防其影响因素也不尽相同。所以对于不同的堤段应分别分析，按照建立堤防工程安全综合评价体系的原则，确定出适合各堤段的安全影响因素指标体系。２．３堤防工程安全综合评价体系结构堤防工程安全性影响因素众多，它们之间有时相互作用、相互联系，因此为了实现堤防工程安全评价的定量化、模型化，就必须根据堤防工程安全性概念的层次化和动态化等特点，采用定性和定量指标对它们进行描述。这种定性和定量指标按照堤防工程安全性评价的逻辑作用关系进行组合，即构成了堤防工程安全评价的指标体系。确定评价指标体系是堤防工程安全性评价的一项重要内容之一。２．３．１建立堤防工程安全综合评价指标体系的原则根据堤防工程的特点，在借鉴其它领域相关研究成果的基础上【７９埘】，提出建立堤防工程安全性综合评价指标体系时应该遵循的以下原则：（１）目的性原则堤防工程安全性评价指标体系应围绕堤防工程安全评价这一目标，并由代表堤防工程各组成部分的典型指标而构成，同时还应与堤防工程安全性的层次性、动态性联系在一起，多方位、多角度地反映堤防工程的安全状况。一１６一塑塑盔堂堡主兰堡堡奎一——（２）相对完备·陛原则评价指标体系必须能相对全面和完整地反映堤防工程各方面的特征及重要的影响因素。（３）科学性原则评价指标体系必须概念明确，具有一定的科学内涵，其设计要反映堤防工程的实际情况，反映影响堤防工程安全性的主要因素。（４）可行性与实用性原则指标体系的设置要具有可操作性，所建立的指标应能方便地采集数据与收集资料，指标项目不能太少，否则难以反映堤防工程的全貌。但指标的内容不应该面面俱到，避免过于庞杂和冗长。（５）时效性原则指标体系不仅要能够反映一定时期堤防工程的实际情况，而且还要能够同步反映堤防工程某些条件的变化情况。因此，安全性评价的指标体系又可以分为静态性指标（土质、历史资料等）和动态指标（水位、河势变化等）。（６）定性与定量相结合的原则影响堤防工程安全性的因素中，有些是可以量化的，有些只能定性描述。因此，指标体系的设计应当满足定性和定量相结合的原则。２．３．２堤防工程安全综合评价结构体系的建立堤防工程安全综合评价指标体系结构按照以下方法建立：（１）经过上述堤防工程安全影响因素分析可知，危及堤防工程安全的既有内部因素，也有外部因素。从堤防的结构来看，堤防工程分为堤身和堤基两部分。对堤防工程的安全评价可分为多个评价指标进行分析。例如，堤身和堤基的安全评价就有土的级配、饱和度、干密度、粘粒含量等指标；外部荷载也有水荷载（水位值、水位降落值等）、降雨强度、河势变化等指标。所以建立堤防工程的安全评价体系结构即建立一个多层次、动态变化的网络体系结构。（２）对各层指标作评价时，还需要一个“评价集”与之对应。将各层评价指标按流程排列，就得到了一个最顶层为最终评价目标、中间层为各评价信息层、最下层为评价集的多层递阶的层次结构综合评价体系。此体系中除“评价集”外，每两个相邻上下层之间都具有关联隶属关系，每一级都是其上一级的苎三皇墨堕三堡窒全鳖鱼塑堕堡墨丝塑翌壅一评价信息源，也是其上一级的一个评价分目标，而对每一级的评价又都是对其下一级评价结果的综合。如此逐级递归综合评价后，最终就可以得到堤防工程安全评价结果。２．３．３堤防工程安全综合评价集的设计堤防工程安全评价指标是堤防安全评价的基石，要对堤防工程的安全状况进行评价必须对所拟定的评价指标特性的“优”、“劣”状况做出评价。但是，评价指标的“优”、“劣”是十分抽象的具有模糊特性的概念，难以具体操作，因此需要对评价指标特性的“优”、“劣”做出能进行定量描述的处理，也就是说必须将评价指标特性划分为若干个可度量的评价等级，并对每个等级加以说明，即构造一个堤防工程安全影响指标评价等级的集合，并对集合中的每个元素加以定义。由于目前我国对于堤防工程的安全评价缺乏研究，尚未制定堤防工程的安全等级和评价标准。因此，堤防工程安全评价评语集的选择主要是参照我国大坝安全评价的习惯，依据可靠度概念和堤防设计规范，结合堤防工程的实际情况而确定。设评语集的集合为Ｖ，依据原能源部１９８８年８月颁布的《水电站大坝安全检查实施细则》，大坝安全评价通常分为正常坝、病坝、险坝三级，即ｗ［ｖｌ，Ｖ２，Ｖ３】＿【安全，不安全，很不安全］【８２１。大坝安全评价的另一种分法为五级划分法，该方法将大坝安全评价分为正常、基本正常、轻度异常、重度异常、恶性异常等五级，即Ｖ＝Ⅳｌ，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５】．【安全，基本安全，轻度不安全，不安全，很不安全】。但是，在首轮大坝安全定期检查中发现，许多正常坝也存在着某些不利于大坝安全的因素，依据规范的三级评价法，正常坝的范围很宽，通常涵盖了正常、基本正常甚至轻度异常这三种情况，而五级法中的基本正常和轻度异常两种情况的区分模糊，不容易掌握，所以又有学者参照医学上对健康的划分将大坝的安全等级划分为健康、亚健康、病变、病危等四级，即Ｖ＝ＩＶｌ，Ｖ２ｔＶ３，ｖ４】＝［健康，亚健康，病变，病危】。考虑到堤防工程的特点，采用五级分法，很难对各评价指标加以定义和区一１９一塑塑查兰堡主堂垡丝苎一——分，故本文将堤防工程的安全性分为以下四个等级：安全、较安全、不安全和很不安全，各等级对应的安全性综合评价值及涵义如表２．１。上述四个等级的确定主要依据各因素的最佳组合（上限）和最不利组合（下限）而确定的。表２．１堤防工程安全等级及其涵义安全等级评价值涵义堤防工程的实际工况和各种功能达到了现行规程、规范、安全【ｏ．弘１．ｏ】标准和设计的要求，只需正常的维修养护即可保证其安全运行。各项监测数据及其变化规律处于正常状态．在设计洪水位较安全【０．７￣ｏ．９）下，按照常规的运行方式和维护条件可以保证堤防工程的安全性。堤防工程的功能和实际工况不能完全满足现行的规程、规不安全【ｏ．５～Ｏ．７）范、标准和设计的要求，可能影响堤防工程的正常使用，在汛期险情数量较多。需要进行安全性调查，确定对策。按现行规程、规范、标准和设计要求，堤防工程存在危及很不安全＜０．５安全的严重缺陷，汛期运行中出现重大险情的数量众多，必须采取除险加固措施。２．４实例分析根据上述分析，结合黄河堤防工程某堤段的实际情况，本着科学性、可比性的原则，有针对性、有重点地选择堤防工程安全评价的影响因素，构建黄河堤防工程的安全综合评价指标体系。２．４．１工程概况黄河下游现有堤防工程总长度为２２９０．８５１ｋｉｎ，其中设防的长度１９６０．２０６ｋｍ，不设防的长度为３３０．６４５ｋｍ，现行河道的两岸临黄堤防工程总长度１３７１．２２７ｋｍ。左岸堤防工程由临黄堤（上、中、下）、贯孟堤、太行堤和河口北堤等四段组成，右岸堤防工程由孟津堤、临黄堤（上、下）和河口南堤等三段组成，东平湖围堤长度为７７．９３０ｋｉｎ（不含河、湖两用堤）。堤身高度一般为８～ｌＯｍ，最高达１４ｍ。堤顶宽１０～１３ｍ，堤基宽约６０ｍ。坡～９第二章堤防工程安全综合评价体系结构研究比降为ｌ：３。近年来，由于善淤、善积，黄河下游河床已经高出大堤背河地面３ｍ～５ｍ，比两岸平原高出更多，成为有名的“地上悬河”。而且，由于近年来来水量减少，断流增加，河道淤积抬高，河槽萎缩，滩槽高差减小，河道更加宽浅游荡，河势极其不稳，险点隐患增多。黄河下游堤防大多坐落在冲积层上，堤身土质复杂。根据现场勘探取样和室内试验成果可知，黄河下游堤防堤身代表土性主要为中粉质壤土、重粉质壤土、粉质粘土：粘粒含量介于１５％～３０％占多数，少数粘粒含量为１０％左右。孔隙率介于Ｏ．４０￣０．５０之间，液限ｃｏ大于２６％，塑性指数Ｉｐ在１０－－２０之间，土的摩擦角除粘性土外均在２０。以上。淤背区代表土性为重粉质砂壤土、重砂壤土、中粉质壤土和轻粉质壤土；多数土样的颗粒级配曲线较陡，分布范围窄，为不良级配土，粘粒含量小于１５％占多数。由于黄河堤防是在民埝基础上经历代加高培厚形成的，解放后，就进行过３次大规模的加高培厚。同时，针对黄河堤防工程的水文地质情况、险情分布和隐患特点，采用了放淤固堤、截渗墙加固等措施，对堤防工程进行了不同程度的加固。经过加高培厚和加固处理，虽然堤防仍然存在堤身土质不良，填筑质量差，堤身裂缝，人为洞穴和生物洞穴，穿堤建筑物等众多隐患，但是堤身和堤基的抗风险能力已相应地有所提高。本章选例的堤段位于黄河下游某堤段，总长约９１．１７２ｋｍ，堤防走向基本为ＮＷ—ＳＥ向，堤顶高程８８．００～７８．５０ｍ，临河地面高程６６．４７“２．３０ｍ，背河地面高程６５．１２，－－．６１．４１ｍ，临背河高差约１．３５－５．１０ｍ。地貌类型属黄河冲积扇平原，受黄河冲淤影响，微地貌发育。堤身材料主要为粘土、壤土、砂粘土和少量粉细砂，堤基为粘土、壤土和砂壤土类薄层粘土透镜体。堤身土的干密度平均约为１．５０９／ｃｍ３，压缩系数差别较大，堤身土的填筑压缩不均匀，物理力学性质差别较大。１９９９年至２０００年进行的堤防隐患探测结果表明，堤段共有隐患２５５处，其中裂缝１７７处，不均匀体７８处，未见明显的动物洞穴。２００１年地质探测结果表明该堤段明显隐患２６处，其中松散体１９处，裂缝７处，堤身隐患较为发育，主要为干裂缝和不均匀松散体。堤段土质不良，填筑不实，存在接头裂缝，不均匀沉降。险工堤段较多，有八大险工和九座引黄涵闸。由于地理位置特殊，历史险情众多，一直为黄河堤防工程防洪的重点堤段。一：２０—塑塑查兰堡主兰壁垦奎２．４．２堤防工程安全评价指标体系的网络结构针对黄河堤防该堤段的特点，在既要兼顾多方面的因素影响，又要突出重点，抓住主要因素的原则下，选择堤身特性（粘粒含量、干密度、土料级配、饱和度、堤顶高程等），堤基特性（粘粒含量、干密度、土料级配、饱和度等），外界荷载（水压荷载、降雨强度、河势变化），保护情况（工程等级、抢险条件），补强加固情况（放淤固堤、截渗墙、帮宽、护坡）和险情统计等指标作为堤防工程安全评价的因素集，以此建立黄河堤防各种破坏形式（漫顶、溃决、冲决及组合型）的安全综合评价指标体系结构如图２．１～图２．４所示。图２，１堤防工程漫决破坏型安全评价指标体系网络结构堤防工程安全综合评价外部条件内部条件用Ｆ，ＩＩ保护情况Ｆ固情况Ｆ水工Ｉ惠位分Ｉ探萎…帮械值布ｊ测固Ｉ情ｌ宽渗墙Ｆ雏堤顶高程ｋ断面形式吒Ｆ。．ＩＦ。。ＩＦ¨工程等级ｋ～一身干密度ｋ抢险务件ｋ一一身粘粒含量ｋ％身土料级配ｈ堤基干密度Ｋ％基粘粒舍量ｎ％基土蚌级配ｎ堤基饱和皮ｋ维堤ｌ况ｆＦ‘】图２．２堤防工程溃决破坏型安全评价指标体系网络结构第二章堤防工程安全综合评价体系结构研究堤防Ｌ程安全综合评价外部条件内部条件用Ｆ固情况Ｆ水位值ｈ萎Ｉ｜罔『＿訇ｌ萋｝霎Ｉ萋Ｉ茎ｌ薰ｌ｜；Ｉ｜｜ｌ萎Ｉ茎帮宽％放淤回堤％护岸情巩ｋ险ｉ分布情况ｋ隐患撮测蛄果％图２．３堤防工程冲决破坏型安全评价指标体系网络结构堤防工程安全综合评价外部条件内部备件用Ｆ统计Ｆ５｜｜加固情况Ｒ水位值‘云帮宽ｃ三截渗墙ｈ水位骤降值‰降雨强度【三河势走向ｈ工程等级‰抢险条件艮堤身干密度ｈ堤顶高程ｃ三堤身粘粒含量‰堤身土料级配ｈ堤身饱和度艮堤身渗透坡降艮堤基干密度ｈ堤基粘粗舍量‰堤基土料级配‘兰堤基饱和度ｈ堤基渗透坡降‘兰险工分布情况ｈ隐患探测结果＆放淤固堤ｈ一护岸情况‘兰一一图２．４堤防工程组合破坏型安全评价指标体系网络结构２．５小结为了对堤防工程的安全状况做出全面、准确的评价，必须建立科学、可行的堤防工程安全综合评价指标体系。本章对建立评价指标体系的相关问题进行了探讨，得出了以下一些主要结论：（１）从堤防工程的特点出发，拟定了建立堤防工程安全综合评价体系的六大基本原则。综合分析了堤防工程的破坏机理和影响堤防工程安全的主要因素，探讨了堤防工程安全综合评价指标体系结构的建立方法。（２）设计了堤防工程安全评价的指标集，并详细定义了评价指标集的具体涵义，将堤防工程的安全性分为了安全、较安全、不安全和很不安全四个等级。（３）针对黄河堤防工程的具体情况和堤防安全评价的特点，建立了黄河堤防工程漫决、溃决、冲决及组合破坏型的安全综合评价指标体系结构。一２２一翌塑查兰堡主兰垡笙苎．．——第三章堤防工程安全综合评价指标的度量及赋权方法３．１概述安全综合评价是指对一个具有特定功能的工作系统中固有的或潜在的危险及其严重程度所进行的分析和评价，并以既定指数、等级或概率值做出定量的表示，最后根据定量值的大小决定所采取的预防或防护措施。由此可见，堤防工程安全评价主要包括以下内容：①分析存在的不安全因素，堤防不安全的极限状态应是堤防决口，包括漫决、冲决和溃决及组合型式等，因此应围绕导致决口的内因和外因分析其不安全因素；②用系统的观点和方法分析各因素对堤防工程安全的影响程度并做出定量表示，即在设定的边界条件下就各不安全因素对整个堤防工程可能造成的危害程度进行分析；③根据确定的标准判定堤防的安全等级，其中判定标准的确定既与堤防保护范围内的人口密度和经济发展水平有关，也与整个社会的承受能力有关；④对不同的安全等级采取相应的措施，包括工程措施与非工程措施，如在非汛期进行除险加固、维修养护，在汛前做好防汛责任制落实、搞好各级洪水下的防洪预案，在汛期抓好“洪水预报、洪水调度、查睑抢险”三个关键环节。从上述可以看出，堤防的安全是相对的、动态的概念，即安全是对一定的洪水量级、特定的工程与非工程保障措施而言的。本文第二章在对影响堤防安全的因素进行深入分析的基础上，拟定了堤防工程安全综合评价的指标体系，并设计了安全评价集。由于，堤防工程安全综合评价体系中各指标的取值范围、度量方法和度量单位各不相同，其中既有定量评价指标，又有定性评价指标，从而导致了同层评价指标之间不具有相互可比性。因此，必须在进行堤防工程安全评价之前将评价指标的初始数据标准化，即将其转化到Ｏ～ｌ之间的无量纲可比较的数值范围内。另外，由于堤防工程安全评价体系是一个多项目、多层次的复杂递阶分析系统，而每层的评价指标在安全评价体系中的地位、作用不同，从而使得它们对整个堤防工程安全评价结果的贡献也就不同。如果仅将各层的指标评价结果第三章堤防工程安全综台评价指标的度量及赋权方法进行简单的综合，并以此来代表堤防工程的安全状况，则有可能得出失真的结论。因此，应采用适当的方法，分别确定同一层次中各指标在堤防工程安全综合评价体系结构中对于上层评价指标的“相对重要性”，即权重，然后将各元素的权重与其评价结果综合考虑，才能得出其上层指标合理的评价结果，如此逐步综合直至得到待求的堤防安全综合评价结果。本章主要就堤防工程安全综合评价中的指标度量及赋权方法等相关问题进行探讨。３．２安全综合评价指标度量方法为了使堤防安全综合评价结构体系中基层指标的评价能够反映实际测值，同时使堤防安全综合评价结果具有明确的含义，本文第二章在设计了堤防工程安全综合评价集的基础上，阐明了堤防安全各等级的评价值范围及其涵义，初步建立了“堤防安全评价值”的概念。“安全评价值”既是各底层指标安全状况的真实反映，同时也是上层指标安全综合评价的信息来源。基层指标“安全评价值”中“安全”的定义为：堤基、堤身的渗流状态、材料特性等符合安全要求；水荷载、降雨强度的作用尚未超出堤防防洪标准及历史最值；非工程防护措施到位；工程防护措施，如堤防加固等明显改善了堤防安全性态，符合堤防防护要求。中上层指标也以“安全评价值”作为评价指标值，如堤身、堤基的结构性态评价值，堤防的保护情况评价值，加固措施评价值等。这些元素的安全评价值是由基层指标的安全评价值经逐层综合而得到的，它们的评价值的定义与基层元素的评价值的定义相对应，但其涉及的范围包括了直接和间接所属的各个下层指标的范围。基层指标安全评价值取为模糊隶属函数值，中上层指标的评价值取为级别隶属评价值。“安全评价值”一般位于ｏ～１之间，同时规定数值越大，表示对堤防安全越有利。虽然根据已经建立的体系结构，采用一定的评价方法就可以对堤防工程的安全性进行评价。但是，由于各指标特点互不相同，既有定性指标又有定量指标，而且定量指标的量纲也千差万别，所以在评价之前，还必须按照一定的标准，采用一定的方法，将难以相互比较的评价指标原始资料转换为可相互比较、可公度的数值，即确定合理的度量方法。下面将分别对各评价指一２４—河海大学硕士学位论文标的度量方法进行研究。３．２．１中间指标安全评价值的确定堤防工程安全综合评价体系结构中位于中间层的元素具有双重身份，它们一方面是上一层元素的评价指标，另一方面也是下一层元素的研究对象。经过对它们下一层指标的综合评价，判断出它们的安全等级，同时也得出一个对应的初始数据，即安全评价值。例如，堤身特性可以通过对堤身粘粒含量、干密度、土料级配等指标的综合评价得出其安全等级，同时得到相应的安全评价值。设中间某层指标为ＦＩ，其下层指标评价值分别为Ｆ１ｌ，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４，……，ＦＩ。，对应的权重为∞，口２，％，口４，……，口。，则Ｆｌ的安全评价值为：ｎＦ１２（ｑ×Ｅｌ＋％×曩２＋……＋％×Ｅ。）２∑（ｑ×巧．）（３—１）ｉ＝ｌ３．２．２基础指标安全评价值的建立基础指标即评价体系中不能再进一步分解的指标，根据指标值的特点可以分为定量指标和定性指标。３．２．２．１定量评价指标无量纲方法研究堤防工程安全评价指标体系中的定量指标是指可以用具体数值度量的指标。由于定量指标的度量单位（即量纲）和取值范围不尽相同，不具有可比性，因此，在知道评价指标的实际值后，需要利用一定的度量方法消除指标问度量单位和取值范围的差异，将实际测值转化为０～１之间的指标评价值，即对指标进行无量纲化处理。无量纲化是通过数学变换来消除指标量纲影响的方法，是多指标综合评价中必不可少的一个步骤。从本质上讲，指标的无量纲化过程也是求隶属度的过程。由于指标隶属度的无量纲化方法多种多样，因此有必要根据各个指标本身的性质确定其隶属度函数的公式。为简单起见，可以选择直线型无量纲化方法解决指标的可综合性问题。ｙｙ１１Ｊｍｈ‘－，Ｘ‰。ｈ“ｘ正指标逆指标图３．１直线型隶属度函数①对于正指标，即指标值越大越好的指标ｌｘ≥ｘ。酞Ｙ：兰二兰！ｉ：＝————ｉ２Ｌ＝—！二二二兰堕Ｌ—ｘ。ｉ。＜ｘ＜ｘ。越（３．２）Ｘｍ“一工ｍｉｎＸｍｘ—Ｘ一０ｘ≤ｘ。。②对于逆指标，即指标越小越好的指标ｙ：』ｄ：１ｘ≤ｘｍ佃—！叠！苎＿．二—兰一ｘ。ｉ。＜ｚ＜ｘ…（３．３）Ｘｍ“一ＸｍｈＸｍ蹦一Ｘ咖ｎ０ｘ≥ｘ。。上述两种无量纲化方法仅仅针对单边指标而言，有些指标为双边指标，即指标数值大了对堤防安全不利，数值小了也不利于堤防安全，一般认为双边指标的指标值居于某区间是较安全的。③区间型指标’一ｋ（ｘ—Ｘｍｉｎ＋Ｘｍａｘ）。Ｙ２ｅ２（３—４）式中：Ｙ是指标的评价值，Ｘ是有量纲指标的实际值，ｘ。为有量纲指标的最大值，ｘ。为有量纲指标的最小值。由上述公式可知，要计算指标的评价值，除了需要确定指标的实际值外，还必须确定指标有量纲的优劣上下限，亦即各指标的最大值ｚ。。和最小值ｘ。护根据对堤防工程安全性指标历史情况的调查，拟定堤防工程安全性评价指标体系中指标的最大值，得到各指标的上下限后，便可以利用公式计算指标的评价值。塑塞查堂堡主兰垡堡苎一——３．２．２．２定性指标量化方法研究一专家区间打分法对于定性指标安全评价值的确定，首先必须将定性指标量化。但是定性指标一般难于用确切的数值或数学方程来表示，大多只能对其特性作模糊的描述。对定性指标的分析一般有以下两种方式：一是自始至终均只用定性描述，最终的结果也只作定性的判断，这是一种纯粹的定性分析的方法；二是采用数量化方法将定性分析转化为定量分析。由于定性指标具有模糊性和非定量化的特点，很难用精确的数学值来表示，只能采用模糊数学的方法对模糊信息进行量化处理，即利用模糊数学中的隶属度，参照安全综合评价集各等级的具体涵义，建立评价指标与评价集之间的映射关系。专家打分法以其操作简单，适用性强等特点，在工程界许多定性问题的处理中得到了广泛的应用。其具体操作步骤为：请ｎ位专家对给定的一组指标ｕｌ，ｕ２，…，Ｕ。（ｍ个因素）分别给出评价值Ａｊ（Ｕ０（ｉ＝１，２，¨·，ｍ，，＝１，２，．·，以），则因素ｕｉ的评价值，ｆ一般通过对月位专家的评分进行综合而得到。目前常用的综合方法有：①完全平均法，即不考虑专家在认识上的差异，直接将所有专家的评分进行平均，即，』＝圭∑４（ｕ）：②中间平均法，即当专家评分之间出现较大分歧时，舍弃两头取中间进行平均的方法，如中间选择了ｍ个专家，则‘３去善爿，（ｕ，）ｉ③加权平均法，即考虑认识水平越高的专家（或者说是越有权威的专家）对指标的评分应该越接近实际，因而他们对定性指标Ｖ的评分在最终专家评分中所占的比重也应该越大，即采用加权平均法，并对权威专家赋予较大的权系数，即设专家的权重分别为口。，口：，…，口∥一口。，毗＝去∑（口，×４（配））。“Ｊ＝ｌ在以上的常用方法中，均要求专家们对定性评价指标给出一个确定的分值。这一要求不便于专家充分发表自己的意见，同时也对专家限制过于苛刻。当专家难于用一个确定的分值来表达自己的意见时，势必影响评价结果的正确性。对专家来说，如果允许专家用一个区间分来表达自己的意见，则比用一个确定分值来表达要容易得多。设Ｈ位专家分别对定性评价指标Ｕ．给出的评分区间为：【口。，ｂ。】（Ｊ；１。２，…，ｎ）并记％２ｍ埘ｉ；ｎ。ａｊｉ，Ｍｉｔ一－－磷屯。一２７—兰三主堡堕三矍室全堡宣堡堕塑堡竺塞墨墨壁壑查些——则对区间［棚。，Ｍ。】中的每个整小数Ｎ，统计Ｎ关于各区间的隶属频数“（Ⅳ），Ⅳ．暴。【ｑ，虬】，再计算总频数至≯，（Ⅳ），然后确定各个Ⅳ的隶属频率：“（Ⅳ）／∑“（Ⅳ）（３—５’计算所有Ⅳ的隶属频率的平均数，即为定性评价指标ｕｉ的最终专家评分值：Ｈ２缸卜膳叫㈨ｓ，专家打分法能够充分利用专家知识，对一个定性问题给出数据判断，利于问题的量化处理，操作简单。如果专家选择合适，专家的经验比较丰富，精度就会提高。但是要想专家运用知识对指标给出合理的量化数值，必须提供给专家相应的资料。就第二章建立的堤防工程安全评价体系而言，对于定性指标如抢险条件、险工分布情况、隐患探测结果以及放淤固堤、护岸情况、帮宽和截渗墙处理等因素的量化分析，可采用专家打分法。首先收集堤防安全的相关资料并汇编成册，如有关的工程及水文地质资料，包括工程的级别、工程的重要性、土的饱和度、环境条件、堤身和堤基等指标、堤身和堤基的地层分布等，抢险的物料和人员储备，堤段历史出险时间、出险类型、出险位置、出险范围、出险程度、出险水位、出险历时、险情成因分析，以及针对历次险情做出的处理，包括放淤固堤加固效果统计、帮宽和截渗墙加固的施工质量验收数据资料等等。并仔细分析各指标对于堤防安全的作用性质即对指标进行正负类别划分，制定相应的专家打分表（如表３．１所示），及时地获取各专家对定性指标的评价值。、＼铲哥表３．１定性指标专家评判表因素＼好较好一般差因素１因素ｍ３．３安全综合评价赋权方法塑童查堂堡主兰堡堕苎——在多指标综合评价中，权重的确定是一个基本步骤。权重值确定得是否合理，直接影响到堤防工程综合评价的效果。因此，科学地确定各指标的权重在多指标综合评价中起着举足轻重的作用。堤防工程安全性指标体系权重的确定涉及到两个方面的内容，即权数的选择和赋权方法的确定。３．３．１权数的选择权数是权衡被评价对象总体中诸因素相对重要性程度的量值。在堤防工程安全评价体系中，各下层指标对其所属上层指标的相对重要性程度是不同的，因此，有必要根据各指标对其上层指标的相对重要性程度分别赋予不同的权数。指标问的相对重要性程度是可以从不同角度加以反映的，包括信息量的多少、独立性的大小、可靠性的高低以及评价者的判断等。与此相对应，从不同方面反映指标相对重要性的权包括信息量权、独立性权、可靠性权和估价权等［８“。信息量权是根据评价指标包括被评价对象分辨信息多少来确定的一种权重，即某项指标在各被评价对象之间的离差越大，则该指标分辨信息越多，其权数就越大；反之，离差越小，信息量就越少，指标权数也就越小。信息量权根据被评价对象之间指标样本差的差异来计算权数，目的是比较不同评价指标间的优劣，可用于处理多方案决策问题或者多个单位之间的评比。但是，由于信息量权无法给出单个评价对象内部各指标相对重要性程度的信息，因而，难以揭示堤防的安全隐患。独立性权是根据指标间的信息重复大小来确定的一种权数，即某指标与指标体系中其它指标信息重复越严重，它在综合评价中的作用越小，其权数也应越小；反之，权数应越大。由于指标之间的重复程度可以通过指标之间的相关系数来表示，因此，独立性权的计算是在已知指标体系相关系数矩阵的基础上进行的。所以，信息量权只适合于处理随机现象。可靠性权是从评价指标数值的可靠性大小来判断其重要性程度而确定的权数，它可以用置信度来表示。如果指标数据的置信度高，则应在评价中多起作用，权数大些；反之，权数小些。可靠性权数仅仅针对指标值的确定性程度，完全不考虑各指标对总体性能指标优劣的影响程度，因而不适合作为堤防工程安全评价指标体系的权数。第三章堤防工程安全综合评价指标的度量及赋权方法估价权数是从评价者的角度认定各指标重要程度而确定的权数。某指标权数的大小，往往取决于所有评价者对该指标的平均估价程度，如评价者中认定该指标的人多，则该指标的权数就较大；反之，就较小。由于估价权数是根据评价者对指标的认识来确定的，所以实用性很广，可以较为准确地反映指标体系中各指标的相对重要性程度。根据堤防工程安全评价问题的性质特点，其权数应该是估价权，即下层指标对其所属的上层指标性能优劣的影响程度。计算指标的权重，就是指各下层指标对其所属上层指标性能优劣影响程度的量化。３．３．２赋权方法由于影响堤防工程安全的因素众多，各因素在堤防安全评价中的地位、作用不等。如果将表征各因素的安全评价（分指数）简单相加，并以此代表整个堤防的安全状况，有可能导致失真的结论。所以，应该分别确定同一层次各因素在堤防安全评价体系中对于上层因子的相对重要性一赋权，然后再将各因素的权重乘以各因素的分指数，其结果才能代表其上一层的综合，如此逐步综合直至对整个堤防安全性态做出评价。确定权重的方法很多，大致可以分为两类：客观赋权法和主观赋权法［８５吨７１。客观赋权法是指依据决策矩阵提供的信息来确定，如主成份分析法、熵值法、多目标优化方差法、相关系数法。主观赋权法是依据各指数的主观重视程度进行赋权的一种方法，如层次分析法、Ｄｅｐｈｉｌ、环比评分法、二项系数法、专家打分法等。前者以监测数据为基础．通过数学处理确定权重，虽然其客观性很强，但是仅仅简单地考虑了各数据之间的联系，而忽视了各因素在堤防结构上的地位和作用，并且其要求的信息量较大，很难收集。后者主要依靠人们的经验和知识确定各因素的相对重要性，虽然在一定程度上反映了实际情况，但是忽视了实测的样本信息，带有很大的主观性和随机性，往往会偏离客观实际。因此，虽然估价权是以评价者的主观判断为依据的，但是如果能够综合考虑客观赋权方法，可以扬长避短，建立适合堤防工程安全评价指标的静、动态权系数优化融合赋权模型。鉴于以上目的，在堤防工程监测、检测资料比较齐全的情况下，可以考虑利用人工神经网络训练各因素的权重再结合层次分析法塑查查兰堡主兰垡笙苎——确定的静态权重，建立堤防工程安全评价指标的融合权重模型；而在监测、检测资料缺乏的情况下，则利用层次分析法建立静态权重模型，虽然其主要依靠人的主观判断，但是也带有一定的客观性，是一种比较有效的权重确定方法。３．３．２．１层次分析（ＡＨＰ）静态赋权模型ＡＨＰ方法是一种将半定性、半定量问题转化为定量计算的方法【８８ｑ蝴。它可以使人们的思维过程层次化，逐层比较多种关联因素，按其优良程度或重要性程度划分为若干等级，并赋以定量值，从而为分析、评价、预测等提供定量依据。ＡＨＰ权重确定方法的基本思路为：首先把问题层次化，根据问题的性质将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互联系、隶属关系，分解为不同的层次组合，从而构成一个多层次的系统结构分析模型，最终将系统分析归结为底层因素相对于上层因素的相对重要性权重的确定。利用层次分析法确定权重关键是确定标度方法和构造判断矩阵，下面就这两个问题分别进行阐述：（１）传统层次分析法权重确定模型①传统标度法构造两两判断矩阵是将人的比较判断进行量化的过程，受人的主观因素影响很大，而判断矩阵又是权重排序的基础，对最终的总排序有决定性的影响。因此，构造判断矩阵是ＡＨＰ方法中非常重要的一步。在构造判断矩阵时，首先要进行两两比较，即反复回答：在某一准则Ｃ下，两个元素Ａｉ和Ａ哪个重要，重要多少，并需要对重要程度赋予一定的数值，这就是比例标度解决的问题。Ｓａａｔｙ最初建议使用１－－９标度，各标度的具体含义见表３．２。表３．２ｌ～９标度的含义标度含义ｌ表示两个元素相比，具有同样重要性３表示两个元素相比，前者比后者稍重要５表示两个元素相比，前者比后者明显重要７表示两个元素相比，前者比后者强烈重要９表示两个元素相比，前者比后者极端重要２，４．６．８表示上述相邻判断的中间值倒数若元素ｉ与ｊ的重要性之比为ａｉｊ，那么元素ｊ与元素ｉ重要性之比为却＝Ｉ／ａ０苎三兰堡堕三堡窒全笪笪矍竺塑堡堕堕篓墨堕壑查鲨——１～９标度法的主要特点是简单明了，即使是缺少专门知识和训练的人也能够进行。但是，在实际应用中，Ｉ～９标度却具有明显的不足之处。例如当Ａｌ稍优于Ａ２时，按１～９标度，其权重比为３：１，即前者的重要程度是后者的３倍。这与评判者的“稍优”的实际想法不尽相符。据调查，人们对于“差不多”、“稍优”、“优”、“甚优”和“极优”的期望值分别为１，１．３０，１．７７，２．４０，３．６３，所以ｌ～９评判标度系统与人们头脑中的实际标度系统并非一致，并且，这种非一致性有可能破坏最后的方案排序优选。后有学者不断提出了９／９～９／１标度法、１０／１０～１８／２标度法、指数标度法等方法【州，上述方法不同程度地改善了原１－９标度方法的不足，各标度法对应的标度值见表３．３。表３．３层次分析法的４种标度法区分１￣９标度法９／９～９／１标度法１０／１¨１８／２标度法指数标度法相同ｌ９／９（１．０００）１０／１０（１．０００）９０（１．０００）稍微大３９仃（１．２８６）１２／８（１．５００）９‘‘”（１．２７７）明显大５９／５（１．８００）１４／６（２．３３３）９‘３”（２．０８０）强烈大７９／３（３．０００）１６／４（４．０００）９‘∞’（４．３２７）极端大９９／１（９．０００）１８，２（９．０００）９‘”’（９．０００）Ｋ９１（１０．Ｋ）（９＋Ｋ），（１１．Ｋ）９‘‘”’通式Ｋ＝ｌ￣９Ｋ＝ｌ～９Ｋ＝１—９Ｋ＝ｌ一９②判断矩阵的构造及其一致性检验根据标度方法的确定，将指标的量化值构成判断矩阵。设上层目标为Ｖ，下层指标为％％、……、■，对Ｖ而言，下层指标的两两判断矩阵一般形式为ＶＶｌＶ２…ｖｎＶｌＶｌＩＶ１２…ＶＩ。矿ｖ２Ｖ２Ｉｖ２２…Ｖ２ｎ…ＶｎＶ。ＩＶ。ｚ…Ｖ。Ｔ，竖塑查堂堡主兰些堡兰一——其中ＶⅡ表示对Ｖ而言，Ｖｉ对Ｖｊ的相对重要性，其值由标度法确定。然后计算判断矩阵每一行元素的乘积Ｍ，，则Ｍ，＝ｒＩ％＝¨。·Ｋ：·－·Ｋ（３·７）１＝１再计算权重ａ。，ａｉ＝Ｍ？“／∑叫“（３—８），仁Ｊ则各影响因素的权重就确定了。为保证计算结果的正确性，需对权重的一致性进行检验。判断矩阵特征值五。的计算式如下：厶。＝∑ｔ（Ｘ％ａｊ）／ｎａ，］一ｔｊ＝ｌ（３－９）判断矩阵的一致性指标Ｃ．Ｉ的计算式为：ｃ·，＝（五。一１）／（ｎ—１）（３—１０）其中１３为判断矩阵介数。根据介数ｎ查表３．４即得相应平均随机一致性指标值尺－，，如果一致性比例系数ｃ．Ｒ（＝（Ｃ．，）／（Ｒ．Ｉ））小于０．１，则认为一致性成立，否则重新构造判断矩阵。表３．４平均随机一致性指标Ｒ·Ｉ取值ｌｎｌ２３４５６７８９１０月，，０．０００．０００．５８Ｏ．９０１．１２１．２４１．３２１．４１１．１５１．４９（２）改进的ＡＨＰ赋权模型一乘积标度法赋权模型无论是１～９标度法，还是９／９－９／１标度法、１０／１０，，－１８／２标度法及指数标度法，其共同特点都是在进行两两比较时，先划分若干比较级别，如表３．３中的“相同”、“稍微大”、“明显大”、“强烈大”、“极端大”等，然后再根据比较对象的具体情况进行套用。这样做的好处是使权重的确定规范化，不足之处在于分类过于苛刻，限制过于死板。乘积标度法是一种较为灵活的权重标度方法。其主要基于以下考虑：①在堤防工程安全综合评价中，需要确定的权重是各指标之间的相对重要性。在这些指标的两两比较中，一般不存在“强烈大”和“极端大”的情况，出现“明显大”的情况也不多，而比较多的情况是在“稍微大”附近变化。这是因为如果指标Ａ比指标曰对目标的影响程度“强烈大”或“极端大”。那么指标Ｂ的设星三皇堡堕三堡室全簦鱼塑竺塑堑塑鏖墨墨竖垫查鲨——置在堤防安全评价中的意义就极小，完全可以取消其设置。事实上，这样的指标Ｂ在堤防工程安全评价指标体系的构建中已被淘汰。②在对指标重要性两两比较时，不先划分过多的等级，而只设置两个等级，即指标爿与指标Ｂ的重要性“相同”或“稍微大”，然后以此作为基础递进乘积分析。这样的权重确定方法具有较大的灵活性。在对事物爿和事物Ｂ进行两两比较时，对“相同”和“稍微大”一般有如下数量上的大体概念，即：认为“相同”是指允许事物爿和事物Ｂ之间存在微小的差别（绝对的“相同”是不存在的），通常在做工程计算时允许误差为１０％，因此可以认为权重≈１：（Ｏ．９～１．１），可取标准值国。：珊８＝１：１；认为“稍微大”是指事物Ａ和事物Ｂ之间存在的差别不应大于１．５，即认为权重甜。：∞。。（１．１～１．５）：１。从表３．３所示的各标度方法来看，“相同”的标度均取为１，“稍微大”的标度分别为３、１．２８６、１．５００、１．２７７。除１～９标度法关于“稍微大”的标度值较大外，其余３种标度方法关于“稍微大”的标度值比较接近，且均在１．１—１．５之间。为此，乘积标度法对“稍微大”的标度值取后３种标度法的平均值，即为１．３５４。综上所述，确定指标权重的乘积标度法基本步骤为：ａ）根据经验或实测资料，对ｍ个指标定性地进行重要性排序。ｂ）对指标进行两两比较，确定指标爿与指标Ｂ之间的重要性差异属于“相同”还是“稍微大”。当Ａ与Ｂ之间的重要性“相同”时，取权重为（Ｏ．５，Ｏ．５）：当Ａ的重要性比Ｂ的重要性“稍微大”时，取权重为（０．５８，０．４２）。ｃ）当指标Ａ与指标Ｂ之间的重要性用“稍微大”还不足以反映时，可以用多个“稍微大”来反映。如当认为Ａ与Ｂ之间的重要性差异比“稍微大”还要“稍微大”时，可取∞。：国。＝（１．３５４×１．３５４）：１＝１．８３３：ｌ，则权重为（Ｏ．６５，０．３５）余此类推。Ⅲｄ）将同层ｍ个指标两两比较的结果进行综合，并满足归一化条件，即ｙｑ＝１，百最终得到下一层各指标对相邻上层研究对象的层次单排序权重。３３．２．２可拓层次（ＥＡＨＰ）静态赋权模型层次分析法（ＡＨＰ）一个很重要的问题常常被忽视：在构造判断矩阵时，按照塑堂查兰堡主兰些堡苎．．——一定的标度方法指定某标度值时，没有考虑到人为判断的模糊性。即在因素两两比较重要性赋值时，只考虑人判断的两种极端情况，即以隶属度１选择某个标度值，同时又以隶属度１否定（或以隶属度０否定）其他标度值。在实际判断中，人的判断往往是在一个范围内，例如，甲乙两个方案相比时，经常认为甲方案比乙方案重要程度在４．５～５．５之间，这更接近实际。而把本来就是模糊的量明显化，或者变成无一点弹性的硬指标（例如…５’）则不尽合理。在ＡＨＰ应用中，另外一个棘手的问题是在构造判断矩阵时，要进行一致性检验。当判断矩阵不具有一致性时，若将其排序权向量的计算结果作为决策依据，就失去了理论基础，即无法将方案的重要程度进行应用。因此，判断矩阵是否能具有满意的一致性结果直接影响到由该判断矩阵得到的排序向量是否能真实地反映各指标之间的客观排序。可拓学的理论支柱是物元理论和可拓集合理论，其逻辑细胞则是物元［９１～９２］。可拓集合和物元概念能根据事物关于特征的量值来判断事物属于某集合的程度（即评价事物的好坏、方案的优劣），而采用扩展到（一ｏ。，＋ｍ）的关联函数值可以使评价更加精细化、定量化，为从变化的角度进行安全评价提供了一种新的途径。虽然，在相对重要性程度不确定时，有学者尝试使用模糊层次ＦＡＨＰ赋权模型解决ＡＨＰ如何构造判断矩阵的问题【９３制１，但是ＦＡＨＰ法没有考虑判断矩阵的一致性检验，其计算结果作为决策依据尚无可靠的理论基础。本章基于可拓集合的理论和方法，有机地融合各种符合一致性要求的判断矩阵权重向量的确定方法，建立一个先进、实用、便于操作的可拓层次ＥＡＨＰ赋权模型。（１）可拓判断矩阵的构造在建立了堤防工程安全评价的层次结构之后，针对第ｋ一１层的某一个（例如为第ｈ个）因素或准则，将第ｋ层与之有关的全部行．个因素，通过两两比较，利用可拓区间数定量表示它们的相对优劣程度（或重要程度），从而构造一个可拓区间数判断矩阵Ａ。爿。［ａ。ｊ］。。中的元素％＝＜ｄｉ，口；＞是一个可拓区间数，且对Ｖｉ，．，＝“２＇…，”均满足；ｓ口ｉｓ口：ｓ９－ｄ，２÷。为了把可拓判断矩阵中的每一’Ｓ一苎三皇堡堕三翌室全簦鱼堡竺塑堡箜鏖苎墨堕壑查婆个元素定量化，可拓区间数的中值（ｄ：＋Ⅱ：）／２就是ＡＨＰ方法中比较判断所采用的ｒ．Ｊ．＆∞，提出的１～９标度中的整数。可拓判断矩阵一＝［ａｉｊ］…为正互反矩阵，即Ⅱ。＝１，ｄＦ＝口ｉ’＝＜—；，—；＞，ｆ＝１，２，－·－，仇；，＝１，２，…，，ｚＩ（３—１１）口ｄ口目（２）综合可拓判断矩阵及权重向量的计算设ａ：＝＜ａｉ。，口：。＞（ｆ，，＝１，２，¨－，ｎ。；ｆ＝１，２，…，ｎ）为第ｔ个专家给出的可拓区间数，根据公式Ａ：＝二ｏ（口：＋口；＋···＋口；）（３－１２）由上式求得第ｋ层的综合可拓区间数，由此得到第ｋ层全体因素对第ｋ一１层次的第ｈ个因素的综合可拓判断矩阵。对上述第ｋ层综合可拓区间数判断矩阵Ａ＝＜Ａ，Ａ＋＞，求其满足一致性条件的权重向量，具体步骤为：①求Ａ‘，Ａ＋的最大特征值所对应的具有正分量的归一化特征向Ｘ一，ｘ＋：由Ａ一＝Ｍ√Ａ’＝【咀，计算ｋ＝（３．１３）②求出权重向量Ｓ‘＝（ｓ？，ｓ：，…《）７＝＜殷一，袱＋＞（３．１４）（３）层次单排序由文献【９１曲２】可知，如ａ＝＜Ⅱ一，ａ＋＞，ｂ：＜ｂ１，ｂ＋＞为可拓区间数，阢＞６）＝矿ｂ‰ｂ则（３．１５）（＋一一）＋（口＋一’）ａ根据式（３－１５）计算Ｖ（ｓｊ≥ｓ：）（ｆ＿１，２，．．．，Ｈ．；ｉ≠＿，），如果ｖｉ＝１，２，…，”。：ｉ≠Ｊ，Ｖ（ｓ？≥ｓ：）≥０，贝０：聪＝ｌ，露＝Ｖ（ｓ？≥ｓ：），ｉ＝１，２，·－－，一ｔ；ｉ≠，（３－１６）其中，联表示第ｋ层上第ｉ个因素对第ｋ一１层次上的第ｈ个因素的单排序，经归一化后得到磁＝Ｉ磁，惑一一ｐ小ｋｌ。，表示第女层上各因素对第女一ｌ层次上的第ｈ个因素的单排序权重向量。塑塑查兰堡主兰焦丝苎——（４）层次总排序在求出所有劈＝［感，嚎，…，瞪。］７以后，当＾＝１，２，…，心一，时，得到Ｒ×以一，阶矩阵：ｆ硝啦—曦Ｈ胪：（带．瞪，．磋一．）：ｌ硝碴’：’磕一一【噬，磋：…戎。．如果七一ｌ层对总目标的排序权重向量为∥¨＝［畔一．呓一一．，嗡：１］７，那么第七层上全体元素对总目标的合成排序矿‘由下式给出：∥‘＝（彬‘，晖，．．·，呒）２Ｐ‘矽“（３—１７）并且一般地有阡７‘＝尸‘尸卜’．．．Ｐ’∥２（３．１８）式（３．１７）中矽２实际上就是单排序向量。由此可知，在堤防工程安全评价的多层结构体系中，当已求出各下层评价指标对相邻上层研究对象的层次单排序权重以后，可自上而下进行下层评价指标对隔层上层评价指标的重要性排序。逐步进行这种合成权重计算，最后可得到最下层评价指标对总目标的重要性排序（层次总排序）。设自上而下的三层次为Ｐ层、Ｑ层、Ｒ层，Ｑ层有聊个指标，Ｒ层有”个指标，Ｑ，指标对只指标的权重为ｑ业，Ｊ＝１，２，…，ｍ，Ｒ，指标对ＯＪ指标的权重为‘，ｊ＝１，２，…，＂，，＝１，２，…，ｍ，则Ｒ，对只的权重为：味＝＿吼２ｆ二ｊｉｒｋｊｑｉ（ｌ。ｌ，＝１，２一，…，仃），…，仃Ｊ（３‘－。ＩＷ６）ｔＪ逐步进行这种合成权重计算，最终可得所需求的堤防工程安全状况综合评价指标层次总排序权重，记为彬，（ｉ＝１，２，…，ｎ）。３．３．２．３人工神经网络（Ａ１町Ｎ）动态赋权模型人工神经网络是一组输入单元到一组输出单元的高度非线性映射，其中应用最广的是ＢＰ网络邮“１。ＢＰ网络是典型的多层网络，分为输入层、隐含层和输出层，层与层之间采用全互连方式，同一层单元之间不存在相互连接。ＢＰ网络模型是一种有指导训练的模型，它依靠调节层与层之间结点的连接权∞。使网络“记忆”各训练组，每一训练组由输入和输出对（ｘ，Ｙ）组成，执一３７—苎三皇望堕三堡塞垒堡盒堡塑塑塑塑壁量墨塾堡查鲨．——行优化的基本方法是梯度下降法。ＢＰ网络实现了多层网络学习的设想，当给定网络一个输入模式时，它经输入层单元作用函数处理后传给隐含层单元，再经隐含层单元处理后传给输出层单元，由输出层单元处理后产生一个输出模式，这是一个逐层状态更新的过程，称为前向传播。如果输出响应与期望输出模式有误差，满足不了要求，那么就转入误差后传播，将误差值沿连接通路逐层后传并修正各层连接权重。对于给定的一组训练模式，不断用一个个模式训练网络，重复前向传播和误差向后传播过程，当各个训练模式都满足要求时，就认为ＢＰ网络已经学习成功，各个输入因素相应的权重也就确定了。输入层输出层图３．２三层ＢＰ网络结构图将上述ＢＰ神经网络理论应用到堤防工程安全评价中，其计算机实现的基本步骤为：①收集堤防工程各影响因素的初始值及其对应的评价值，组成１０～２０组神经网络训练模式对；②给网络的连接权及阀值赋初始值：③计算隐含层单元的输入和输出值；④计算输出层单元的输入和输出值；⑤计算输出层、隐含层单元的一般误差：⑥调整隐含层至输出层的权值及输出层各单元的阀值；⑦更新学习模式，重新训练网络，直至误差小于某指定值或者学习次数小于某指定值。其计算机实现的流程图如下：河海大学硕士学位论文图３．３ＢＰ神经网络计算流程图３．３．２．４主客观融合权重模型如前所述，确定指标权重的方法多种多样，既有静态赋权法，也有动态赋权法，且各有所长，为了更加合理地给各评价指标赋权，应该对将多种方法确定的权重进行融合。（１）基于最优理论的融合原理假设采用足种方法确定评价指标ｊ的权重，记对评价指标ｉ采用第☆种方法确定的权重为陟乙（．ｉ｝＝１，２，…，Ｋ）。同时，假设融合权重中第七种方法的加权系数为∞。（七＝１，２，…，Ｋ），并且满足归一化约束条件：∑ｑ＝１（３．２０）进一步记评价指标ｆ的融合权重结果为彬，显然彬对群组权重值吸的逼近程度愈近愈好。因此，可取最优化准则为ｍｉＭ，：窆ｑ眈一一哪）２，ｐ≠ｏ（３－２１）兰三兰墨堕三堡塞全堡鱼堡堡塑堡塑壅墨墨壁墼查堡即令盟：０。ａ矿窆２讧把，一赠）ｘｐ形一＝ｏ，ｐ≠ｏ，形≠ｏｊ形’∑ｑ一∑ｑＷ＝０（３－２２）又由归一化约束条件式（３－２０），推出融合权重的模型为：彬＝（喜ｑ睇）品仕：，，其中，ｐ≠０为模型的可调参数。（２）堤防工程安全综合评价融合权重的确定常见的融合权重形式有简单加权算术平均法（ｐ＝１）、简单加权平方和平均法（ｐ＿２）、简单加权平方根平均法（ｐ＝ｌ／２）及简单加权调和平均法（ｐ＝·１）。不同组合方法得到的融合权重值虽有差异，但其差异性往往很小，可以忽略。对于式（３·２０）～式（３—２３）中ｑ（ｋ＝１，２，…，足）值，如果专家未对各权重确定法的重要性进行确定或各方法的重要性难以确定时，可采用等权的方法进行处理。基于上述分析，融合静态赋权方法和动态赋权方法，建立堤防工程安全评价的主客观融合赋权模型。根据式（３．２３），令ｐ＝ｌ，设某因素乘积标度赋权模型计算的权重为簖’，可拓层次分析法计算的权重为砖”，神经网络训练的相应权重为∞尹，则该因素的融合权重为％２口．脚：”＋口：《’＋钙脚尸，其中ｑ、口：、口，分别为乘积标度赋权模型、可拓层次赋权模型和人工神经网络赋权模型的调整系数。现阶段，应用神经网络方法训练权重尚受到一定的限制，例如必须具备大量的样本资料才能保证结果应有的精度，所以其计算结果的可靠性有待在实际应用中进一步论证；可拓层次赋权模型充分考虑了专家表述意见的特性，采用区间打分，并能通过层次总排序求出底层指标相对于总评价结果的权重。所以在保证口．＋口：＋岱，＝ｌ的前提下，可设置口：≥口。≥口，。假如堤防工程的水文、地质等相关资料严重欠缺，则可令％４－ａ：＝１，口：≥口，，口，＝Ｏ，即不考虑河海大学硕士学位论文利用神经网络赋权模型计算的权重。３．４实例分析作为示例，本章以图２．４所示黄河堤防工程某堤段安全综合评价结构体系中的“荷载作用”子系统和“险情统计”子系统为例，分别说明如何利用乘积标度法赋权模型和可拓层次分析赋权模型确定评价指标的权重，以及如何计算融合权重和层次总排序权重。３．４．１“荷载作用”子系统权重确定的乘积标度赋权模型下面以图３．４虚框所示的黄河堤防工程某堤段安全综合评价结构体系中的“荷载作用”子系统为例，利用乘积标度法确定“荷载作用”子系统下的各评价指标的权重。Ｉ外部条件ｌ４荷载作用Ｆ，ＩＩＩ保护情况Ｆ—Ｌ．上．上．上水住降陆雨ｌｌ抢程篓级险水河位值ＦＩＩ骧值Ｆｌｚ势走向Ｆｌ·强条件Ｆ２度Ｆｌ，图３．４简化的一般意义的安全综台评价结构体系图３．４所示的评价体系是一个包含多个子系统的三层安全综合评价系统。第二层指标既为下一层的研究对象，也是上一层的评价指标。要获得对顶层研究对象“外部条件”安全状况的评价结果，必须先确定底层评价指标的“安全评价值”和各层指标的权重，然后再进行综合递归运算。作为示例，下面以“荷载作用”子系统（如图３．４虚线框内所示）为例，用乘积标度赋权模型分别确定评价指标“水位值ＦｌＩ”、“水位骤降值Ｆ１２”、“降雨强度Ｆ１３”、“河势走向Ｆ１４”的权重。（１）各评价指标重要性分析水荷载是堤防工程最基本的荷载，也是影响堤防工程安全最重要的外部因素。洪水作用会危及到堤基和堤身的渗流安全，同时，堤身的土体在长时间的“４墨三兰堡堕三望室全堡鱼堡竺塑堡竺堕量墨壁壑查鲨洪水浸泡后出现软化，其会影响堤防工程的稳定性。目前，人们关于水荷载对一堤防工程的影响机理已经进行了比较充分的研究，水荷载是影响堤防工程安全最关键的因素几乎已成为公认的事实。因此，“水位值ＦｌＩ”是综合评价堤防工程安全性态最重要的指标。持续暴雨会引起地下水位升高，堤防被地下水长期浸泡后，土质会饱和，呈软塑性，抗剪强度降低，常常引起岸坡失稳破坏。持续暴雨使堤防近坡面部分土体负孔压消失，也成为滑坡的触发因素。因此，“降雨强度Ｆ１３”是危及堤防安全比较重要的外部因素之一。枯水期水位骤降，岸坡内未消散的孔隙水压力形成触发崩滑的渗透力，危及堤防工程的安全。特别是河道堤防工程，其多由河岸天然沉积粉细砂和壤土组成，此类正常固结土的容重低、压缩性大、渗透系数小，一旦江水位降落，坡外水压力消失，土体极易失稳。因此，“水位骤降值Ｆ１２”在枯水期对堤防的影响比较显著，是堤防工程安全评价不容忽视的外部条件之一。在堤防的各种破坏方式中，冲决往往是由河势变化造成的。河势变化引起大溜顶冲堤防，抢护不力时便可发展为决口。因此，“河势走向Ｆ１４”也是堤防工程安全评价必须考虑的因素之一，但是由于目前关于河势变化对堤防工程安全的影响机理研究甚少，除冲决破坏之外，其它几种破坏方式受其影响不甚明显，因此，与水荷载等因素相比较而言，“河势走向Ｆ１４”可作为相对次重要的影响因素。（２）乘积标度法赋权模型的权重计算根据上述各评价指标重要性分析可知，“水位值Ｆｌｌ”和“降雨强度Ｆ１３”比较而言，水位值是堤防安全最直观的因素之一，因此“水位值Ｆｌｌ”比“降雨强度Ｆ１３”对堤防工程的安全影响程度大得多些，即：Ｆ１１：Ｆ１３＝１．８３３：１权重为：：（－Ｏｉ：旦！）：（ｏ．３２【—１＋Ｉ．—８３３：—１＋１．—８３３ｕＪＯ）３５Ｊ３２【Ｏ·：．６４７０“降雨强度Ｆ１３”和“水位骤降值Ｆ１２”比较而言，水位骤降～般在枯水期翌塑查堂堡圭兰竺堡兰——对堤防安全的影响程度才有稍微明显的表现，出现机率较持续暴雨少，因此，“降雨强度Ｆ，３”比“水位骤降值Ｆ１２”对堤防安全的影响程度要稍微大些，即：Ｆ１３：Ｆ１２＝１．３５４：１权重为：Ｏｉ３；ｑ２（）５２４．０：５７．ｏ（：）！：一型：！（：．以２（—１＋１—．３５４：—１＋１．—３５４）２【０·。则“水位值Ｆｌｌ”、“降雨强度Ｆ１３”及“水位骤降值Ｆ１２”的标度和权重为：Ｆｎ：Ｆ１３：Ｆ１２＝１．８３３×１．３５４：１．３５４：１＝２．４８２：１．３５４：１∞－－：（－０１３：０）１：２（—２．４８２＋１—．３５４＋１：—２．４８２＋１—．３５４＋１：—２．４８２＋１—．３５４＋１），２．４８２１．３５４１、＝（０．５１３：０．２８０：０．２０７）“水位骤降值Ｆ１２”和“河势走向Ｆ１４”对堤防安全的影响较前两者而言处于次重要的地位，二者对堤防安全影响程度相同，即：Ｆｔ２：Ｆ１４＝１：１则Ｆ…Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４的指标和权重分别为：Ｆｕ：Ｆ１３：Ｆ１２：Ｆ１４＝２．４８２：１．３５４：１：１珊Ｉｌ：彩一国｝２：∞１４２，２．４８２１．３５４１２。４８２＋１．３５４＋１＋ｌ２．４８２＋１．３５４＋１＋１２．４８２＋１。３５４＋１＋１：—２．４８２＋１．３—５４＋１＋１’１、＝（０．４２５３：０．２３２０：０．１７１４：０．１７１４）则按照∑国。，＝１，进行权重尾数调整，上述四个指标层次单排序权重为国¨＝∞１３：脚１２：∞１４＝（Ｏ．４２５：０．２３２：０．１７２：０．１７１）３．４．２“险情统计”子系统权重确定的可拓层次赋权模型下面以图３．５虚框所示的黄河堤防工程某堤段安全综合评价结构体系中的“险情统计”子系统为例，利用可拓层次分析法确定“险情统计”子系统下各评价指标的权重。一４３—兰三兰墨堕三堡室全壁鱼堡竺塑堡竺堕苎墨壁垫查堕——内部雨ｊ厮酉毓堤堤堤堤堤堤险隐护身身堤身基堤堤基基基工患岸截干粘顶土身身干粘土饱渗分探渗密粒高料饱渗密舡料和透布测情墙度含级南透程坡度含级坡情结况Ｆ６４Ｆ，１量Ｆ”配度量配度况Ｆ‘２Ｆ”Ｆ”隆ＦＨＦＭＦ．１隆Ｆ“Ｆ．，Ｆ“秉Ｆ“ＦｊｌＦ５１图３．５简化的一般意义的安全综合评价结构体系利用可拓层次分析赋权模型计算“险情统计”子系统下的各评价指标权重的具体过程如下：现选用Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四位资深决策专家参加评价，其对各项指标进行两两比较打分，得到评价准则的可拓区间数判断矩阵如表３．５表３．５判断矩阵计算结果ＡＲＩＲ２ＢＦｓｔＲ２民Ｉ＜ｌ－１＞＜１．３３．２．６７＞Ｆ５ｌ＜１．１＞＜２．３３．３．６７＞Ｆ５２＜０．３８．ｏ．７５＞＜１．１＞Ｒ２（ｏ．２７．０．４３＞（１．１＞ＣＲｌＲ２ＤＲＩＦ５２Ｒｌ＜１．１＞＜１．６７．２．４５＞Ｒｌ＜１．１＞＜１．６７．２．３３＞Ｒｌ＜０．４ｌ＇０．６０＞＜１．１＞Ｒｌ＜０．２７．０．４１＞＜１．１＞则可拓区间数矩阵为：Ａ＝甚‰引鬈８＞］Ａ一＝『ｌＬｏ．３６１．７５］１ｊｒ：ｆ１Ｌｏ．５７２．７８］１ＪＮｘ。＝［０．６９２，０．３０８］７，工＋＝［Ｏ．６８８，０．３１２］７，ｋ＝０．９５０，ｍ＝１．０４６，从而“险情统计”下的两评价指标Ｆｓｌ、Ｆ５２的权重向量为Ｓ。＝（Ｏ．６６，０．７２），Ｓ：＝（Ｏ．２９，Ｏ．３３）。－－４４—塑童查兰堡主堂垡笙兰——３．４．３“外部条件”子系统各层评价指标融合权重的计算作为示例，下面利用所收集的黄河堤防的工程及水文地质资料，工程监测、检查及隐患探测资料，堤防建设和出险情况的历史资料等来具体说明如何利用乘积标度法赋权模型、可拓层次静态赋权模型及神经网络动态赋权模型确定“外部条件”子系统（如图３．４所示）评价指标的融合权重。根据本文３．３．２．１基于乘积标度法的权重确定模型和３．３．２．２可拓层次赋权方法，结合自编的神经网络权重训练程序，计算出底层指标相对于第二层指标的权重分别为司’，簖’，ｍ≯。考虑到神经网络权重训练的样本集比较少，令各权重调整系数为ｑ＝Ｏ．４２，ａ２＝Ｏ．４８、ａ，＝０．１０，即可得各指标的最终融合权重，计算结果如表３．６所示。表３．６底层指标的融合权重权重ＦｌｌＦ１２Ｆ１３Ｆ１４Ｆ２ｌＦ２Ｉ掣０．４２５０．２３２Ｏ．１７２０．１７ｌ０．５２００．４８０带’０．４３４０．２３８０．１６８０１６００．６１２Ｏ．３８８脚≯０．４５００．２５６０．１８００．２１４０，４２３０．５７７珊口０．４３２０．２３７Ｏ．１７ｌＯ．１７００．５５５０．４４５然后分别利用乘积标度法、可拓层次分析法及神经网络计算出第二层因子相对于第一层因子的权重国：Ｉ），叫”，∞ｊ”，最后两者相结合得因子的权重彬，结果见表３．７。表３．７第二层指标的融台权重权重ＦＩＦ２耐”０．６５０．３５印（２）０５ｌ，０．４９∞ｍＯ．５６０．４４矽０．５６０．４４３．５小结苎三皇墨堕三墨室全堡鱼塑垒塑堡箜壁垦垦壁坚查鲨——本章对堤防工程安全综合评价结构体系中评价指标的度量方法和赋权方法进行了深入研究，得出的主要结论如下：（１）深入研究了评价指标的度量方法。针对定量指标的正负性、双边性等特点，提出了堤防工程安全评价定量指标的无量纲处理方法：并根据定性指标特点，提出了改进的专家打分法，消除了各评价指标在表述方法、取值范围、度量方法和度量单位之间的差异。（２）通过比较已有的权重确定方法，应用可拓学及神经网络理论，建立了堤防工程安全评价的乘积标度法赋权模型、可拓层次分析法赋权模型及神经网络权重训练模型。并根据最优化准则，建立了堤防工程安全评价指标的融合赋权模型。（３）以“外部条件”子系统和“险情统计”子系统为例，探讨了确定评价指标权重的理论和方法，并利用各赋权模型计算了“外部条件”子系统安全评价指标的融合权重。河海大学硕士学位论文第四章堤防工程安全综合评价模型研究４．１概述为了给堤防工程的维护管理及除险加固提供理论依据，许多专家学者对堤防工程的安全评价方法进行了深入研究。有的通过对堤防工程不同安全指标的复核分析，实现堤防工程的安全评价，如分析堤防的渗流情况、边坡情况等；有的学者从经济角度出发对堤防进行评价。”；有的学者从堤防工程失稳的不确定性因素入手，结合蒙特卡罗方法，通过对水位的不确定性、边坡稳定的不确定性以及土质抗渗性的不确定性分析对堤防工程的安全性进行评价研究”１”；还有学者将概率论、工程随机过程和微分方法结合起来，在概率论和微分方程的基础上建立随机的微分方程数学模型，通过对整个堤防以及防洪工程系统的随机影响因素的概率模拟和分析．对堤防工程的安全性进行评价“””１。上述各种方法虽然能够对堤防的安全性进行分析评价，但大多是针对堤防工程的某一个或几个评价指标而言，不能完全代表堤防工程的整体安全情况。从堤防工程安全评价的研究现状可以看出，现阶段堤防安全评价在堤防管理、维护、除险加固中的地位已经比较重要，堤防工程安全评价研究的主要趋势是将已有的资料和专家评定结合起来，将定性定量指标充分融合，建立能够反映堤防整体安全性态的评价模型。本章从堤防工程安全评价的特点出发，在第三章堤防度量方法及赋权方法研究的基础上。利用模糊理论及神经网络建立堤防安全综合评价模型，并结合人工智能技术以及现代计算机软硬件技术，进行了堤防安全综合评价系统的开发研究。４．２堤防工程安全综合评价模型的建立４．２．１神经网络安全评价模型根据第三章堤防工程影响因素分析及其权重确定方法研究可知，在堤防工程各类资料比较齐全的情况下，可以利用人工神经网络训练各影响因素的权重，再结合层次分析法确定的静态权重，建立堤防工程安全综合评价的静动态融合权重。基于神经网络理论和方法的特点，为充分利用神经网络权重训练的计算一４７—兰竖兰墨堕三堡室全箜鱼堡垒堡型婴塞——程序，采用融合权重作为神经网络的固定连接权，对本文第三章所述的神经网络权重训练模型进行前向计算，以实现堤防工程的安全评价。其安全综合评价的实现步骤，只要在神经网络训练动态权重后，计算融合权重，作为神经网络的连接权，再计算输出层的输出值即为堤防工程安全评价的最终值，流程如图４．１所示。开始ｌ输八连接权和阍值Ｉ输入髟响因素评价值Ｉ神经网络分层计算安全评价值ｌ输出堤防安全综合评价值Ｊ结束图４．１ＢＰ神经网络安全评价流程图４．２．２安全模糊评判模型由于堤防工程的安全性受多种因素制约和影响，具有层次性和动态性的特点，因此，堤防工程安全评价指标体系也是多层次的复杂结构体系，并且各下层指标对上层指标的相对重要性程度不尽相同。在堤防工程安全综合评价中，不仅要确定各定量指标的量值，进行无量纲化处理，而且还需确定定性指标的指标值。由于定性指标的确定带有模糊性，以及安全等级之间的界限缺乏精确的标准，因此，在缺乏监测资料，很难找到神经网络训练模式对的情况下，可直接采用层次分析法确定各影响因素的静态权重，再利用模糊综合评判模型对堤防工程的安全状况进行评价。模糊综合评价方法是从多个因素对被评判事物隶属等级状况进行综合性评判的一种方法ｌｌ…】。该方法适用性较强，既可以用于主观指标的综合评判，又可以用于客观指标的评判。由于影响堤防工程安全的因素众多，所以必须建立堤塑塑查堂堕主兰垡堡苎防安全评价的层次体系。结合本文第二章建立的堤防工程安全综合评价体系结构，采用多层次模糊综合评判模型，对堤防工程安全性进行评价。４．２．２．１单层次模糊综合评判设因素集为ｕ＝｛ｕｌ，Ｕ２，…，ｕ。），评语集ｖ－｛ｖｌ，Ｖ２，…，ｖ。）①首先对ｕ中的ｕｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）作单因素评判，考虑因素Ｕｉ对决策评语ｖｊ的隶属度ｒｉ］，这样第ｉ个因素Ｕｉ的单因素评判集为：ｒｉ＝（ｒｉｌ，ｒｉ２，…，ｒｉ．）②根据ｎ个因素的评判集，形成总的判断矩阵Ｒ。Ｒ代表因素论域ｕ到决策论域Ｖ的一个模糊关系，可表示成Ｒ芦（０）。。的Ｈ×ｍ阶矩阵。，１１吒２Ｒ＝，２１ｒ２２‰‰‘ｌ‘２‰③由于因素集ｕ中，各因素Ｕ。（ｉ＝１，２，…，ｎ）在决策中所起的作用不同，所以定义一个权重集∞，并将其称为因素集Ｕ的重要度模糊子集，可表示为：∞＝（∞Ｉ，吐，…，％）其中∞，表示因素ｕｉ在综合评判中的重要性。④当模糊子集６．０和模糊矩阵Ｒ均已知时，即可作模糊变换进行综合评判：‘１ｒ１２…‘ｍ‘¨口＝∞。Ｒ一－－－（６０１，吐，¨－，‰）。‘Ｉ，２２，２。‘Ｉ‘２‘一‘。＝（６１，６２，…，６，）其中：ｂｉ＝Ｖ（ｑ＾０），即取大取小运算。则Ｂ＝（ｂｌ，ｂ２，…．ｂｍ）为决策评语集Ｖ上的等级模糊子集。最后，根据模糊子集Ｂ。由最大隶属度原则确定其类别，即评语ｂ＝ｍａｘ｛ｂｉ｝。其单层次模糊评判结构图如下：圈４．２单层次模糊综合评判结构图一４９一４．２．２．２多层次模糊综合评判苎婴里墨堕三里室全鎏鱼堡垒堡型堡壅——建立多层次模糊综合评判模型，首先按照一定的准则将各因素集划分成若干组子集ｕ．（扣ｌ，２，…，ｔ），针对每一子集，利用单层次评判模型作模糊综合评判Ｂ。＝ｑ。Ｒｉ（ｆ＝ｌ，２一·，≈），由且建立高一层次的综合评判矩阵：且Ｒ＝８２：Ｂｘ设ｕＩ，Ｕ２，·，以的权向量为∞，珊＝（ｑ，ｑ，¨－，魄），且满足∑∞＝１ｆｔｌ则高层次评判模型为：ｑ。ＲＩ曰２∞ｏＲ。∞。ｑ。Ｒ２吨。Ｒ★由此从下向上逐层评判。最终实现对评判体系结构顶层指标的评判。４．２．２＇３堤防工程安全模糊综合评价模型的建立基于以上模糊综合评判原理的概述，根据本文第二章建立的黄河堤防安全综合评价体系结构。建立堤防工程安全的模糊综合评价模型，其基本流程如图４１３所示：ｌ输八每十三纽子因素集枫重矩阵ｌＩ为每个三缎子因素集建立评价矩阵ｌｌ对每个三级子因采集进行评价Ｉｌ建立各二级于因案集评价矩阵ｌｌ辅入各二缎子因素燕权重矩阵ｌ对备＝缎子因素集进行评价ｌｌ按二壤评价结果构造最终评价矩砗Ｉ输入一级子园摩集权重矩阵Ｉ】对堤防安全进行综台评价ｌ｝接堪大隶属度原卿输出安垒评价值图４．３模糊综合评价流程图塑塑查堂婴主兰堡堡兰——４．３堤防工程安全综合评价流程根据上述理论和原理的阐述，考虑堤防各类资料齐全和缺乏两种情况，建立堤防工程安全的神经网络模型和模糊评判模型，对堤防工程的安全性进行评价，为堤防工程的除险加固提供依据。堤防工程安全综合评价流程见图４．４。确定影响因素◇否１ｌ评价指标量化分析Ｉ．层次分析法确定权重ｌ是Ｉ神经同络训练权重Ｉ模期综合评价模Ｉ神经网络安全评价模型Ｉ堤防安全综台评价图４．４堤防工程安全综合评价流程图４．４堤防工程安全综合评价软件在信息软件的开发过程中，往往以软件的几个功能作为软件研制及开发的依据，将软件中的几个功能都作为相应的一个模块来开发，通过这样一种功能划分，可以有效地提高软件的可靠度，降低整个软件的复杂性以及便于软件的维护和升级。４．４．１软件开发环境本软件的开发平台选择Ｗｉｎ２０００，开发工具选择Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ家族中的ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ。ＶｉｓｖａｌＢａｓｉｃ６．０是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司推出的可视化编程语言，可视化编程是一种快捷、标准、高效的程序设计方法，它利用面向对象的编程方式，让程序员通过对象操作设计出与Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统一致的界面。其集应用程序开发、测试、查错等功能于一体，适用于图形界面设计、数据库编程、ＷＥＢ和多媒体开发等，是当前使用较为广泛的开发工具之一。当前ＶＢ的最高正式版本为７．０即为ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ．Ｎｅｔ，ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＯｆｆｉｃｅ（Ｗｏｒｄ、Ｅｘｃｅｌ、ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ及Ａｃｃｅｓｓ）和Ｗｉｎｄｏｗｓ的许多其他应用程序都使用ＶＢ的子集ＶＢＡ—Ｓｌ—第四章堤防工程安全综台评价模型研究（ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃｆｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）：ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃＳｃｒｉｐｔｉｎｇＥｄｉｔｉｏｎ（ＶＢＳｃｒｉｐｔ）是广泛使用的脚本语言，它是ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ语言的另一子集，这样，在学习ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ中得到的经验可应用到所有这些领域中。ＶＢ的数据访问特性允许对包括ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬＳｅｒｖｅｒ和其它企业数据库在内的大部分数据库格式建立数据库和前端应用程序，可以与ＯＤＢＣ、Ｏｒａｃａｌ及Ｓｙｂａｓｅ等ＤＢＭＳ管理数据库实现无缝连接；ＶＢ支持ＡｃｔｉｖｅＸ技术，方便了用户使用其它应用程序提供的功能，例如ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｏｒｄ字处理器，ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ电子数据表及其它Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序，甚至可直接使用ＶＢＰ或ＶＢＥ创建的应用程序和对象；Ｉｎｔｅｒｎｅｔ功能强大，使得用户很容易在应用程序内通过Ｉｎｔｅｍｅｔ或Ｉｎｔｒａｎｅｔ访问文档和应用程序，或者创建Ｉｎｔｅｍｅｔ服务器应用程序。在组织堤防工程安全综合评价相关信息时，采用Ａｃｃｅｓｓ数据库管理系统。作为一种主流的关系型ＤＢＭＳ。Ａｃｃｅｓｓ数据库在信息处理方面为用户提供了强大的功能。其主要提供以下几种类型的应用：个人应用程序、小型商务应用程序、部门级应用程序、公司级应用程序、作为企业级客户／服务器应用程序的前端程序、内部网Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｍｅｔ程序。并且ＡＤＯ技术专门提供了对ＡｃｃｅｓｓＪｅｔ数据库引擎的技术支持，这样可以方便地使用多种不同的数据源。４．４．２软件功能模块简介根据堤防安全综合评价模型的基本原理，本着便于操作、实用可行的原则，编制堤防安全综合评价程序，以系统地管理堤防安全评价基本资料，利用模糊数学及神经网络模型对堤防工程安全状况进行评价，为堤防加固提供数据支持。该系统实现的主要功能如下：４．４．２．１原始数据的录入和管理为实现数据快速高效地管理，本系统提供了和数据库很好的接口（如图４．５），可以从数据库方便的读取数据，并且可以利用手工或者文件录入方式向数据库增添数据。考虑到堤防的实际’隋况随时会发生变化，本软件为用户提供了添加和删除堤防安全评价因素的功能，并且对各因素的作用效果可以根据专家意见或堤防实际运行情况进行适当的调整。河海大学硕士学位论文图４．５数据录入与管理界面图４．４．２．２安全评价因素权重的计算本软件提供了层次分析法和神经网络两种权重计算方法，并根据资料储存情况及用户的意愿，可以调整两种权重计算结果的偏向系数，融合成模糊综合评判所需的权重（如图４．６）。图４．６权重计算界面图４．４．２．３堤防安全综合评价在确定安全评价因素及其权重后，本软件为用户提供了堤防工程安全评价的模糊综合评判模型，可以随时对堤防各堤段的安全状况进行评价，为堤防的除险加固提供数据支持。第四章堤防工程安全综合评价模型研究４．４，２．４友好的联机帮助为方便用户使用，软件提供了比较详尽的系统操作帮助文件。用户可以根据帮助文件很容易地操作本系统，也可以通过阅读帮助文件，了解本系统的功能和操作过程。４．４．２．５完善的系统管理本软件提供了用户管理，根据用户的不同，定义了不同的权限。并为用户数据提供了备份功能，可以随时保存用户所需的各类数据，如图４．７。图４．７用户管理界面图４．５实例分析利用堤防安全综合评价程序，对黄河堤防某堤段的安全状况进行综合分析评价。其具体操作过程如下：４．５．１因素集的构建对各因素进行调查研究，得到堤防工程安全性评价定量指标值，通过专家咨询得到定性指标的调查值。根据黄河堤防工程该堤段的水文地质等相关资料，取各定性定量基础指标的评价值如下：对于定量指标水位值，选取最大值为设计水位９５．８ｍ，最小值为设防水位为９０．Ｏｍ，模拟实际值为９２ｍ；降雨强度最大值选择为２００ｍｍ／ｄ，模拟值为１００ｍｍ／ｄ：由于该堤段呈“二级悬河”，本次河势走向模拟值暂时考虑为河流走向与堤岸的夹角大约为３０度，接近直冲堤岸：工程等级指标参照表４．１进行量化处理，该堤段的工程等级为二等：堤顶高程最大值为设计水位加超高３ｍ，即为９８．８ｍ，最小值为设计水位９５．８ｍ，假设实际值为９６ｍ；堤身粘粒含量（粒径符合要求的粘粒所占百分比，量化标准详见表４＿２）８０％；堤身干密度（平均干密度≥１．５０９／ｃｍ３的土料含量百分比，量化标准详见表４．２）７５％；堤身渗透坡降０．０４（最大值为允许渗透坡降）；堤基干密度６０％（堤基千密度符合要求的土翌墨查兰堡圭兰竺！！苎—一料含量百分比）；堤基粘粒含量７０％（符合要求的粘粒含量百分比）：堤基渗透坡降Ｏ．０６（最大值为允许渗透坡降）。模拟专家调查意见，各定性指标取值为：堤身土料级配为Ｏ．８０：堤身饱和度０．８７；堤基土料级配０．８５；堤基饱和度Ｏ．５７；抢险条件为０．８０；险工分布情况平均值为Ｏ．７８；隐患探测结果为０．８９；放淤固堤为Ｏ．７：护岸情况为０．６；帮宽０．９；截渗墙为Ｏ．５。各指标评价值如表４－３表４．１工程等级安全评价值对照表工程等级ｌ２—０４５评估值０．９～１．０Ｏ．７￣ｏ．９０．５－０．７（０．５表４．２粘粒含量及干密度指标评价对照表粘粒含量指标粘粒含量（％）符台要求的粘粒含量评价值范围≥９０所占百分比（％）９０—＿７５７５００较差＜５０好较好干密度指标差干密度（舻ｒｎ３）符台要求的土料含量评价值范围≥７５所占百分比（％）７５～５０５０－－２５＜２５好较好较差差表４．３各基础指标评价值基础指标评价值基础指标评价值ＦＩｌＦ１２ＦｉｓＦ１４ＦｚＩＦ２２０．８０Ｂ０．９０Ｒ２０．７７Ｂ，０．７３Ｆ］０Ｂ５氏ｌ”。ｌ０．６５５０．６２３０．５００．６６７０．７０Ｏ．８００．８７Ｆ４１Ｆ４２Ｆ４，Ｆ“Ｆ４５Ｒ１Ｆ，２Ｆ６ＩＯ．７０Ｆ６２％０９０Ｆ“０．７Ｓ０．６６０．Ｓ５０．５７０．４００７８０８９０６０Ｏ．５０第四章堤防工程安全综合评价模型研究４．５＿２指标权重的拟定利用融合权重赋权模型，计算各指标的权重，内部条件和外部条件的各因素权重结果如图４．８和４．９所示（专家意见模拟取值）：外部条件０．５２荷我作用０．６５ｌＩ保护情况ｏ．３５水水河工住抢住骧势程险走等值降条０４３值向级件０２４０１７Ｏ．５５Ｏ４Ｓ图４．８外部条件各因素权重计算结果示意图内部条件ｏ，·８·｜生０”Ｉｌ堤基特性ｏ．３５ｌｒｉ匿鬲磊哥ｉ习—丽豕丽ｉ而堤堤堤堤堤堤堤堤隐身身身堤基基基基基工患干粘顶土身身渗干粘土饱渗分探密舡高耕饱布度含程鲺和透坡密粒料南透澳４结Ｏ｝Ｏ量０配度度含级Ｏ．Ｉ：陆配度坡护岸情况Ⅲ截渗墙Ⅲ０Ｏ１６量１：隆果蚓圳到帮宽㈡２Ｏ３４０．３２０３２图４．９内部条件各因素权重计算结果示意图４．５．３最终评价结果计算及分析利用堤防安全综合评价程序，依据堤防安全指标集分类标准，即可以得到堤防安全综合评价结果，该堤段较为安全，各项监测数据及其变化规律处于正常状态。利用该程序进行安全评价的时候，由于有些基础指标值的选取和因素权重的确定带有主观性，影响了评价结果的可靠性。为更加客观的评价堤防工程的河海大学硕士学位论文安全状况．应按照实际情况将堤防工程的水文地质等基本资料入库，以利用神经网络训练堤防工程安全影响因素的权重。４．６小结本章主要就堤防安全综合评价方法及评价系统等相关内容进行了研究，得到的主要结论如下：（１）根据堤防工程安全综合评价的特点。结合第二章的研究成果，提出了堤防工程安全综合评价的人工神经网络模型：并针对现有堤防资料比较欠缺的情况，建立了堤防工程模糊综合评价模型。（２）充分考虑堤防工程相关资料管理水平的发展，有机融合了堤防安全综合评价的神经网络模型和模糊综合评价模型，设计了堤防工程安全综合评价流程。（３）结合人工智能技术以及现代计算机软硬件技术，开发了堤防安全综合评价系统，降低了人为因素在堤防安全评价中的影响，为堤防安全评价提供了一种较客观的分析方法。（４）将上述安全综合评价系统应用到黄河堤防某堤段中，对该堤段的安全性态进行了综合评价。第五章堤防工程安全预报模型研究第五章堤防工程安全预报模型研究５．１概述我国暴雨洪灾频繁，防洪减灾的科技水平亟待进一步提高，尤其在堤防安全的经常性监控和管理方面面临许多新的挑战。长期以来，堤防汛期的安全主要是依靠群众性的抗洪抢险来维护的。当大江大河水位达到警戒水位后，防汛部门一般都是组织大量人力对堤防工程安全实行拉网式检查。由于堤线较长，地层条件沿程变化大，实行拉网式的检查不仅工作条件非常恶劣，工作量巨大，而且只能等险情发展到堤防表面时才能发现，同时还深受人为因素的影响。在汛期江水位猛涨的情况下，适时的监测与分析计算往往很难做到。近年来，随着堤防建设力度的加大，部分堤段的防洪能力得以提高。与此同时，为弥补传统的拉网式检查的不足，争取防汛查险的主动性，为“抢早抢小”提供条件，有必要在堤防重要部位布置相应的自动化监测仪器，对堤防运行性态进行经常性监测（如对堤防重点堤段的临河水情，堤身滑坡、渗漏，穿堤建筑物位移、底板扬压力、土石接合部渗漏，对护岸工程的根石走失、土心坍塌等进行监测），以及时发现和处理堤防的险情隐患，更好地保障堤防工程的安全。在自动化监测的基础上，根据科学的分析，建立堤防工程安全实时评价和预报模型，对堤防的运行性态进行监控，可以及早发现险情，维护堤防的安全。将堤防的自动化监测、安全评价和预报组成一个整体，即可形成堤防安全预警系统。本章主要基于监测资料深入研究了预报模型建立的方法、安全预警系统模式等，并结合人工智能技术以及现代计算机软硬件技术，进行堤防安全监测实时评价软件的开发研制，以实现监测资料的科学管理和堤防设施的实时评价。５．２预报模型建立的方法在堤防工程的代表性堤段设计合理的监测项目，布设相应的监测仪器，可获得大量的监测资料和信息。依据监测信息，要实现对堤防的实时评价，ｉ！ｉｌｉ，须采用一定的资料分析方法，如时间序列、回归模型、灰色系统理论等，建立塑塑查兰堡主竺堡笙苎一——监测资料的预报模型。下面以堤防变形、堤身浸润线为例研究建立各类监测项目预报模型的步骤。５．２．１回归分析预报模型５．２．１．１变形回归模型堤防变形分为竖向变形（垂直沉降）、横河向变形和顺河向变形等三个分量，其中最重要的是竖向变形。类似于土石坝，堤防工程大多是由众多材料组成的散粒体，所以结合堤防实际运行情况，参考文献【４８ｌ可知：影响堤防垂直沉降的主要因素有水压力、时效及温度。因此，堤防沉降量ｄ的回归分析预报模型（即统计模型）主要由水压分量西、时效分量以和温度分量岛组成，即：６＝６Ｈ－ｆ－６ｅ－Ｆ６ｒ（５一、）各个分量的因子选择基本原理详见文献‘４引，这里结合堤防具体情况，取各分量表达式如下：（１）水压分量瓦由工程力学可知，在水压荷载作用下，堤防沉降的水压分量以与堤防迎水侧水深的一次方（日）、二次方（Ｈ２）、三次方（Ⅳ３），前ｆ天的平均水深巨呈线性关系，即水压分量表达式为：酩＝∑％圩。＋艺％Ｅ（５－２）Ｊｚ０ｆｚＩ式中：口１，、口：，一拟合系数：日一观测日堤防的河道水深（河道内水位减去堤防底高程）：ｍｌ一河道水深影响滞后天数，一般为３～７天。（２）时效分量疋产生时效位移的原因很复杂，它综合反映了堤身的徐变、蠕变以及堤基节理裂缝等受压缩产生的不可逆变形，以及堤身裂缝隐患的影响，是衡量堤防运行状况的主要指标。由于各影响因素本身以及效应量和影响因素之间的关系难以定量表示，时效分量的表达式主要参考文献【４ｓＪ，即：以２ｃ。０－ＦＣ：ｌｎＯ（５－３）式中：ｃ．、ｃ：一拟合系数；０一从测点起测日到观测日的累计天数乘以０．０１。一５９—第五章堤防工程安全预报模型研究（３）温度分量正根据工程相关理论可知，温度变化引起的堤防沉降量很小，但是在高寒地区温度变化往往引起土体冻胀，由此引起的沉降量应作考虑。参考文献（４８１，堤防沉降量的温度分量表达式如下：４＝兰ｌ＝ｌ６Ｊｒ＋如Ｉ，１，ｓｉｎ２３ｍ６５＇ｔ＋ｂ：ｔ（５－４）ｃｏｓ２ｊｏ）ｎ／ｔ）式中：６』、ｂ。．、６：．一拟合系数；所：一温度计支数：ｍ，一谐波支数，肌３＝ｌ为年周期，ｍ，－－－－－２为半年周期，……。针对堤防工程．ｍ２、ｍ３取９～１０。ｔ一自观测日至起测日的累计天数。（４）堤防变形回归分析预报模型表达式综上所述，根据堤防工程运行特性，得到堤防工程的沉降量表达式为：占２占＝‰＋‰＋壹。ａｌｉＨ‘＋。％冠＋善６』正＋霎ｃ屯ｓ．丽２ｒｏｔ＋ｂ２，ｃｏｓＨ口２，冠＋∑６』正＋乙（岛，８丽ｉｎ，。，）…）＋６１口＋Ｃ２ｌｎＯ（５－５）式中：口。一常数项；其余符号意义同式（５－２）、式（５－３）和式（５－４）。５．２．１．２浸润线测压管管水位回归分析预报模型根据堤防渗流特性，参考文献㈣可知，堤防浸润线测压管水位主要受河道内水深、降雨入渗以及筑坝材料的渗透时变特性等影响。则堤防浸润线测压管水位的回归分析预报模型为：ｈ＝吃＋吃＋％（５—６）式中：ｈ一测压管水位：九一河道水压分量；ｈｐ一降雨分量；％一时效分量。（１）河道水压分量ｈ。由堤防渗流分析可知，堤防浸润线测压管水位与河道内水深成正比。因此，河道水压分量ｈ。的表达式为：吃＝∑口。，瓦，（５－７）河海大学硕士学位论文式中：口。一河道水压分量回归系数：ｈ．一观测日前第ｉ天的河道内水深：ＩＴｌｌ一河道水位影响滞后天数，一般取３～７天。（２）降雨分量矗。降雨对堤防工程安全的影响主要取决于降雨强度、雨型及土料特性等，同时应考虑到降雨对测压管管水位变化的影响有一个滞后过程。因此，用前期降雨量五作为因子，降雨分量表达式如下：ｈ＝薹４艿（５－８）Ｉ‘Ｊ式中：一一降雨分量的回归系数：五一观测日前ｉ天的降雨量平均值：ｍ２一降雨影响滞后天数，一般取３～７天。（３）时效分量吃堤防淤积和防渗体的防渗效应随时间的变化有一过程，所以测压管管水位的时效分量表达式为：吃＝ｃ，８＋Ｃ２Ｉｎ０（５－９）式中：Ｃ，、ｃ，一时效分量拟合系数。（４）测压管管水位回归分析预报模型综上所述，堤防测压管管水位的回归分析预报模型表达式为：ｈ＝茎吒吃＋善Ｚ万＋ＣｌＯ＋Ｃ：ｌｎ８（５一ｌｏ）式中各系数意义同（５－７）、式（５．８）和式（５．９）。５．２．２灰色系统预测模型由于在实际工程中，堤防的监测数据往往较少，而且是离散的、随机的，所以采用回归分析模型方法可能会导致模型精度不高，预测期较短等问题。灰色系统理论通过将原始数据列经过累加处理，生成有规律的序列以建立灰色模型“““…。其可通过灰数不同的生成方式，数据的不同取舍，不同级别的残差ＧＭ模型来调整和修正，由此提高精度。第五章堤防工程安全预报模型研究５．２．２．１灰色模型（ＧＲＥＹＳＹＳＴＥＭ）基本原理对于原始数据序列（变形、渗流等监测资料序列）ｘ柙’，令：Ｘ”１＝（ｘ‘。’（１），ｘ”’（２）’…，ｘ９’（ｎ））（５－１１）对原始数列作累加处理得：ｘ“’（七）＝主ｘ”’（ｆ）（ｋ＝１，２，·－·，丹）（５．１２）则生成规律性较强的序列：ｘ“’＝（ＸＯ）（１），ｘ”１（２），…，ｘｌｔ＞（以））（５－１３）＝（ｚ”’（１）’Ｘｏｌ（１）＋ｘ”１（２），…，ｘ”’（ｎ－１）＋ｘ”’（栉））（５－１４）根据序列工（１’建立ＧＭ（１，１）模型，其微分方程表达式为：笙＋戤ｍ：“以（５．１５）式中：ａ，ｕ为代求系数，ｒ为时间。根据最小二乘法原理估计灰参数ａ和／．／，再将估计值ａ和“代入上式，即可得ｘ（１’序列的拟合值为：ｉｍ（七＋１）＝（ｘｍ（１）一兰）Ｐ一－＋兰（５．１６）ａｄ最后再将模型计算值进行累减还原，即得数列预测值：量”’（ｆ）＝量“’（ｆ）·ｉ”’０－１）（５－１７）假如原始数据不等时距，则在对原始数据累加生成的时候必须乘以相应的权重，即不同时间段△ｆ。，则式（５－１２）变为：工”’（女）＝主△ｔｚ”’（ｆ）（ｋ＝１，２，…，胆）（５－１８）利用上式的生成数列建立ＧＭ（１，１）模型，在累减还原的时候，式（５－１７）变为：ｉ”’（ｆ）＝（ｉｏ’（ｆ）一量“’（ｆ一１））／Ａｔ，（５－１９）５．２．２．２ＧＭ（Ｉ，１）模型精度检验及模型修正灰色ＧＭ（１，１）模型常用的三种检验方法是：残差检验（平均值或最近一个数据的残差值），关联度检验，后验差检验。残差检验是按点检验；关联度检验是建立的模型与指定函数之间的近似性检验；后验差检验是残差分布统计特性检验。由于监测资料序列一般比较离散，所以采用残差检验模型的精度。一！！童盔兰堡主兰垡堡壅假如模型误差较大，精度不高，则必须对其残差（先不考虑正负符号，取残差绝对值）建立ＧＭ（１，１）模型，然后在原来拟合值的基础上再加上残差模型的拟合值（考虑原始残差符号的差别），即：Ｐ’，（七＋１）＝（ｘ㈣（１）一Ｕ）ｅ一“＋兰＋ＪⅡａ（５．２０）式中：Ｊ为残差模型拟合值。５．３堤防工程安全预警模式随着堤防安全监测技术的发展，在自动化监测的基础上，根据科学的分析对堤防的安全状态进行实时评价和预报，以及早发现险情、维护堤防安全，该方面的研究已得到越来越多学者的关注。将堤防的自动化监测、安全评价和预报进行有机的组合，即形成堤防安全预警系统。系统主要包括量测仪器、自动采集控制器、信息传输设备、安全评价理论模型和系统软件等５个主要部分，下面主要就堤防安全预警系统的有关内容进行探讨研究。（１）系统结构设计自动监测系统的分布形式有集中式、分布式和混合式３种。二十世纪八十年代初期最先发展出集中式数据采集系统，二十世纪八十年代中期开始出现了分布式系统，随后就有融合二者的混合式系统。按照现代自动监控方式，堤防工程安全预警系统结构如图５．１所示。系统分为数据采集站（测控单元，工程水文地质、水雨情信息等）、监控主站和远程信息中心３级。在信息采集、传输、加工、处理和形成各种应用信息的流程中，上述数据采集站、监控主站和远程信息中心分别处于系统的不同层次，承担着不同的任务。以堤防监测断面（或堤段）为测控单元设立的数据采集站处于系统的最底层，是系统的基础，它通过ＰＳＴＮ／ＧＳＭ组成的遥测通信网在流域范围内收集所需的各种监测数据并传送到监控主站；监控主站同时控制多个数据采集站，向各数据采集站发送各传感仪器设置、采集参数、报警参数等指令，并通过电话公网将数据传送到远程信息中心：远程信息中心处于系统的上层，它通过计算机网络和数据库．在系统软件和数据服务等系统的支持下，对数据进行加工、处理和存贮，然后利用各种模型和算法形成各种应用，如日常的统计、分析和运行管理，这些应用（信笙至皇塑堕三堡室全堡塑垫型竺壅——息）通过友好的人机界面，可进行信息发布，以形成初级的堤防安全预警决策支持系统。酗龋卤图５．１堤防安全预警系统结构示意框图及彩象示意图（２）监测项目设置及传感器选择堤防安全监测项目一般包括变形监测（外部变形及内部变形）、渗流监测、结构（涵闸、防渗墙或防洪墙等）应力应变监测、环境监测（包括水位、地下水位、气温、雨量等）等。其中最主要的是水位、土压力和位移监测。对于一个具体的堤防，应该根据该堤防的水文、地质、环境、堤身堤基隐患，选择适当的监测项目，在监测项目和布置上做优化设计。对于不同的监测项目，传感器类型及型号很多，监测方式各异。为使监测有效可靠．应从先进性、环境适应性、长期运行、能实现自动化数据采集等方面，对传感器进行比选。一般而言，可以将国外高精度但价格昂贵的传感器与国内精度稍低但价格较低的传感器搭配使用。（３）数据采集站数据采集站处于堤防安全预警系统的最底层，其主要执行数据自动采集、存储、通信等功能，由自动采集控制器、电源、微波天线（也可采用总线）及通信模块、防雷装置等部件组成。数据采集站监测断面的选择需要根据土质、水文、环境条件及往年险情情况综合确定。由于堤防堤线较长，所以监测断面之间距离一般以百米或千米计。型墨查兰堡圭兰竺堡奎为避免电缆埋设过长，一般宜对每个监测断面设立１个数据采集站，因此数据采集站可以有多个。自动采集控制器应根据堤防监测项Ｅｔ的输出信号类型及通道数要求进行设计。在可能的情况下最好为标准化设置，以便不同类型的传感器都可接入，且不同的数据采集站采用相同的软、硬件。采样时间间隔应允许选择，实现ｌｍｉｎ数据召测，且需考虑报警限值的设立。（４）监控主站监测主站位于堤防安全预警系统的中间层，其主要承担对各个采集站进行管理和控制、发送和接收采集的信号、向远程信息中心（远程办公室或防汛指挥中心）发送数据等功能。监控主站主要由数据查询报表软件、工控微机（包括扫描、打印机等输入输出设备）、微波（或总线电缆）及通信模块、ＧＳＭＭｏｄｅｍ（调制解调器）、电话线路、报警指示灯、防雷装置等部分组成。为了‘便于堤防安全管理和系统维护，监控主站宜设在当地堤防管理机构的办公用房内。（５）通信网络堤防安全预警系统的通信网络主要指在传感仪器、数据采集站、监控主站、远程信息中心之间进行数据和命令传输的电缆、微波、电话网等通信设施。信息传输方式可以根据实际需要和环境条件选择，专用电缆、超短波、微波、电话网络以及地球同步数字卫星等都可以作为信息通讯的手段。本系统中包含有３种通信方式：在传感器与采集器之间是电缆线连接（电缆线以埋在地下较为恰当，要注意防水和防破坏），采集站与监控主站之间用ＧＳＭ短消息信道，而主站信息可以通过公用电话网络ＰＳＴＮ传至任何一个地方，构成跨地区的广域网。安全预警系统采用的ＧＳＭ信息传输信道是基于窄带ＴＤＭＡ（时分多址）制式，允许在一个射频同时进行８组通话的一种电路交换系统。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在９１０～１８１０ＭＨｚ之间的数字移动电话系统，频率为１８１０ＭＨｚ的系统也被美国采纳。ＧＳＭ数字网具有较强的保密性和抗干扰性。并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。（６）安全评价及预警模型兰至兰塑堕三堡室全堡望堡型婴堑在预警系统中，安全评价模型是至关重要的部分。有了安全评价模型，才能根据监测数据评价堤防的安全。而安全评价的可靠性除了依赖于监测数据的准确性，主要取决于评价模型的合理性。因此，在预警系统设计和研制中，一定要建立针对堤防具体条件和运行环境的合理的安全评价模型。根据本章第二节所研究的堤防监测资料分析方法，建立堤防变形、测压管管水位回归分析预报模型及灰色系统预测模型等，以对堤防的安全性态进行实时评价和预警。堤防工程安全实时评价首先涉及到评价准则的确定和安全评价流程的设计。Ｉ、评价准则的确定根据影响堤防工程安全问题的分析，结合上述堤防监测工作现状及相关资料，为了实现对堤防工程安全状况的实时评价，对监测资料异常情况的随时监控，建立如下监测资料评判准则。①极值评判准则由于一般堤防工程年代久远，经历过各种危险工况，因此，可以选择监测量的历史最大值作为监测量的极值。当监测量数值超过该值时，则认为此监测资料数值出现异常或者堤防工程出现险情，需要对堤防工程的安全状况做出重新分析；当监测资料数值未超过该值，则可认为监测资料正常，堤防工程安全状况较好。②监控模型评判准则根据监测资料序列可以建立回归分析预报模型对监测资料进行分析，当监测量在模型计算量的两倍标准差的范围内，即：当ｐ一萝卜２ｓ，则认为测值正常；２ｓ＜ｐ一苫Ｉ＜３ｓ时，需要跟踪２～３次，若无系统变化，则测值基本正常，否则为疑点需作进一步判断。而当ｐ一占『≥３Ｓ时，测值异常，需对监测资料及堤防安全状况作分析判断。占一实测监测量；占一模型计算值：ｓ一标准差③时空分布评判准则这类评判准则又可以分为过程线评判准则和分布图评判准则：◇过程线评判准则：绘制荷载Ｘ与效应量Ｙ的过程线，统计各特征值（如河海大学硕士学位论文年最大值＿ｙ一、年最小值Ｙ。一年变幅Ａｙ和均值夕），通过测值”与特征值、前一次测值，。及相同荷载条件下的前一次测值ｙＪ＿ｌ的对比，判断测值是否正常。夺分布图评判准则：绘制某一横断面或某一纵断面各测值的分布图，通过检查分析各相关测点测值的大小及变化趋势，可判断是否出现测值异常。④时效分量评判准则时效分量的变化规律在一定程度上反映了堤防的工作状态。当时效分量突然增大或急剧变化时，一般是堤防出现异常的征兆。因此，可以通过时效分量来拟定监控指标。对于变形，如果时效分量稳定不变或收敛，则变形正常：如果时效分量发散或时效分量有突变，则为异常，应进一步分析。对于渗流，如果时效分量稳定、收敛或由正变为零，则为正常；反之为异常。ｌＩ、实时评价系统框架及流程里图５．２堤防安全评价系统流程图（７）系统软件兰至兰塑堕三翌室全堡望竖型里塞系统软件实现的主要功能包括：采集、检测、控制、存储、计算处理、安一一一全评价及预测、通信等。①软件开发工具预警系统软件开发选用目前普遍使用的Ｗｉｎｄｏｗｓ２ｋ操作系统的ＰＣ电脑平台作为本软件的开发平台，采用ＭＳ公司的ＶＢ６．０作为开发环境。广泛利用Ｗｉｎｄｏｗｓ下的各种资源，如各种控件、ＯＬＥ对象等，通过这些数据控件、访问对象等对数据库系统进行开发。②实现的功能软件采用模块结构，有数据采集处理和安全评价预警两大模块。实现的主要功能有：夺数据采集处理模块：可设置数据采集站选择菜单（即各典型堤段），绘制和修改监测剖面图形；传感器可以逐个在监测剖面上安装（或撤消）并以填表形式输入编号，类型、型号、量测范围、生产厂家、标定系数（方程）、安装部位以及安装时间；可以随时设置或取消报警限值；采集的数据以传感器编号顺序列表，注明采集时间：以采集值和时间为轴，显示信号的时间变化过程，时间轴可以定义，如秒、分、小时、天：数据库可以随时调出查看、编辑、另行存储。夺安全评价预警模块：设有数据采集站选择菜单：调用数据采集处理模块的数据：有变形、测压管管水位回归分析预报模型及灰色系统预测模型等数据模型：可随时查询预测结果。夺远程信息管理：接收监控主站的参数与数据库，随时了解堤防运行现状；安装与主站相同的安全评价与预警软件，以便能够进行远程的安全评价和预测。５．４黄河堤防某堤段穿堤建筑物监测资料分析５．４．１监测概况根据《水闸安全鉴定规定》（ＳＬ２１４．９８）可知，变形和渗流稳定性是堤防穿堤建筑物一水闸的安全鉴定的主要内容之一。根据变形量和测压管管水位的监测资料进行建模分析，以判断水闸的运行性态是水闸安全鉴定的必要步骤。为塑塞查兰堡主兰垡堡苎——了了解黄河堤防某涵闸的工作性态，在该堤段涵闸的闸门前、底板上和引水洞上布置了测压管、流速仪、测沙及水位观测等测点，各测点布置如图５．３所示。一黄诃图５．３涵闸测点布置图５．４．２垂直沉降监测资料分析该涵闸垂直沉降测点分布在闸前、底板和涵洞上，而资料仅有闸前测点从１９８２年到１９９０年的资料序列，一年一般只测量一次，测值较少，水位、降雨等环境量资料缺乏，难以利用回归分析预报模型对资料序列进行分析。灰色系统预测模型对短序列资料分析具有较好的适应性，能够很好地模拟垂宜沉降的变化规律，所以利用灰色系统模型进行资料分析。基于本章第二节相关内容的研究，对该涵闹垂直沉降资料进行灰色建模分析，并绘制灰色拟合曲线如图５．４～５．９所示。各测点的拟合值见表５．１。墨至皇堡堕三矍室全堡塑堡型堕塞一——¨一／ｌ、／｛’—‘；ｉｊ—、～～／；／ｉ—＼、／ｉ；ｔ／”＼；、、｛｝图５．４垂直沉降测点ｃ１灰色系统实测、拟合及残差图一婶～：７／＼ｌ’、／ｊ，／一焱：—ｋ一～＼ｊ。～，１’＼｛．，，∥—＼、～～７１、，—一一４＼、图５．５垂直沉降测点ｃ２灰色系统实测、拟合及残差图／—＼·‘∥一“ｊ一一一一、一．“。＜？‘—～．／｛１＼—／‘ｉ：７—、、／／？＼＼，，／一１～！、、。图５．６垂直沉酶测点ｃ３灰色系统实测、拟合及残差图图５．７垂直沉降测点ｃ４灰色系统实测、拟合及残差图图５．８垂直沉降测点ｃ６灰色系统实测、拟台及残差图一７０—翌童查堂堡主兰垡堡苎一——图５．９垂直沉降测点ｃ６’灰色系统实测、拟合及残差图表５．１涵闸垂直沉降各测点灰色系统模型误差平均程度统计表（单位：ｒａｍ）＼＼测点系数＼ＣｌＣ２Ｃ３“Ｃ６Ｃ６’Ｓ１．４３１．４７１．４３ｌ，“１．１９１．４７由上表可知，垂直沉降各测点的灰色系统拟合较好，误差平均程度在１．１０ｍｍ～１．５０ｍｍ之间。所以垂直沉降的灰色系统预测结果，可用于该堤段涵闸断面垂直沉降的监控中。５．４．３黄河堤防安全监测实时评价软件开发如前所述，堤防安全监测资料分析方法的研究及安全评价模型的建立是堤防安全监测预警系统的核心内容。为实现堤防安全监测资料的科学管理，协助决策者对堤防的安全性态做出合理的判断，作者针对黄河堤防工程的实际情况，开发了黄河堤防安全监测实时评价系统。本系统的开发旨在对监测资料进行科学的管理、及时捕捉异常测值，发现影响堤防安全的疑点，为堤防的安全管理及除险加固提供数据支持。根据上述目的，本系统主要功能如图５．１０所示：图５．１０堤防安全评价系统功能简介示意图①科学有序的信息管理本系统的工程数据库的功能是对监测资料进行全面科学有序的管理，可以利用手工录入和文件录入方式对数据库的各监测数据进行修改和补充：并考虑兰至兰墨堕三里室全要墨壁型堡壅了实际运行中堤防测点的添加和删除的情况，本系统为用户提供了测点的增减功能，方便了用户对数据信息快速高效的管理和操作ａ一图５．１１监测数据管理功能简介示意图②数据查询及报表生成为方便用户对数据有更好的认识和了解，本系统提供了数据查询和报表生成的功能。用户只须根据需求，选择数据的类型、日期、范围或者数据的异常特征，对数据库的数据进行查询；用户还可以选择考察日期，系统将统计出数据序列的特征值（最大值、最小值和变幅等），并输出到ｅｘｃｅｌ表中（如图５．１２所示）。图５，１２数据查询报表功能简介示意图⑧过程线的实时绘制本系统为监测值及环境量数据提供了丰富的过程线绘制功能。包括单测点和多测点的原始数据、整编数据和回归数据的任意时段的绘制以及环境量数据的组合绘制。用户可以对线条的颜色和粗细进行设定，也可以规定绘制过程线的时段（如图５．１３所示）。塑堂盔兰堡圭堂垡堡兰一——圈５．１３系统图形功能简介示意图④数据的建模分析为了解数据的异常特征，对堤防的安全状况进行评价，更好地保证堤防的安全运行，必须根据数据特征对数据的全序列或者分段序列进行灰色系统建模或者统计建模，并对监测数据进行分析，以方便用户了解堤防的运作状况（如图５．１４所示）。图５．１４系统监测资料模型分析功能示意图５．５小结本章针对布置有滥测系统的重点堤段，对堤防安全监测资料分析评价方法及预警模式设计进行了深入的研究，得出了以下主要结论：（１）依据堤防工程安全监测资料的特点，将回归分析方法及灰色系统理论应用到监测资料分析中，建立了堤防变形、测压管管水位的回归分析预报模型及灰色系统预测模型，以实现堤防工程的安全评价及预测。第五章堤防工程安全预报模型研究（２）在深入研究堤防安全髓测特点的基础上，初步建立了由数据采集站（测控单元）刈矗控主站～远程管理中心组成的堤防安全监测预警模式。并对预警系统中的量测仪器、自动采集控制器、信息传输设备、安全评价理论模型和系统软件等相关内容进行了研究。（３）结合黄河堤防某涵闸垂直沉降监测资料，建立了该涵闸垂直沉降资料的灰色预测模型；根据黄河堤防的特点，开发了黄河堤防安全监测预警系统中的监测资料实时评价软件。塑墨查兰堡圭兰垡笙塞——第六章结语堤防工程的安全不仅直接影响到工程效益的充分发挥，而且威胁到下游人民的生命财产安全，是关系到国计民生的大事。但是，由于影响堤防工程安全的因素众多，国内外目前与堤防工程安全评价有关的研究大多侧重于局部结构和渗透稳定性等方面的理论计算分析，对堤防工程的安全综合评价方面的研究不多，尚未建立堤防工程安全评价体系结构。本文结合黄河堤防实际工程，充分利用计算机现代技术，对堤防工程安全综合评价的理论和方法及安全评价的预警系统进行了深入的研究。６．１主要研究内容（１）通过深入分析堤防工程的水文地质条件、监测、检查及隐患探测结果、堤防建设和出险情况等因素对堤防工程安全的影响程度，提出了堤防工程的安全影响因素集。（２）从堤防工程安全评价的特点出发，提出了建立堤防工程安全评价指标体系的六大原则，并根据规范和常规经验确定了堤防工程安全评价的评语集，依据层次分析法建立了堤防工程安全综合评价的多层次多指标体系结构。（３）在整体考虑堤防工程安全影响因素重要性程度的基础上，探讨了堤防工程安全评价的主观赋权、客观赋权以及优化融合赋权等方法；并基于最优化准则。建立了堤防工程安全评价指标融合权重的确定方法。（４）根据堤防工程的具体条件、运行环境和已建的堤防工程安全综合评价体系结构，应用模糊数学和人工神经网络等理论和方法，建立堤防工程安全综合评价的模糊模型和神经网络模型。（５）根据实用性和先进性要求，利用人工智能技术以及现代计算机软硬件技术，开发了堤防安全综合评价系统。（６）针对布置有监测系统的重点堤段，利用自动监测资料序列，建立了堤防工程变形、测压管管水位的统计模型和灰色系统预测模型，并初步设计了堤第六章结语防工程安全预警系统。６．２展望在对堤防工程安全评价的理论和方法进行分析研究、对堤防安全综合评价系统开发研制及对堤防工程预警系统模式设计的过程中，作者深深体会到堤防工程安全评价涉及的因素众多，是一个相当纷繁复杂的问题，在检测、监测资料信息挖掘、安全评价因素分析方面尚需进一步研究。充分利用数学领域的最新研究成果以及计算机先进技术对堤防工程安全性态进行评价则是今后堤防工程安全评价的主要发展方向。（１）目前，对安全评价指标权重的确定方法很多，融合权重方法将是权重研究的主要方向。但是，最终求得权重的正确性如何验证目前尚无统一标准，有待进一步研究。（２）在堤防安全综合评价过程中，对定量指标的度量目前还没有统一的办法和标准，对于定性指标的度量主要也是依赖于专家的经验。充分利用专家经验和收集实际工程运行资料，进一步研究堤防安全评价的标准，将有助于推动堤防安全综合评价理论和方法的发展。（３）在堤防安全评价预警系统的开发中，引入人工智能（ＡＩ）技术是一个发展趋势，其目的是使非结构化问题或半结构化问题向结构化问题转换，采用人工智能技术可提高在线分析系统的自动化水平，使之成为现场操作人员的更有效工具，在这一领域内尚有许多的研究开发工作要做。（４）图形信息是决定堤防安全预警系统成功与否的关键因素之一，随着计算机图形技术的发展，可以将３Ｓ技术（地理信息系统ＧＩＳ、全球定位系统ＧＰＳ和遥感Ｒｓ技术）应用于堤防安全预警系统中，这一技术可将堤防安全预警系统的数据及图形信息进行系统的融合，结合堤防工程的地形及地质等条件，实现信息的有机组合，并以图形化方式来实现，使得用户可以完全基于一种模拟现实的图形化操作界面．交互地选择堤段，根据所选择的堤段来访问有关堤防安全的复合信息，以提高堤防安全预警辅助决策的准确性及效率，这也是今后堤防安全预警系统发展的主要趋势。参考文献［１】水利部办公斤，‘水利辉煌５０年》［Ｍ】，中国水利水电出版社，１９９９．１２【２】２周文智，贯彻落实全国水利厅局长会议精神扎扎实实做好工作，中国水利报，２００１年１月１８日【３】王仁钟、李君纯、刘嘉忻等．中国水利大坝安全与管理，９９大坝安全及监测国际研讨会议文集，中国书籍出版社。１９９９年１０月［４］弓正华、储海宁、沈家俊等，迈向２ｌ世纪的中国水电站大坝安全监察，９９大坝安全及监测国际研讨会议文集。中国书籍出版社，１９９９年１０月【５】李思慎，长江堤防渗流控制的实践与经验【Ｊ】，水利建设与管理，１９９９（２）【６】吴中如、顾冲时，大坝安全综合评价专家系统【Ｍ】，北京科学技术出版社，１９９７【７】ＣｅｄｅｇｒｅｎＨＲ．Ｓｅｅｐａｇｅｉｎｅａｒｔｈｄａｍ，ＥｍｂａｎｋｍｅｎｔＤａｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］，ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ，１９７２【８】曹敦履，长江干堤渗流稳定的评价及防护措施明，人民长江．１９９３【９】曹敦履，长江堤防渗流管涌的数学模型【Ｃ】，９３全国水动力学研讨会文集，１９９３，９【１０］Ｔｏｎｉｎｉ，Ｄ．Ｏｂｓｅｒｖｅｄｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｅｖｅｒａｌｌｅａｋｉｅｒａｒｃｈｄａｍｓ．Ｐｒｏｃ．ＡＳＣＥ·ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＰｏｗｅｒＤｉｖｉｓｉｏｎ。、，０１．８２．Ｄｅｃ１９５６【１１］Ｘｅｒｅｚ，Ａ．，Ｌａｍａｓ，Ｊ．ＥＭｅｔｈｏｄｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｒｃｈｄａｍｂｅｈａｖｉｏｒ．ＶＩＣｏｎｇｒｅｓｓｏｎＬａｒｇｅＤａｍｓ，Ｒ．３９·Ｑ．２ｌ·ＮｅｗＹｏｒｋ．１９５８［１２］Ｒｏｃｈａ．Ｍ．ｅｔａ１．ＡＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｄａｍｓ．ＶＩＣｏｎｇｒｅｓｓｏｎＬａｒｇｅＤａｍｓ，ＲｅｐｏｒｔｏｎＱｕｅｓｔｉｏｎ２１ＮｅｗＹｏ一（，１９５８【１３］Ｓｉｌｖｅｒｉａ，Ａ．，ＥＰｅｄｒｏ，Ｊｏｓｅ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍｓ．８ｔｈＩＣＯＬＤＣｏｎｇｒｅｓｓ，Ｑ．２９，Ｒ．４３，１９６４，Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ［１４】中村庆一、饭田隆一．实测资料ｃ二辛而７ｕ一于，厶口）亡打辛。举动解析，土木技术资料，Ｖ０１．５。Ｎ０１２．１９６３［１５］Ｍａｒａｚｉｏ，Ｐｆ，ｅｔａ１．ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＥｎｅｌ’Ｓ４ｌａｒｇｅｄａｍｓ．Ｅｎｅｌ’Ｓｒｅｐｏｒｔ。Ｒｏｍａ，１９８０【１６］Ｇｕｅｄｓ，Ｑ．，Ｍ．，Ｃｏｅｌｈｏ，Ｐ＿，Ｓ．，Ｍ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌｏｆｄａｍｓ．１５”ＩＣＯＬＤｃｏｎｇｍｓｓ，Ｑ．５６，Ｒ．１６，Ｌａｕｓａｎｎｅ［１７］Ｋａｌｋａｎｉ，Ｅ．，Ｃ．Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｔｏｆｏｒｅｃａｓｔｅａｒｔｈｄａｍｐｉｅｚｏｍｅｔｅｒｌｅｖｅｌｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎ＆ＤｒａｉｎａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－ＡＳＣＥ．Ｖ０１．１１５，Ａｕｇ．１９８９，４５－５５【１８］ＬｕｅＥ．Ｃｈｏｕｉｎａｒｄｅｔａ１．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｆｏｒｉｄｕｋｋｉａｒｃｈｄａｍ．２”ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎｄａｍｓａｆｅｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｔｒｉｖａｎｄｒｕｍ，Ｉｎｄｉａ．１９９６－３８ｌ－３８５【１９］Ｍａｒｉａ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｃｏｎｃｒｅｍａｒｃｈｄａｍｓ４０ｙｅａｒｓｏｆＬＮＥＣｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｌｉｓｂｏａ，Ｊｕｌｙ１９８６【２０］Ｆａｎｅｌｌｉ，Ｍ．ＡｕｔｏｍａｔｉｃｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｆｏｒｄａｍｓａｆｅｔｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ＆ＤａｍＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｎｏｒ，Ｄｅｃ１９７９—７７—参考文献『２１１Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｍ．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＫｕｒｏｂｅｄａｍａｎｄｉｔｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｄａｍ．Ｒ．２，Ｑ５２，ＸＩＶｔｈＣｏｎｇｒｅｓｓＩＣＯＬＤ，１９８２【２２］Ｓｅｒａｆｉｍ，Ｊ．Ｌ．Ｓａｆｅｔｙａｓｐｅｃｔｓｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｄａｍｓ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ＆ＤａｍＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９８２，５【２３］Ｒｏｃｈａ，Ｍ．，ＳｅｒａｆｉｍＪ．Ｌ．ｄａＳｉｌｖｅｉｖａ，Ａ．ＦａｎｄＧｕｅｒｒｅｉｖｏＭ．Ｑ．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍｓ：ｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｃａｂｒｉｌｄａｍ．ＶＩＣｏｎｇｒｅｓｓｏｎｔａｒｇｅＤａｍｓ，ＲｅｐｏｒｔｏｎＱｕｅｓｔｉｏｎ２１，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９５８【２４］ＲａｍＲＳｈａｒｍａ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｒｅｔｒｏｆｉｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒｓａｆｅｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｂｏｕｎｄａｒｙｄａｍ．１８ｔｈＣｏｎｇｒｅｓｓＩＣＯＬＤ，Ｑ．６８，Ｒ．６２，１９８２【２５］ＯｌｉｖｅｒＣｒｅｐｏｎ．Ａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ＆ＤａｍＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｊｕｎｅ，１９９９．５２－５４［２６］ＳｉｌｖａＧｏｍｅｓ．Ａ．，Ｅ，ＳｉｌｖａＭａｔｏｓ，Ｄ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄａｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔ，ＳｔａｔｅｏｆＴｈｅＡｒｔ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．１５“ＣｏｎｇｒｅｓｓＩＣＯＬＤ，Ｑ．５６Ｒ．３９，Ｌａｕｓａｎｎｎｅ【２７］陈久宇，应用实测位移资料研究刘家峡重力坝横缝的结构作用【Ｊ】，水利学报。１９８２［２８］吴中如，混凝土坝观测物理量的数学模型及其应用［Ｊ】，华东水利学院学报，１９８４［２９］吴中如、沈长松、阮焕祥，论混凝土坝变形统计模型的因子选择ｆＪ】，河海大学学报，１９８８【３０】吴中如，论混凝土坝安全监控的确定性模型和混合模型【Ｊ】，水利学报．１９８９【３１】尹晖等，灰色动态预测方法及其在变形预测中的应用［Ｊ】，武汉测绘大学学报，１９９６【３２］蓝悦明、王新洲，灰色预测用于大坝变形预测的研究【Ｊ】，武汉测绘大学学报，１９９６【３３】马能武，大坝监测资料动平均灰色模型分析方法研究【Ｊ】，河海大学学报，１９９７［３４】刘观标，用逐步模糊聚类分析法进行混凝土坝的位移预报【Ｊ】，大坝观测与土工测试，１９８９【３５】张志烈，大坝位移预测的似然推理方法【Ｊ】，大坝观测与土工测试，１９８９（２）：５－８【３６】顾冲时、吴中如，应用模糊控制论建立新安江３号坝基扬压力预测模型【Ｊ］，大坝观测与土工测试，１９９６（４）：７．１０【３７１李珍照、张淑丽。大坝观测数据的模糊分析【Ｊ】，大坝观测与土工测试，１９９２（１）：Ｉ－８［３８］赵振字、徐用懋著，模糊理论和神经网络的基础与应用【Ｍ】，清华大学出版社，１９９６［３９】焦李成，神经网络系统理论【Ｍ】。西安电子科技大学出版社，１９９０【４０］ＧｒｏｓｓｂｅｒｇＳ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ａｎｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ．ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ，１９８８，（１）：１７．６ｌ【４１］Ｈｅｃｈｔ－ＮｉｅｌｓａｎＲ．Ｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｂａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｉｎｔＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ．１９８９，（１）：５９３－６１１［４２］Ｈｅｅｈｔ－ＮｉｅｌｓｅｎＲ．Ｎｅｕｒｏｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．ＡｄｄｉｓｏｎＷｅｓｌｅｙ，１９９０：１２４．１３３［４３］ＨｏｐｆｉｅｌｄＪＪ．Ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｅｍｅｒｇｅｎｔｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌａｂｉｌｉｔｉｅｓ．Ｐｒｏｃ．ｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ．Ｕ．Ｓ．Ａ．１９８２，（７９）：２５５４－２５５８．【４４］ＲｕｍｅｌｈａｒｔＤＥ．，ＭｃＣｌｅｌｌａｎｄＪＬ．Ｐａｒａｌｌｅｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．ＭＩＴＰｒｅｓｓｓ．ＣａｍｂｒｉｇｅＭＡ．１９８６【４５］ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＴｏｏｌｂｏｘＵｓｅｒ’ＳＧｕｉｄｅ．ＴｈｅＭａｔｈＷｏｒｋｓＩｎｃ．１９９９【４６】邓跃进、王葆元、张正禄，边坡变形分析与预报的模糊人工神经网络方法．武汉测绘一７８－河海大学硕士学位论文科技大学学报，１９９８。２３（１）：２６－３１ｆ４７１赵斌等，ＢＰ模型在大坝安全监测中的应用，大坝观测与土工测试，１９９９（６）：１－３【４８］吴中如、沈长松、阮焕祥，水工建筑物安全监控理论及应用【Ｍｊ，河海大学出版社－１９９０【４９］吴中如、朱伯芳等．三峡水工建筑物安全监测与反馈设计［Ｍ】．中国水利水电出版社，１９９９［５０］李青云、张建民，长江堤防工程风险分析和安全评价研究初论【Ｊ】，中国软科学，２００１［５１］张建民，日本河川堤防渗透安全性调查评价方法及其启示（Ｒ），湖北省水利学会堤防沙基基础处理研讨会论文集，武汉：湖北省水利学会，１９９８．１１【５２］ＤｉｋｅｓａｎｄＲｅｖｅｔｍｅｎｔｓ－Ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＥｄｉｔｅｄｂｙＫＲＹＴＬＡＮＷ．ＰＩＬＡＲＣＺＹＫ，Ｒｉｊｋｓｗａ－ｔｅｒｓｔａａｔ，ＨｕｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｉｆｉｓｉｏｎ，Ｄｅｔｔ，１９９８【５３］Ｒ·Ｎ，ＣＨＯＷＤＨＵＲＹ，Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｒｉｓｋａｎａｌｙｓｉｓｉｎｇｅｏｍｅｅｈａｎｉｃｓａｎｄｗａｔｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｒ】，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｃｉｖｉｌａｎｄＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷｏｌｌｏｎｇｏｎｇＮＳＷ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ，１９９６【５４１黄委会勘测规划设计研究院物探总队．黄河下游堤防隐患探测成果报告，１９９９ｆ５５】黄委会勘测规划设计研究院物探总队，黄河下游堤防隐患探测对称四极剖面成果图册１９９９［５６１Ｎ４，ｊ［、包伟力、吴昌瑜、刘莉莉，堤防安全监铡与预警系统的实验研究．Ａｔ张ｒｒ。２００１［５７】王卓甫、章志强、杨高升，防洪堤结构风险计算模型探讨【Ｊ】，水利学报，１９９８．７【５８］张建民．以知识信息产业为依托，展开国家防灾减灾的综合研究［Ｊ】，中国软科学，１９９９．２［５９】朱建强、欧光华、言鸽，长江中下游堤防渗流侵蚀机理及其治理【Ｊ１，水土保持学报．２００１．１０［６０】郭启军、刘泉声、自冰，长江沿线堤防工程渗透破坏类型及其防渗治理ｆＡ】，１９９９［６１１１运辉，防汛抢险技术【Ｍ】，武汉水电力大学出版社，１９９９．（１）３－７．［６２】许厚泽、赵其国，长江流域洪涝灾害与科技对策【Ｍ１，北京科学出版社，１９９４．１５２．１５７【６３】董哲仁－堤防除险加固实用技术【Ｍ】，北京：水利电力出版社，１９９８．４４．８５．［“】董哲仁主编，堤防抢险实用技术【Ｍ】。北京：中国水利水电出版杜，１９９９【６５］宫本有、郭永全，堤防工程运行管理中的常见隐患及处理方法【Ｊ】．工程与管理，２００２．４究院学报。２００３．９武汉：水利部长江水利委员会．１９９０ＴＫＳ．ＦａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｉｖｅｒｂａｎｋｓｉｎｔｈｅＮｉｇｅｒｄｅｌｔａ［ｊ】，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，１９９３，３５：１２３．１３３ＤＪ，ＳｐｏｏｒＭＦ，ＵｉｌｒｉｃｈＣＲ，ＢａｎｋｆａｉｌｕｒｅａｎｄｅｒｏｓｉｏｎＯｎｔｈｅＯｈｉｏＲｉｖｅｒ［Ｊ１．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，１９８１（１７）：１４１－１５８—７９—ｆ６６】杨光煦，堤防险情及其处置ｆＪ】，人民长江，１９９９．９【６７】王延贵、匡尚富、黄永健，洪水期岸滩崩塌有关问题的研究［Ｊ】，中国水利水电科学研ｆ６８】长江水利委员会，长江中下游护岸工程４０年【Ａ】．长江中下游护岸工程论文集（４）［ｃ】，【６９】尹学良，黄河下游的河性【Ｍ】，北京：中国水利水电出版社，１９９５［７０】赵业安等，黄河下游河道演变基本规律［Ｍ】，郑州：黄河水利出版杜，１９９８［７１］Ａｂａｍ［７２］Ｈａｇｅｒｔｙ［７３１３Ｅ成、黄为、冯忠民。堤防抢险及对今后建设的建议【Ｊ］，人民饮江，１９９９【７４】吕宪国、张为中－９８松嫩洪水与流域综合管理【Ｊ】，水屯站设计，１９９９．１５０）：２１．２５墨量奎坠［７５］邹响林、胡维忠等．９８洪水对长江防洪建设的启示【Ｊ】，长江职工大学学报，１９９９［７６】许润生。堤基渗漏与长江崩岸关系的探讨【Ａ】长江中下游护岸工程论文集［ｃ】，长江水利水电科学研究院，１９８５【７７］水利部国际合作与科技司，水利技术标准汇编防洪抗旱卷［Ｍ】，北京：中国水利水电出版社，２００２．３［７８］ｑ：延贵，冲击河流岸滩崩塌机理的理论分析及试验研究【Ｒ】，北京：中国水利水电科学研究院，２００３【７９】李青云．长江堤防工程安全评价的理论和方法研究【Ｄ】，清华大学博士学位论文，２００２．５．【８０】张琳琳，重大水工混凝土结构健康诊断综合分析理论和方法【硕士学位论文】．河海大学，２００３．３【８１］方朝阳、夏富洲。土石坝安全监测综合评判准则研究【Ｊ】，武汉大学学报（工学版），２００１．６【８２】李珍照。大坝安全监测［Ｍ１，北京：中国电力出版社．１９９７［８３】吴云芳、李珍照、薛桂玉，大坝实测性态综合评价中一种新的权重确定方法【Ｍ］，武汉水利电力大学学报，１９９９．２ｆ８４】孟生旺，多指标综合评价中权数的选择【Ｊ】，统计研究，１９９３【８５］！Ｅ凡、张耀良，关于权及确定权重分配的方法探讨【Ｊ】，系统工程，１９９３【８６］陈春花、叶飞，基于多目标决策的综合客观赋权方法研究【Ｊ】．甘肃科学学报。２００１．６［８７］曾宪招。组合赋权法新探［Ｊ】，预测，１９９７［８８］ＳａｔｔｙＴＬ，Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｍ】。ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ，ｌ９８０［８９１许树柏编著，层次分析法原理：实用决策方法【Ｍ１，天津大学出版社，１９８８［９０１何壑，层次分析法的标度研究【Ｊ】，系统工程理论与实践，１９９７．６［９１］蔡文、杨春燕、林伟初，可拓工程方法［Ｍ】．北京：科学出版社，１９９７【９２］蔡文，物元模型及其应用ｆＭ】，北京：科学技术文献出版社，１９９４【９３】诸克军、张新兰、肖荔瑾，ＦｕｚｚｙＡＨＰ方法及应用【Ｊ】，系统工程理论与实践，１９９７【９４］许若宁、翟晓燕，层次分析法中Ｆｕｚｚｙ判断矩阵的建立及其排序【Ｊ】，系统工程，１９８８【９５】徐秉铮等编，神经网络理论与应用【Ｍ】．华南理工大学出版社，１９９５［９６】施鸿宝著，神经网络及其应用［Ｍ】，西安交通大学出版社，１９９３【９７］夏岑岭，城市防洪理论与实践【Ｊ】，安徽科学技术出版社，２００１［９８］章志强、王卓埔、杨高升，长江南京段堤防工程失稳风险分析【Ｊ］，河海大学学报，１９９９［９９】李国芳、黄振平、章志强、叶松．长江防洪堤南京段设计洪水位风险分析［Ｊ】，河海大学学报．１９９９【１００】姜树海，基于随机微分方程的河道行洪风险分析【Ｊ】，水利水运科学研究，１９９５【１０ｌ】黄健元，模糊集及其应用【Ｍ】，宁夏人民教育出版社．１９９９［１０２】袁嘉祖，灰色系统理论及其应用［Ｍ］，科学出版社，１９９１【ｌ０３］邓聚龙．灰色系统基本方法【Ｍ】，华中工学院出版社，１９８７—８０—致谢本论文是在导师顾冲时教授和吴中如院士的悉心指导下完成的。导师深厚的学术造诣、严谨求实的治学态度、朴实无华的生活作风、幽默风趣的人生态度、丰富的工程经验以及忘我的工作精神，使学生终身受益。攻读硕士三年期间，本人在学习、工作和生活等各方面都得到了导师无微不至的关怀和帮助。值此论文完成之际，谨向导师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！在平时的学习、生活和论文的完成过程中，得到了郑东健副教授和沈振中教授的指导和帮助，在此向他们表示衷心的感谢！同时感谢汪自力高工、曹邱林副教授、苏怀智博士、王健博士、包腾飞博士生、周兰庭博士生、向衍博士生、赖道平博士生等在学习、工作和生活中给予的支持和帮助！感谢研究生院和水电学院的老师们在学习中给予的支持！感谢吴文静硕士生、金明宇硕士生、李静硕士生等同窗好友在三年来的学习和生活中给予的帮助！最后，衷心感谢亲爱的父母亲多年来的养育之恩！作者：阮住２００４年１月于南京堤防工程安全评价方法研究

作者：

学位授予单位：

陈红河海大学

1.会议论文 段世超.孙胜利 堤防工程安全评价和鉴定标准探讨 2006

建筑物安全评价是保证工程安全运行的重要手段.我国相继制定了大坝、水闸、水电站等建筑物的安全评价和鉴定标准,并取得了很好的效果.堤防工程作为保证国民经济正常运行的防洪建筑物,其能否安全运行至关重要.本文将根据我国近期江河洪水灾害情况,分析堤防失事的主要原因.结合国外堤防工程安全评价开展、国内相关工程安全评价实施以及标准体系框架的构成情况,论述了制定堤防安全评价和鉴定标准是需要的,而且条件已具备.提出了制定堤防工程安全评价和鉴定标准开展工作的基本思路.

2.学位论文 李青云 长江堤防工程安全评价的理论和方法研究 2002

本文对堤防工程安全评价的理论与方法进行了较为系统的研究。论述了长江中下游堤防工程的特点和破坏机理，系统分析了与堤防工程安全有关的基本因素，针对堤防工程安全评价的层次性和动态性特点，初步建立了长江中下游堤防工程安全性评价理论框架，并提出了堤防工程安全评价的方法和模型。研究结果可为长江堤防工程安全评价、堤防工程的维护和管理提供一定的科学依据。

本文的研究要点和结论如下：(1)系统总结了长江中下游堤防工程的构成、功能和保护区的社会经济基本情况，阐述了长江堤防工程的现状和特点。(2)对堤防工程的安全隐患和险情进行了分类，结合长江堤防工程的险情资料，分析了堤防工程的典型破坏形态和机理。(3)提出了堤防工程安全评价的三个层次，据此建立了堤防工程安全评价的理论框架。即，堤防工程风险分析，单项工程安全评价和堤防工程安全性综合评价。三者自成体系，又有密切的联系，构成了长江堤防工程安全评价的完整框架。(4)对长江中下游堤防工程进行了风险分析，探讨了三种主要破坏类型(漫顶、滑坡和管涌)的发生概率，并综合成堤防工程失事概率，结合堤防保护区的社会经济情况，从风险角度探讨了防洪标准的构成因素，构建了适合于长江中下游堤防工程特点的风险分析框架。(5)建立了长江中下游堤防工程安全性调查和评价的指标体系，讨论了相应的调查方法。在此基础上，采用层次分析和模糊数学相结合的手段，提出了堤防工程安全性综合评价模型。(6)采用土工离心模型试验和三维有限元应力应变计算相结合的手段，对堤顶防渗墙施工过程中，堤身产生裂缝的机理及其影响因素进行了系统的研究，研究结果对长江中下游重点堤防的加固建设有较大的现实意义。

3.期刊论文 李青云.张建民 长江堤防工程风险分析和安全评价研究初论 -中国软科学2001,\"\"(11)

结合目前正在进行的长江中下游堤防加固建设,阐述了开展堤防工程风险分析和安全评价的必要性和重要性.在简要介绍国外研究现状的基础上,结合我国国情和长江中下游堤防工程的特点,探讨了开展堤防工程风险分析和安全评价研究的思路和技术路线.

4.期刊论文 但云贵.杨健.DAN Yun-gui.YANG Jian 九江堤防工程安全评价及加固整治实施 -长江科学院院报2000,17(z1)

九江市作为全国重点防洪城市之一,自1998年底开始连续3年对城区17.46 km的长江干堤进行加固整治.分析了九江市城区长江干堤加固整治前的堤防工程状况,介绍了堤防工程加固整治方案及实施情况,并对加固整治效果进行了初步评价.

5.期刊论文 丁丽.顾冲时.孙杰.关淑萍.DING Li.GU Chongshi.SUN Jie.GUAN Shuping 未确知数学在堤防工程安全评价中的应用 -水电能源科学2005,23(4)

结合黄河堤防工程,采用盲数和未确知有理数的形式表达处理堤防安全评价指标的取值,经过系统地计算,并与常规赋值方法的计算结果作比较,证明其结果是合理可行的.

6.会议论文 赵寿刚.常向前.杨小平.袁华 可靠度理论在黄河大堤安全评价中的应用研究 2007

对堤防工程进行安全评价分析,最基本的是要进行渗流及边坡稳定分析,而渗流及边坡稳定分析的结果是否合理与选择的土体参数具有极大的关系;由于黄河大堤工程地质条件复杂,土体参数具有极大的变异性,利用确定性方法很难得出符合实际情况的结果。将可靠度理论应用于黄河大堤安全评价,可以充分考虑土体参数的变异特性,将使分析结果更加符合工程实际。本文对可靠度理论的基本方法进行了分析,对其在黄河大堤安全评价分析中的具体实施方法进行了研究,该方法具有极大的应用价值和创新性。

7.学位论文 周建春 安广江堤安全状况评价和工程措施研究 2005

本文结合安庆江堤及广济圩江堤工程实例,对堤防存在的问题、安全状况以及加固所采取的工程措施等方面进行了深入分析,从安全角度确定了堤防的相应等级,并研究分析了相应的工程措施。全文的主要内容如下:

(1)分析了堤防普遍存在的主要问题,总结了我国堤防在汛期发生险情基本情况及特点,提出将堤防工程作为一个完整的系统工程去研究和定位的思想,由此确定其安全评价的主要内容,从而实现了对每个堤防工程在防洪安全上有一个定性的评价。 (2)论述了工程安全复核资料的收集的方法,提出了堤防安全复核的主要内容,结合安广江堤的工程,研究了该堤防勘察范围内存在的主要工程地质问题,提出了堤防的地质分段评价方法,分析了安广江堤整体工程在安全性上存在的问题。

(3)从安广江堤安全复核所依据的条件出发,分别对相应的安全进行分析,通过对堤身、堤基安全、河势稳定、穿堤建筑物和管理现状等的分析,得到安广江堤工程存在重大安全隐患,不足以防御相应设计标准的洪水,安全等级应确定为三级以上,必须予以除险加固。

8.期刊论文 胡韬.李青云.介玉新.李广信 长江堤防工程安全性综合评价系统开发 -长江科学院院报2004,21(3)

分析了与堤防工程安全相关的基本因素,建立了堤防工程安全性综合评价的指标体系和评价模型,在此基础上,采用Delphi语言,引入了面向对象技术,开发了长江堤防工程安全性综合评价系统软件,初步实现了堤防工程安全评价的自动化和可视化,为堤防安全评价由理论走向实用提供了技术支持.

9.学位论文 曹云 堤防风险分析及其在板桥河堤防中的应用 2005

堤防工程中因各种不确定因素引起的风险正日益受到人们的关注.本文结合\"南京市板桥河左岸堤防风险分析及风险管理研究\"的工程实例,通过构建风险计算模型,运用基于可靠度的风险分析方法计算分析了典型断面的各种主要破坏模式下的风险率及其临界值,对堤防防洪失事风险进行了综合分析和评价,同时基于风险管理决策对板桥河堤防提出了降低风险的措施和堤防汛期洪水位运行管理的建议.论文选题源于实际工程,考虑了随机变量的不确定性,研究了堤防工程风险计算模型和风险分析方法.本文主要工作内容如下:1.介绍了风险的定义和特征,对风险分析的概念、目的和原则进行说明,归纳了风险分析的主要内容;研究了不确定性的分类和分析方法,对岩土工程和水利工程中的不确定性因素进行了描述;归纳总结了失事概率的计算方法.2.基于失效理论对堤防工程的失效机理进行研究,通过影响堤防安全的风险因子分析建立事件树模型,从工程地质角度出发研究堤防的主要失效模式,针对堤防三种主要破坏类型-漫顶破坏、渗透破坏、失稳破坏分别建立相应的风险计算模型,同时将上述三种破坏风险综合起来,研究了堤防的综合风险计算模型.3.结合\"南京市板桥河左岸堤防风险分析及风险管理研究\"的工程实例,分别对堤防典型断面进行了渗透稳定和抗滑稳定的确定性和不确定性分析,运用基于可靠度的风险分析方法计算分析其风险率,建立起整个板桥河堤防的渗透破坏风险率、滑动失稳风险率以及堤防失事综合风险率的临界值,对堤防防洪失事风险和工程加固效果进行综合分析和评价.4.从堤防风险管理决策的主要内容、堤防安全评估等级的划分、堤防风险管理决策信息技术的发展三个方面展开对堤防风险管理决策的研究,归纳总结了堤防降低风险的工程措施和非工程措施,并结合板桥河堤防的工程实例,根据其风险分析结果和建立的风险率容许值,提出降低风险的措施和堤防汛期洪水位运行管理的建议.

10.期刊论文 汪自力.顾冲时.陈红 堤防工程安全评估中几个问题的探讨 -地球物理学进展2003,18(3)

在对国内外有关堤防工程安全评估研究工作调查的基础上,针对目前堤防工程的管理现状和发展前景,从堤防工程安全评价的含义、影响堤防工程安全的主要因素、影响因素的量化处理和权系数的选择、评估指标集的选取等几个方面对影响堤防工程安全评估进行了系统的探讨,并对堤防实时监测工作的几个环节给予了讨论.在此基础上初步形成了堤防工程安全评估的理论体系.

1.冷元宝.江恩惠.张清明.周杨 堤防工程健康诊断技术初步研究[期刊论文]-人民黄河 2008(5)2.龙小梅 基坑工程安全评价的故障树分析方法研究[学位论文]硕士 2005

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