某水电站失效概率评价方法研究

张永强

（和田鼎晟工程试验检测有限公司，新疆 和田 848000）

面对当前农村水利水电的安全现状，本文引入国外的先进理念，对水电设施实施风险管理，以提高我国农村水电的管理水平。风险由失效概率和事故后果组成，失效概率的计算既困难又重要，因此风险管理的前提是正确计算农村水电失效概率。

目前，计算失效概率的方法主要有以下三种：事件树法、历史数据统计法和可靠性法，但以上方法均不适用于农村水电失效概率的计算。为了解决上述计算农村水电失效概率方法存在的不足，本文建立失效概率与运行状态之间的反向相关性模型，从而完成失效概率的计算[1]。最后以某水电站为例，对其运行状态即工程失效概率进行综合评价。

1 运行状态综合评估方法

农村水利水电有多种水工建筑物，如大坝、引水道、压力管道、厂房等，其作为一个完整的系统进行工作。任何水工结构的异常运行都会影响其发电的效益。因此，农村水利水电的运行状况由所有水工建筑物的工程行为共同决定。因此，本文选择综合评价理论对农村水利水电运行状况进行综合评价，其中指标体系和评价模型的建立是综合评价过程的关键环节。

1.1 综合评价方法

综合评价指标的选择应具有代表性、科学性、可变性和可行性。根据农村水利水电工程的特点，选取与水工建筑物运行状况密切相关的13项指标以建立评价体系，包括：防洪能力、结构安全和蓄水建筑物渗漏情况、溢洪道的泄流能力和结构稳定性、引水道（或隧道）的泄漏状态、堵塞程度和结构稳定性、压力管道的泄漏状态和结构稳定性、厂房防洪能力、潜在地质灾害和结构稳定性。

以“农村水工建筑物运行状况”为综合评价目标，采用13项指标建立综合评价指标体系。

1.2 综合评价模型

线性加权综合评价模型综合了各因素对评价结果的影响。首先对指标进行量化，然后考虑相应的权重进行叠加，得到综合评价值，从而决定最终的评价结果。这种方法特别适用于受多种因素多种程度影响的目标综合评价。本文选择线性加权综合评价模型对农村水工建筑物的运行状况进行综合评价。

层次分析法（AHP）被用于计算各指标的权重值。1～9及其倒数是该方法中两个元素之间有意义比较的定量度量。1、3、5、7、9分别代表一个要素比另一个要素同等重要、稍微重要、更重要、非常重要和极其重要的相对重要性水平；2、4、6、8分别代表两个相邻因数的平均值，其对应的倒数表示两个元素反向比较的结果。所有指标的权重均已确定，见表1所示。

表1 各指标权重表

2 失效概率的计算

水工建筑物运行状态与失效概率的关系是相反的，线性加权综合评价模型得到的运行状态值越大，水工建筑物的运行状态越好，失效概率越小。运行状态可以用公式（1）近似转换成失效概率 ：

式中，Pf为失效概率，Cmax为评估的打分的最大值，C为评估的打分的最终值。公式（1）计算的Pf是在0和1之间的值，并且这与概率的数学特征相一致，此外，C和Pf满足逆相关。根据运行状态的等级，水工建筑物的失效概率可分为4个等级，如表2所示。

表2 农村水工建筑物破坏概率等级表

公式（1）计算的失效概率Pf只是概念性的，用于相对测量失效概率。

3 工程案例研究

以某水电站为例，进行失效概率风险评价。该发电站的建设是橡胶坝工程的重要部分，其于2014年竣工投入运行。发电站工程顺水流的方向长度为22 m，宽21 m，设计上游水位为29.5 m，下游为24 m，水流的高差为5.5 m，通过橡胶坝的拦蓄，抬升了河流的水位，使河水流进入发电站内。本研究组织了6位水电站工程风险专家成立评价小组，各专家在了解了该水电站的建设情况和6年来的运行工况资料后，分别对3级指数中的13个风险评价指标进行了打分，根据打分结果计算的权重结果如表3。

表3 专家打分及权重计算结果

将表3中专家打分结果代入（1）式，计算得到计入专家评价打分值的指标值分别为：=17.36，=17.61，=17.06，=16.71，=16.70，=3.01，=2.39，=3.81，=17.49，=17.83，=13.01，=13.46，=13.17，将以上指标值代入（1）和（5）式，计算得到评估的最终值C和失效概率Pf分别为15.961和0.367。根据表2可看出，该水电站的失效概率等级为B级，运行状态良好，失效的概率很低，可满足正常运行，与该水库曾参与除险加固建设成果保持一致，用理论评价方法验证了该工程的可靠性。

4 结论

考虑到水工建筑物运行状态与失效概率的相关性，可以通过对水工建筑物运行状态的评估来综合计算失效概率。在综合评价过程中，来自专家的经验很难避免产生主观性的影响。通过对专家打分值的适当处理，本文建立了专家评价模型，可以大大降低主观性的影响，使水工建筑物运行状态的评价结果更加合理，决策更加科学。