CN105809572A - 基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法,包括以下步骤:确定安全评价管段;选定专家,并确定其评价能力权重系数向量;将输水系统的评价指标得到评价指标权重向量;构建各评价指标的影响因素及其权重向量;建立单指标影响因素等级评判矩阵;建立单指标综合评判矩阵;管道系统失效概率评分值的确定;确定管道失效后果评价值;相对风险值及安全等级的确定。本发明提出的安全评价方法,适用于大型长距离在建管道系统工程的安全评估、已建工程的安全评价及服役多年工程的安全鉴定。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法。
背景技术
随着我国经济社会的不断发展、工业化水平不断提高和城市化进程加快,水资源已成为制约当地经济、社会和环境协调发展的重要因素,供需矛盾十分突出,长距离、跨流域调水是解决城市、工业资源性问题的重要途径。进入21世纪以来,我国大型引调水工程建设得到了迅速发展,长距离压力输水管道工程的应用也越来越多。但由于输水规模不断加大、压力较高、沿线地形复杂及工期紧张或操作经验不足等多种原因的存在,致使一些工程系统频繁出现管道失效、破裂等事故甚至爆管的发生,严重影响了工程效益的发挥和人民生命财产的安全。因此,如何客观地根据系统特性、工程建设和运行管理全过程多方面合理地对长距离输水管道系统进行具体的量化安全评价,以便评估和及时发现事故隐患并采取有效防范措施和应急预案,对于提高输水系统的利用率和安全可靠性尤为重要,这也正是本发明所要解决的内容。
发明内容:
针对现有技术中存在的上述缺陷,本发明提供了一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的:
一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法,包括以下步骤:
S1:确定安全评价管段;
S2:选择若干个安全评价人员,并确定其评价能力权重系数向量,W=[ω1ω2ω3……ωm],其中m为安全评价人员人数;
S3:将输水系统分为若干评价指标,由专家根据各指标影响因素的相对重要性对评价指标进行权重分配,并按安全评价人员的评价能力的权重系数加权平均,得到评价指标权重向量;
S4:构建所述各评价指示的影响因素,每位安全评价人员按照影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到权重向量;
S5:对应各评价指标,建立单指标影响因素等级评判矩阵;
S6:将各评价指标的单指标影响因素等级评判矩阵与相对应的权重向量进行合成,以建立单指标综合评判矩阵;
S7:计算各评价指标评价分值,并获得各评价分值向量,并将各评价指标评价分值与其相应的评价指标权重向量合成后求和,确定评价管段失效概率评分值;
S8:选择若干个输水管道失效后果价值因素,并对这些失效后果评价因素计算失效后果评价值;
S9:对评价管段失效概率评分值和失效后果评价值相乘,得评价管段最终相对风险值,即可确定评价管段的安全评价的相对结论。
优选的,所述S3中输水系统评价指标总体分为:系统特性、工程建设和运行管理,各评价指标权重向量为E=[ε1ε2ε3];
优选的,所述步骤S4中,系统特性指标的影响因素集∪1={u1,u2,...u14},系统特性指标的影响因素包括以下因素的部分或全部,以下以包括全部影响因素进行计算,若选择一部分,则计算公式进行常规调整,工程建设和运行管理指标的影响因素同理。具体地,系统特性指标的影响因素如下:
评价管道管段长度;
输水方式:加压输水、加压+重力流有压输水、重力流有压输水;
泵站扬程或工作压力;
系统过渡过程分析;
管道直径;
梯级泵站连接方式:中断压力、串联加压;
供水方式:调蓄工程、直供水厂;
管道根数;
地质条件与管材的适宜性;
泵站与管道水锤安全防护措施及合理性;
管道覆土厚度;
管道接口型式;
地面荷载;
建筑物工程、穿越设施及附属设施,
每位安全评价人员按照上述系统特性指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到T=[t1t2…t14];
式中i=1,2,...,14;
j=1,2,...,m;
(2)工程建设指标的影响因素集∪2={u15,u16,...u20},工程建设指标的影响因素包括:
基础处理;
管材质量;
泵、阀、电气及控制等设备质量;
泵站及管道施工质量控制;
施工工期合理性;
管道试压,
每位安全评价人员按照上述工程建设指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到S=[s1s2…s6]
式中i=1,2,...,6;
j=1,2,...,m;
(3)运行管理指标的影响因素集∪3={u21,u23,...u30},运行管理指标的影响因素包括:
调度运行方案及操作规程;
自动化控制;
备自投电源可靠性;
管道腐蚀情况;
二次污染;
基础沉降;
渗漏点及数量;
巡线管理;
抢险队及装备;
运行年限,
每位评价人员(专家)按照上述运行管理指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到G=[g1g2…g10],
式中i=1,2,...,10;
j=1,2,...,m。
优选的,所述S5中单指标等级各影响因素评判矩阵分别为:
(1)系统特性指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..14;j=1,2,...,m;
(2)工程建设指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2...6;j=1,2,...,m;
(3)运行管理指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..10;j=1,2,...,m;
上述单指标各影响因素等级评判矩阵中的元素aij、bij、dij由安全评价人员根据所评价管段的实际情况和下表的安全等级区间相对值进行逐一赋分,aij∈[0,10],bij∈[0,10],dij∈[0,10]。
优选的,所述S6中
(1)系统特性指标综合评判矩阵:
(2)工程建设指标综合评判矩阵:
(3)运行管理指标综合评判矩阵:
优选的,所述S7为:
(1)各指标评价分值的计算
①系统特性指标评价分值
②工程建设指标评价分值
③运行管理指标评价分值
由此,管道系统评价指标评判分值向量Y=[Y1Y2Y3];
(2)确定评价管段失效概率评分值P
式中εi—第i个评价指标权重,E=[ε1ε2ε3]
Yi—第i个评价指标的评判分数,Y=[Y1Y2Y3]
n—评价指标个数,n=3
优选的,所述S8中输水管道失效后果价值因素及计算过程为:
(1)输水管道事故危害性指数
表3输水管道事故危害性指数Ka
(2)输水管道泄漏扩散(渗透)速率指数
表4输水管道水泄漏扩散(渗透)速率指数Kb
土的类型 | 渗透率(cm·s-1) | 评分值 |
粘土及无断裂岩土 | <10-7 | (0,0.25] |
淤泥及低断裂岩土 | [10-7,10-5] | (0.25,0.5] |
砂岩及中断裂岩土 | (10-5,10-3] | (0.5,0.75] |
砾岩及高断裂岩土 | >10-3 | (0.75,1] |
(3)输水管道泄漏量指数
表5输水管道泄漏量指数Kc
泄漏量(m3) | 评分值 |
V<5 | (0,0.25] |
5≤V<20 | (0.25,0.5] |
20≤V<50 | (0.5,0.75] |
V>50 | (0.75,1] |
(4)输水管道周围环境状况指数
表6输水管道周围环境状况指数Kd
地区分类 | 标准面积内人口密度 | 评分值 |
1类 | 建筑物≤15户 | (0,0.25] |
2类 | 15户≤建筑物≤100户 | (0.25,0.5] |
3类 | 建筑物≥100户 | (0.5,0.75] |
4类 | 交通繁忙、城镇、重要地段 | (0.75,1] |
(5)输水系统(直供水)故障停水状况指数
表7输水系统(直供水)故障停水状况指数Ke
(6)管道失效后果评价值
优选的,所述S9中评价管段最终相对风险值为:
R=P×C
式中P—管段失效概率评分值
C—管段失效后果评价值
根据R的大小,即可确定评价管段的安全评价的相对结论。
本发明提出的安全评价方法,适用于大型长距离在建管道系统工程的安全评估、已建工程的安全评价及服役多年工程的安全鉴定。
本发明提出的长距离输水系统安全评价方法,其评价指标涵盖了输水系统的建设过程,影响因素涉及输水系统的总体和细部设计、施工、工程建设、运行和管理,适用于大中型长距离输水系统的总体和局部管段安全评价,小型工程指标评价影响因素可以适当简化。
如果一项长距离输水工程系统同时进行了总体和管段的安全评价,或进行了多个管段的安全评价,则应以相对风险值大者确定全系统的安全等级。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法,包括以下步骤:
1、根据长距离输水系统重要特性变化合理确定安全评价典型管段。
本发明中上述的长距离输水管道工程安全评价方法,是针对具体输水系统(泵站及管道)工程全部或其中一个或多个特殊管段进行安全评价。由于长距离输水管道工程系统沿线输水压力、管径、管材、地质条件、周围环境等多种因素的差别,其潜在风险性也具有沿线不均一性。但从评价精度来说,管段安全评价的精度更高,工作量也相对加大,根据长距离输水管道工程重要特性变化合理确定评价管段是安全评价应首先考虑的问题。
如根据某一级泵站及其管道、某种输水方式、管材、地质条件、易发事故段、城区或厂区段等。
2、选定安全评价人员或专家,并根据其资历、输水管道领域的实际经验、对评价工程的了解程度和评价的公正性分别确定其评价能力权重系数向量。W=[ω1ω2ω3ω4ω5](不限于5位评价人员)
3、输水系统评价指标总体分为:系统特性、工程建设和运行管理。由专家根据各指标影响因素的相对重要性对评价指标进行权重分配,并按专家评价能力的权重系数加权平均,得到评价指标权重向量E=[ε1ε2ε3]。
4、构建各评价指标的影响因素及其权重向量。
(1)系统特性指标的影响因素集∪1={u1,u2,...u14}
评价管道管段长度
输水方式:加压输水、加压+重力流有压输水、重力流有压输水
泵站扬程或工作压力
系统过渡过程分析
管道直径
梯级泵站连接方式:中断压力、串联加压
供水方式调蓄工程、直供水厂
管道根数
地质条件与管材的适宜性
泵站与管道水锤安全防护措施及合理性
管道覆土厚度
管道接口型式
地面荷载
建筑物工程、穿越设施及附属设施
每位评价人员(专家)按照上述系统特性指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到T=[t1t2…t14]。
式中i=1,2,...,14
j=1,2,...,5
(2)工程建设指标的影响因素集∪2={u15,u16,...u20}
基础处理
管材质量
泵、阀、电气及控制等设备质量
泵站及管道施工质量控制
施工工期合理性
管道试压
每位评价人员(专家)按照上述工程建设指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到S=[s1s2…s6]
式中i=1,2,...,6
j=1,2,...,5
(3)运行管理指标的影响因素集U3={u21,u23,...u30}
调度运行方案及操作规程
自动化控制
备自投电源可靠性
管道腐蚀情况
二次污染
基础沉降
渗漏点及数量
巡线管理
抢险队及装备
运行年限
每位评价人员(专家)按照上述运行管理指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到G=[g1g2…g10]。
式中i=1,2,...,10
j=1,2,...,5
5、对应各评价指标,建立单指标影响因素等级评判矩阵。
如上表,单指标等级各影响因素评判矩阵分别为:
(1)系统特性指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..14;j=1,2,...,5
(2)工程建设指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2...6;j=1,2,...,5
(3)运行管理指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..10;j=1,2,...,5
上述单指标各影响因素等级评判矩阵中的元素aij、bij、dij由专家根据所评价管段的实际情况和下表的安全等级区间相对值进行逐一赋分,aij∈[0,10],bij∈[0,10],dij∈[0,10]。
表2长距离输水管道系统安全评价等级表
安全等级 | 安全等级区间相对风险值 | 安全等级实际意义 |
Ⅰ | [0,2] | 很安全,风险可忽略 |
Ⅱ | (2,4] | 安全,几乎无危害 |
Ⅲ | (4,6] | 较安全,风险较小 |
Ⅳ | (6,8] | 危险,需实时监控,风险较大 |
Ⅴ | (8,10] | 很危险,停止运行抢修 |
6、建立单指标综合评判矩阵
(1)系统特性指标综合评判矩阵:
(2)工程建设指标综合评判矩阵:
(3)运行管理指标综合评判矩阵:
7、管道系统失效概率评分值的确定
(1)各指标评价分值的计算
①系统特性指标评价分值
②工程建设指标评价分值
③运行管理指标评价分值
由此,管道系统评价指标评判分值向量Y=[Y1Y2Y3]
(2)确定评价管段失效概率评分值P
式中εi—第i个评价指标权重,E=[ε1ε2ε3]
Yi—第i个评价指标的评判分数,Y=[Y1Y2Y3]
n—评价指标个数,n=3
8、确定管道失效后果评价值
(1)输水管道事故危害性指数
表3输水管道事故危害性指数Ka
危害性评分标准 | 评分值 |
不具危害性 | 0 |
可能存在轻微伤害 | (0,0.25] |
需实施急救措施 | (0.25,0.5] |
造成暂时性或永久性的伤害 | (0.5,0.75] |
造成人员伤亡或重大伤害 | (0.75,1] |
(2)输水管道泄漏扩散(渗透)速率指数
表4输水管道水泄漏扩散(渗透)速率指数Kb
土的类型 | 渗透率(cm·s-1) | 评分值 |
粘土及无断裂岩土 | <10-7 | (0,0.25] |
淤泥及低断裂岩土 | [10-7,10-5] | (0.25,0.5] |
砂岩及中断裂岩土 | (10-5,10-3] | (0.5,0.75] |
砾岩及高断裂岩土 | >10-3 | (0.75,1] |
(3)输水管道泄漏量指数
表5输水管道泄漏量指数Kc
泄漏量(m3) | 评分值 |
V<5 | (0,0.25] |
5≤V<20 | (0.25,0.5] |
20≤V<50 | (0.5,0.75] |
V>50 | (0.75,1] |
(4)输水管道周围环境状况指数
表6输水管道周围环境状况指数Kd
地区分类 | 标准面积内人口密度 | 评分值 |
1类 | 建筑物≤15户 | (0,0.25] |
2类 | 15户≤建筑物≤100户 | (0.25,0.5] |
3类 | 建筑物≥100户 | (0.5,0.75] |
4类 | 交通繁忙、城镇、重要地段 | (0.75,1] |
(5)输水系统(直供水)故障停水状况指数
表7输水系统(直供水)故障停水状况指数Ke
事故停水时间(h) | 评分值 |
t≤4 | (0,0.25] |
4<t≤12 | (0.25,0.5] |
12<t≤24 | (0.5,0.75] |
t≥24 | (0.75,1] |
(6)管道失效后果评价值
9、长距离输水管道相对风险值及安全等级的确定
评价管段最终相对风险值:
R=P×C
式中P—管段失效概率评分值
C—管段失效后果评价值
根据R的大小,对照表2中的安全等级区间相对风险值,即可确定评价管段的安全等级。
10、输水工程全系统相对风险值及安全等级的确定
尽管已经示出和描述了本发明的实施例和比较例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于过程目标多影响因素的长距离输水系统安全评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:确定安全评价管段;
S2:选择若干个安全评价人员,并确定其评价能力权重系数向量,W=[ω1ω2ω3……ωm],其中m为安全评价人员人数;
S3:将输水系统分为若干评价指标,由专家根据各指标影响因素的相对重要性对评价指标进行权重分配,并按安全评价人员的评价能力的权重系数加权平均,得到评价指标权重向量;
S4:构建所述各评价指示的影响因素,每位安全评价人员按照影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到权重向量;
S5:对应各评价指标,建立单指标影响因素等级评判矩阵;
S6:将各评价指标的单指标影响因素等级评判矩阵与相对应的权重向量进行合成,以建立单指标综合评判矩阵;
S7:计算各评价指标评价分值,并获得各评价分值向量,并将各评价指标评价分值与其相应的评价指标权重向量合成后求和,确定评价管段失效概率评分值;
S8:选择若干个输水管道失效后果价值因素,并对这些失效后果评价因素计算失效后果评价值;
S9:对评价管段失效概率评分值和失效后果评价值相乘,得评价管段最终相对风险值,即可确定评价管段的安全评价的相对结论。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S3中输水系统评价指标总体分为:系统特性、工程建设和运行管理,各评价指标权重向量为E=[ε1ε2ε3]。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S4中,系统特性指标的影响因素集∪1={u1,u2,...u14},系统特性指标的影响因素包括:
评价管道管段长度;
输水方式:加压输水、加压+重力流有压输水、重力流有压输水;
泵站扬程或工作压力;
系统过渡过程分析;
管道直径;
梯级泵站连接方式:中断压力、串联加压;
供水方式:调蓄工程、直供水厂;
管道根数;
地质条件与管材的适宜性;
泵站与管道水锤安全防护措施及合理性;
管道覆土厚度;
管道接口型式;
地面荷载;
建筑物工程、穿越设施及附属设施,
每位安全评价人员按照上述系统特性指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到T=[t1t2…t14];
式中i=1,2,...,14;
j=1,2,...,m;
(2)工程建设指标的影响因素集∪2={u15,u16,...u20},工程建设指标的影响因素包括:
基础处理;
管材质量;
泵、阀、电气及控制等设备质量;
泵站及管道施工质量控制;
施工工期合理性;
管道试压,
每位安全评价人员按照上述工程建设指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到S=[s1s2…s6]
式中i=1,2,...,6;
j=1,2,...,m;
(3)运行管理指标的影响因素集∪3={u21,u23,...u30},运行管理指标的影响因素包括:
调度运行方案及操作规程;
自动化控制;
备自投电源可靠性;
管道腐蚀情况;
二次污染;
基础沉降;
渗漏点及数量;
巡线管理;
抢险队及装备;
运行年限,
每位评价人员(专家)按照上述运行管理指标影响因素的相对重要性分配权重,并与各自的评价能力权重进行加权平均,得到G=[g1g2…g10],
式中i=1,2,...,10;
j=1,2,...,m。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述S5中单指标等级各影响因素评判矩阵分别为:
(1)系统特性指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..14;j=1,2,...,m;
(2)工程建设指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2...6;j=1,2,...,m;
(3)运行管理指标各影响因素等级评判矩阵:
式中i=1,2..10;j=1,2,...,m;
上述单指标各影响因素等级评判矩阵中的元素aij、bij、dij由安全评价人员根据所评价管段的实际情况和下表的安全等级区间相对值进行逐一赋分,aij∈[0,10],bij∈[0,10],dij∈[0,10]。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述S6中
(1)系统特性指标综合评判矩阵:
(2)工程建设指标综合评判矩阵:
(3)运行管理指标综合评判矩阵:
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述S7为:
(1)各指标评价分值的计算
①系统特性指标评价分值
②工程建设指标评价分值
③运行管理指标评价分值
由此,管道系统评价指标评判分值向量Y=[Y1Y2Y3];
(2)确定评价管段失效概率评分值P
式中εi-第i个评价指标权重,E=[ε1ε2ε3]
Yi-第i个评价指标的评判分数,Y=[Y1Y2Y3]
n-评价指标个数,n=3
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述S8中输水管道失效后果价值因素及计算过程为:
(1)输水管道事故危害性指数
表3输水管道事故危害性指数Ka
(2)输水管道泄漏扩散(渗透)速率指数
表4输水管道水泄漏扩散(渗透)速率指数Kb
(3)输水管道泄漏量指数
表5输水管道泄漏量指数Kc
(4)输水管道周围环境状况指数
表6输水管道周围环境状况指数Kd
(5)输水系统(直供水)故障停水状况指数
表7输水系统(直供水)故障停水状况指数Ke
(6)管道失效后果评价值
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述S9中评价管段最终相对风险值为:
R=P×C
式中P-管段失效概率评分值
C-管段失效后果评价值
根据R的大小,即可确定评价管段的安全评价的相对结论。
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