基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究.pdf
《基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 1基金项目:中国水利水电科学研究院基本科研业务费专项(S M 0 1 4 5 B 0 2 2 0 2 1),新疆2 0 1 9-2 0 2 1年院士工作合作研究项目新疆水专项(2 0 2 0.C-0 0 4)通信作者:徐耀(1 9 8 2-),男,教授级高级工程师,博士,主要从事水工建筑物安全评估研究.E-m a i l:x u y a o i w h r.c o mD O I:1 0.1 3 3 9 3/j.c n k i.i s s n.1 6 7 2-9 4 8 X.2 0 2 3.0 4.0 1 3引用格式:林佳奕,徐耀,王荣鲁.基于主成分分析法的
2、南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究J.三峡大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 5(4):8 0-8 5.基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究林佳奕1,2 徐 耀1,2 王荣鲁1,2(1.中国水利水电科学研究院 材料研究所,北京 1 0 0 0 3 8;2.水利部水工程材料重点实验室(筹),北京 1 0 0 0 3 8)摘要:水库除险加固排序研究对南疆塔里木河流域水库安全管理具有重要意义.本文基于南疆塔里木河流域水库安全风险高、监测资料匮乏、政治敏感度高的实际情况,通过事故树法计算出溃坝概率,并将溃坝概率与其余初始指标代入主成分分析法进行计算.这些指标综合考虑了溃坝损
3、失、溃坝概率与水库效益三方面因素.通过对南疆塔里木河流域5 9座水库的应用实例研究,说明了基于主成分分析法的水库除险加固排序具有可行性与合理性,对于南疆塔里木河流域水库的安全管理具有一定的应用价值.关键词:主成分分析法;塔里木河流域;水库除险加固;事故树;溃坝概率中图分类号:T V 6 2 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 2-9 4 8 X(2 0 2 3)0 4-0 0 8 0-0 6S t u d y o n R e i n f o r c e m e n t S e q u e n c e o f R e s e r v o i r s i n T a r i m R i v e
4、r B a s i n i n S o u t h e r n X i n j i a n g B a s e d o n P r i n c i p a l C o m p o n e n t A n a l y s i sL I N J i a y i1,2 XU Y a o1,2 WAN G R o n g l u1,2(1.D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l s,C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r R e s
5、 e a r c h,B e i j i n g 1 0 0 0 3 8,C h i n a;2.K e y L a b o r a t o r y o f E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s o f M i n i s t r y o f W a t e r R e s o u r c e s,B e i j i n g 1 0 0 0 3 8,C h i n a)A b s t r a c t T h e s t u d y o f r e s e r v o i r r e i n f o r c e m e n t s e q u e n c
6、 e i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o r e s e r v o i r s a f e t y m a n a g e m e n t o f T a r i m R i v e r b a s i n i n s o u t h e r n X i n j i a n g.B a s e d o n t h e a c t u a l s i t u a t i o n o f h i g h s a f e t y r i s k,l a c k o f m o n i t o r i n g d a t a a n d h i
7、 g h p o l i t i c a l s e n s i t i v i t y o f r e s e r v o i r s i n T a r i m R i v e r b a s i n i n s o u t h e r n X i n j i a n g,t h e p r o b a b i l i t y o f d a m f a i l u r e i s c a l c u l a t e d b y a c c i d e n t t r e e m e t h o d,a n d t h e p r o b a b i l i t y a n d o t h
8、 e r i n i t i a l i n d i c a t o r s a r e b r o u g h t i n t o t h e p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s m e t h o d f o r c a l c u l a t i o n.T h e s e i n d e x e s c o m p r e h e n s i v e l y c o n s i d e r t h e l o s s o f d a m b r e a k,p r o b a b i l i t y o f d a m
9、 b r e a k a n d r e s e r v o i r b e n e f i t.T h r o u g h t h e c a s e s t u d y o n t h e a p p l i c a t i o n o f 5 9 r e s e r v o i r s i n t h e T a r i m R i v e r B a s i n i n s o u t h e r n X i n j i a n g,i t i s s h o w n t h a t t h e r a n k i n g o f r e s e r v o i r r e i n f
10、 o r c e m e n t b a s e d o n p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s i s f e a s i b l e a n d r e a s o n a b l e,a n d h a s c e r t a i n a p p l i c a t i o n v a l u e f o r t h e s a f e t y m a n a g e m e n t o f r e s e r v o i r s i n t h e T a r i m R i v e r B a s i n i n s
11、 o u t h e r n X i n j i a n g.K e y w o r d s p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s;t a r i m r i v e r b a s i n;r e s e r v o i r r e i n f o r c e m e n t;a c c i d e n t t r e e;t h e p r o b a b i l i t y o f d a m f a i l u r e第4 5卷 第4期2 0 2 3年8月三峡大学学报(自然科学版)J o f C h i n a T h
12、r e e G o r g e s U n i v.(N a t u r a l S c i e n c e s)V o l.4 5 N o.4A u g.2 0 2 3 塔里木河是我国最大的内陆河,被誉为新疆各族人民的“母亲河”.塔里木河流域由于特殊的地理位置,其水利工程的建设与安全管理不仅对南疆地区的生活保障与经济发展具有重要的意义,更是顺利实施西部大开发战略的重要保障1-2.塔里木河流域的大部分水库兴建于2 0世纪六七十年代,存在监测资料少、水库工程质量差、防洪标准低等问题.同时,新疆地区地震烈度大,气候干燥,土壤渗透系数较大,水库渗流问题较为严重,导致新疆地区水库溃坝风险较高.2 1世
13、纪以来,新疆发生多起溃坝事件,例如2 0 0 4年的八一水库溃坝事故,2 0 1 3年的联丰水库溃坝事故,2 0 1 8年的射月沟水库溃坝事故.为了降低溃坝风险,推进新疆现代化水利建设,急需对塔里木河流域水库进行除险加固3-4.水库除险加固排序是现代化水利建设的重要方面,既是合理安排除险加固经费的需要,也是实现水库风险等级划分、合理制定加固顺序的参考.国内外对水库除险加固排序已有不少研究,美国亚利桑那州水利工程管理部门通过水库6个评分项的分值总和高低来确定水库除险加固顺序5;我国段智芳等采用水库风险排序来制定除险加固顺序6,董雪等采用了半定性半定量排序法7,徐耀等则采用主成分分析法在这方面进行
14、过研究与应用8-1 0.目前水库除险加固排序的主要短板是各类研究方法在获取数据、处理数据上存在一定的困难,且许多指标均采用人为打分的方式,缺乏客观的定量评价标准,依赖于专家的工程经验.这些因素制约了各类方法的实际应用效果,导致上述研究成果目前尚未得到广泛的应用.对于病险水库的除险加固排序,应考虑最重要的三方面因素:溃坝损失、溃坝概率、水库效益.此外,水库除险加固排序应当在综合考虑这三方面因素的前提下尽可能简洁方便,在确保一定精度的同时使其易于推广应用.本文以南疆塔里木河流域5 9座水库的调研资料为基础,在综合考虑溃坝损失、溃坝概率、水库效益的前提下,采用简洁且最具有代表性的数据构成反映溃坝风险
15、与水库效益的初始指标体系.在此基础上,采用主成分分析法建立水库除险加固排序综合指标及其对应的计算方法,从而实现对病险水库的除险加固排序.1 主成分分析法主成分分析法是利用降维的思想,把多指标转化为少数几个综合指标的多元统计分析方法,即将多指标进行最佳综合后简化为较少的综合指标,关键是消除评价体系中各个指标的相关性1 1-1 2.研究病险水库除险加固排序问题,实质上就是要对某一指定的水库,综合考虑其溃坝损失、溃坝概率、水库效益三方面因素,给出一个综合评价指标.主成分分析法的具体步骤一般包括:(1)评价指标初始数据的标准化处理;(2)通过建立相关系数矩阵,求解特征值和单位特征向量;(3)选取特征值
16、大于1的成分作为主成分进行计算,同时保证其贡献率达到7 5%以上1 3;(4)计算被评测对象的综合评价指标值并进行排序.2 基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序本文以新疆塔里木河流域5 9座水库的安全鉴定资料作为数据样本.经统计,5 9座水库分布于阿克苏、喀什、巴州3个地区,其中大型水库3座,中型水库2 2座,小型水库3 4座,现状总库容在2 97 2 5 2 0万m3之间;按坝型分,其中有5 5座均质土坝,4座黏土心墙坝,坝高在3.65 9m之间;截至2 0 2 1年底,运行年数在17 9年之间.基于上述资料,本文从溃坝损失、溃坝概率和水库效益等方面收集初始指标,每项指标都反映
17、病险水库某个方面的属性,且指标之间不能有强关联.初始指标包括定量指标和定性指标两类,以定量指标为主,定性指标在专家指导下转换为定量指标.与前人所用的各类除险加固排序方法相比,本文使用的定性指标较少,且均与南疆特殊的气候条件有关,在尽可能减少人为因素造成误差的基础上,使得排序结果更符合南疆实际情况.最终选取指标见表1.表1 新疆塔里木河流域水库除险加固排序初始指标序号指标名称类型1库容坝高定量2坝型系数定性3坝顶长度定量4坝顶宽度定量5地震峰值加速度定量6运行年数(截至2 0 2 1年)定量7设计灌溉面积定量8年供水量定量9是否存在液化土层定性1 0溃坝概率定量 在表1的1 0个指标中,库容坝高
18、、坝顶长度、坝顶宽度为溃坝损失相关参数,设计灌溉面积、年供18第4 5卷 第4期 林佳奕,等 基于主成分分析法的南疆塔里木河流域水库除险加固排序研究水量为水库效益相关参数.因为水库溃坝概率的基础数据来源于下文中的全国溃坝概率,未详细包含地震对溃坝概率的影响,故地震峰值加速度、是否存在液化土层被认为溃坝概率相关参数;此外,水库坝型、运行年数(截至2 0 2 1年)也被认为溃坝概率相关参数.在表1确定的水库初始指标的基础上,本文采用主成分分析法进行计算排序.2.1 溃坝概率计算本文采用事故树法,通过研究水库的病害特征、病险部位、病险程度、地质情况等资料,确定可能的溃坝路径.然后基于全国溃坝数据与新
19、疆溃坝特征绘制事故树,在具有一定合理性的前提下尽量简洁地计算出溃坝概率1 4-1 7.从1 9 5 4年至今,我国溃坝分为3个阶段:1 9 5 41 9 8 0年为溃坝高发阶段,1 9 8 11 9 9 9年为显著下降阶段,2 0 0 0年至今为渐趋稳定阶段1 8.根据盛金保对我国溃坝数据的统计1 9,在渐趋稳定阶段,新疆的溃坝概率是全国溃坝率的1 5倍,见表2.表2 渐趋稳定阶段新疆塔里木河流域水库溃坝概率及成因序号分类溃坝原因2 0 0 02 0 1 8年 全国溃坝数/座 比例/%全国失效概率/1 0-4新疆失效概率/1 0-41漫顶超标准洪水4 55 3.5 70.2 4 03.5 9
20、5泄洪能力不足22.3 80.0 1 10.1 6 02质量问题稳定问题55.9 50.0 2 60.3 9 9渗流问题2 42 8.5 70.1 2 81.9 1 73管理不当超蓄22.3 80.0 1 10.1 6 0维护运用不良11.1 90.0 0 50.0 8 0溢洪道未及时拆除无人管理4其他库区或溢洪道塌方11.1 90.0 0 50.0 8 0人工扒坝工程设计布置不当11.1 90.0 0 50.0 8 0上游垮坝其他33.5 70.0 1 60.2 4 0原因不详总和8 41 0 0.0 00.4 4 76.7 1 1 渐趋稳定阶段新疆塔里木河流域土石坝溃决事故树构建如图1所示
21、.图1 新疆塔里木河流域土石坝溃决事件树模型(渐趋稳定阶段)由于塔里木河流域水库地处南疆,政治敏感度高,对工程安全更为重视,故将恐怖袭击概率带入考虑.恐怖袭击概率基于新疆水库溃坝数据2 0和全国溃坝数据按比例推算出为0.5 2 21 0-4.由于在比例换算过程中,将一些小概率溃坝事故统一归类于恐怖袭击导致的溃坝,故实际恐怖袭击概率较0.5 2 21 0-4更小,此溃坝概率偏向于安全.2.2 水库除险加固初始指标计算结果基于主成分分析法,将表1所列1 0个初始指标代入M a t l a b程序进行运算分析.其中,水库坝型和是否存在液化土层两个定性指标通过专家讨论,充分考虑塔里木河流域的特殊气候与
22、地质环境,转化为如下定性指标:(1)黏土心墙坝=4,均质土坝=5;(2)不存在液化土层=1,存在液化土层=3.主成分的贡献率与累计贡献率见表3.表3 水库各主成分贡献率与累计贡献率主成分编号贡献率/%累计贡献率/%13 1.6 7 6 23 1.6 7 6 222 0.5 7 9 75 2.2 5 5 931 3.3 2 0 26 5.5 7 6 141 1.2 5 5 87 6.8 3 1 957.6 2 1 78 4.4 5 3 565.3 5 5 38 9.8 0 8 874.7 3 3 39 4.5 4 2 183.5 1 2 59 8.0 5 4 591.7 6 7 69 9.8 2
23、 2 21 00.1 7 7 81 0 0.0 0 0 0 根据计算结果,选取前4个主成分进行分析,各初始指标主成分信息见表4.28三 峡 大 学 学 报(自 然 科 学 版)2 0 2 3年8月表4 水库除险加固指标主成分信息名称累计方差贡献率/%主成分表达式第一主成分3 1.6 7 6 2(0.4 3 9 7)C1(库容坝高)+(-0.4 8 2 5)C2(坝型系数)+(-0.0 3 0 6)C3(坝顶长度/m)+(0.3 6 4 5)C4(坝顶宽度/m)+(0.1 0 9 2)C5(地震峰值加速度/g)+(-0.3 4 0 3)C6(截至2 0 2 1年运行年数)+(0.4 6 2 2)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 成分 分析 南疆 塔里木河 流域 水库 加固 排序 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。