技术领域
[0001] 本
发明涉及水利工程领域，具体涉及一种引调水工程运行过程的风险识别方法。
背景技术
[0002] 风险管理的思想最早产生于18世纪，由法国学者Heni Fayol(1982)提出，并应该用于企业管理中。进入20世纪以后，德国和美国开始在经济中应用风险管理，并由美国管理协会保险部率先提出了风险管理的概念，之后更多学者参与到研究中来，逐步形成了相关的基本理论、观点、方法和求解问题的
框架等，随后提出了风险的概念。我国风险管理的起步是在20世纪80年代，以清华大学郭仲伟教授出版《风险分析与决策》为标志，书中介绍了大型工程项目的分析方法。目前风险应用已由最初的经济领域发展到保险、航天、医学、社会、工程等各个领域广泛应用。
[0003] 风险的概念大致分为狭义和广义两种，狭义风险侧重风险后果不确定性，将风险看做发生概率与其后果的函数；广义风险侧重风险的不确定性，认为风险可能带来威胁也可能带来机会(李爱花2009)，但在工程风险研究中更侧重于风险后果的研究。
[0004] 水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和
地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、
水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、
鱼道等不同类型的水工
建筑物，以实现其目标。因此对水利工程进行风险识别及排查，将有利于保证其正常工作。
发明内容
[0005] 针对
现有技术中的上述不足，本发明提供的一种引调水工程运行过程的风险识别方法可以对引调水工程运行过程中的风险进行识别。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 提供一种引调水工程运行过程的风险识别方法，其包括以下步骤：
[0008] S1、获取引调水工程失效时的历史数据；
[0009] S2、根据目标引调水工程的建设情况获取其存在的失效模式；
[0010] S3、根据目标引调水工程存在的失效模式和历史数据获取引起其失效的失效原因，以及形成失效原因的因素；
[0011] S4、采用网络拓扑分析方法将形成失效原因的因素、失效原因、失效模式和目标引调水工程
整理为风险网络拓扑图；
[0012] S5、根据风险网络拓扑图的拓扑关系建立第一关联矩阵来表示形成失效原因的因素与失效原因之间的关系，建立第二关联矩阵来表示不同失效原因之间的关系；
[0013] S6、通过第一关联矩阵与一个元素均为1的向量相乘，得到形成失效原因的因素对失效原因的作用的矩阵，或得到失效原因与形成失效原因的因素的关系的矩阵；通过第二关联矩阵与一个元素均为1的向量相乘，得到每种失效原因对其他失效原因影响的矩阵，或得到每种失效原因受其他失效原因影响的矩阵；
[0014] S7、根据步骤S6得到的矩阵对目标引调水工程运行过程中的风险进行匹配识别。
[0015] 进一步地，引调水工程失效时的历史数据包括失效模式、失效原因和形成失效原因的因素；
[0016] 失效模式包括结构失效、设备失效和水质不达标；
[0017] 失效原因包括明渠边坡滑塌、明渠滑移、明渠沉陷、明渠漫顶、明渠管涌、明渠渗漏、隧洞渗漏、隧洞塌方、隧洞突水突泥、渡槽滑移或倾覆、渡槽渗漏、渡槽漫顶、闸
门失效和
水体污染；
[0018] 表示形成失效原因的因素包括暴雨、融
雪性洪水、冻害、
地震、泥石流、温差过大、软弱围岩、支护破坏、不良土体、地下水水位过高、泥沙杂物淤积、人为破坏、控制不当、材料老化、电源故障、闸门
变形、机电设备故障和毒害物质入渠。
[0019] 进一步地，步骤S4的具体方法为：
[0020] 采用网络拓扑分析方法，将目标引调水工程作为网络的第一层
节点、将失效模式作为网络的第二层节点、将失效原因作为网络的第三层节点、将形成失效原因的因素作为网络的第四层节点，构成目标引调水工程的风险网络拓扑图。
[0021] 进一步地，步骤S5的具体方法为：
[0022] 将形成失效原因的因素进行横向排列，将失效原因纵向排列，得到排列后的第一表格；将失效原因按同样的顺序分别进行横向排列和纵向排列，得到排列后的第一表格；
[0023] 根据风险网络拓扑图的拓扑关系，对于第一表格和第二表格中的每个格点，若该格点对应的两个参数之间有直接关系，则将该格点填值为1，否则将该格点填值为0；
[0024] 取出填值后的第一表格中的每个数值，并按照其相对
位置关系形成第一关联矩阵；取出填值后的第二表格中的每个数值，并按照其相对位置关系形成第二关联矩阵。
[0025] 进一步地，步骤S6的具体方法为：
[0026] 将第一关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到形成失效原因的因素对失效原因的作用的矩阵；
[0027] 将第一关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到失效原因与形成失效原因的因素的关系的矩阵；
[0028] 将第二关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因对其他失效原因影响的矩阵；
[0029] 将第二关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因受其他失效原因影响的矩阵。
[0030] 本发明的有益效果为：本发明通过分析目标引调水工程可能发生的失效模式，全面识别出影响其供水水量和水质的失效原因与形成失效原因的因素；然后，创新构建了失效原因与形成失效原因的因素、失效原因与失效原因间的关联矩阵，利用该矩阵结合当前的环境因素可对即将到来的风险进行预警。当目标引调水工程出现故障时，也可以通过该矩阵和具体故障快速
定位引起故障的原因，便于快速解决问题。
附图说明
[0031] 图1为本发明的流程示意图；
[0032] 图2为北疆某输水渠道示意图；
[0033] 图3为该输水工程的风险网络拓扑图。
具体实施方式
[0034] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于
本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的
权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0035] 如图1所示，该引调水工程运行过程的风险识别方法包括以下步骤：
[0036] S1、获取引调水工程失效时的历史数据；
[0037] S2、根据目标引调水工程的建设情况获取其存在的失效模式；
[0038] S3、根据目标引调水工程存在的失效模式和历史数据获取引起其失效的失效原因，以及形成失效原因的因素；
[0039] S4、采用网络拓扑分析方法将形成失效原因的因素、失效原因、失效模式和目标引调水工程整理为风险网络拓扑图；
[0040] S5、根据风险网络拓扑图的拓扑关系建立第一关联矩阵来表示形成失效原因的因素与失效原因之间的关系，建立第二关联矩阵来表示不同失效原因之间的关系；
[0041] S6、通过第一关联矩阵与一个元素均为1的向量相乘，得到形成失效原因的因素对失效原因的作用的矩阵，或得到失效原因与形成失效原因的因素的关系的矩阵；通过第二关联矩阵与一个元素均为1的向量相乘，得到每种失效原因对其他失效原因影响的矩阵，或得到每种失效原因受其他失效原因影响的矩阵；
[0042] S7、根据步骤S6得到的矩阵对目标引调水工程运行过程中的风险进行匹配识别。
[0043] 引调水工程失效时的历史数据包括失效模式、失效原因和形成失效原因的因素；失效模式包括结构失效、设备失效和水质不达标；失效原因包括明渠边坡滑塌、明渠滑移、明渠沉陷、明渠漫顶、明渠管涌、明渠渗漏、隧洞渗漏、隧洞塌方、隧洞突水突泥、渡槽滑移或倾覆、渡槽渗漏、渡槽漫顶、闸门失效和水体污染；表示形成失效原因的因素包括暴雨、融雪性洪水、冻害、地震、泥石流、温差过大、软弱围岩、支护破坏、不良土体、地下水水位过高、泥沙杂物淤积、人为破坏、控制不当、材料老化、电源故障、闸门变形、机电设备故障和毒害物质入渠。
[0044] 步骤S4的具体方法为：采用网络拓扑分析方法，将目标引调水工程作为网络的第一层节点、将失效模式作为网络的第二层节点、将失效原因作为网络的第三层节点、将形成失效原因的因素作为网络的第四层节点，构成目标引调水工程的风险网络拓扑图。
[0045] 步骤S5的具体方法为：将形成失效原因的因素进行横向排列，将失效原因纵向排列，得到排列后的第一表格；将失效原因按同样的顺序分别进行横向排列和纵向排列，得到排列后的第一表格；根据风险网络拓扑图的拓扑关系，对于第一表格和第二表格中的每个格点，若该格点对应的两个参数之间有直接关系，则将该格点填值为1，否则将该格点填值为0；取出填值后的第一表格中的每个数值，并按照其相对位置关系形成第一关联矩阵；取出填值后的第二表格中的每个数值，并按照其相对位置关系形成第二关联矩阵。
[0046] 步骤S6的具体方法为：将第一关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到形成失效原因的因素对失效原因的作用的矩阵；将第一关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到失效原因与形成失效原因的因素的关系的矩阵；将第二关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因对其他失效原因影响的矩阵；将第二关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因受其他失效原因影响的矩阵。
[0047] 在本发明的一个
实施例中，北疆某输水渠道是解决乌鲁木齐经济区和北疆油田用水困难的重要工程，渠道承担着为沿线工业、农业和生态环境供水的任务，该工程自2000年运行以来，为北疆地区的经济繁荣和发展注入了强大活
力，产生了显著的经济效益、民生效益和生态效益。北疆某输水工程为大(2)型Ⅱ等工程，地处戈壁荒漠地区，全长135.8km，以明渠为主，有2处无压隧洞、1处渡槽，8处闸门，此外渠道上方有10处排洪涵洞、7处过流涵洞及14座公路桥与其立交，渠道沿线有多条冲沟与其
正交，其工程示意图如图2所示。根据不同性质及功能可将该输水工程分为三部分：结构部分(明渠、隧洞和渡槽)、设备部分(闸门)及水体部分。
[0048] 首先通过实际运行资料及文献，总结其可能发生的失效模式。通过查阅2011-2016年工程运行年鉴，工程运行期间发生的破坏有：水毁破坏、渠坡滑坡、衬砌面板破坏、渠底鼓胀、沉陷等；查阅文献(杨元红等2018；贡力2014；杜霞等2011；熊志刚2011；黄永江2004；陈永红2003；郭吉芹1991)中出现的渠道失效模式，按照破坏作用对象类型对输水工程的失效模式进行分类，可将该输水工程的失效模式可归结为三种：结构失效、设备失效和水质不达标。
[0049] 北疆某输水工程结构失稳失事主要是渠道滑坡、渠道滑移、渠道沉陷、隧洞塌方、渡槽滑移和倾覆，渠道滑坡和沉陷是渠道发生较多的破坏，暴雨、融雪性洪水、地震、冻害等自然风险因子，不良土体、软弱围岩、支护破坏、人为破坏等都能引起工程结构的失稳；造成渠道滑移和渡槽滑移倾覆的原因主要是
基础破坏或外力破坏，工程本身不良地基、暴雨、洪水的冲刷及地震都可能会导致滑移或倾覆发生。漫顶主要发生在明渠段和渡槽，引起漫顶的原因一方面可能是因为暴雨、融雪性洪水等引起的水量增多，还有可能是由于泥石流、泥沙淤积、异物淤堵渠道等引起的过流不畅，此外输水工程控制不当也会导致漫顶发生。工程渗透水一方面表现为渠道、隧洞和渡槽向
外渗水，另一面为渠道、隧洞外的水向渠内渗透，渗漏主要是由于温差、冻害、材料老化引起的渠道裂缝或止水破损导致的，渗透主要是因为地下水水位抬高或地表水强补给引起的。
[0050] 北疆某输水渠道的设备部分为闸门，对闸门来说其失效原因主要是指闸门无法正常启闭，达不到控制水位和流量的目的。因渠道处于戈壁荒漠区，基础设施不够完备，闸门供电电源只有2座闸门为双回路供电，其余为单回路供电，所有闸门的备用电源由2台机动柴油发
电机提供，当外部供电系统和备用电源同时发生故障时，会导致闸门无法正常启闭。当闸门受到人为破坏、门叶或轨道变形、低温运行时结
冰或机电设备发生故障，也会导致闸门无法正常启闭。
[0051] 输水工程正常运行不仅要保障输水水量还要保障输水水质满足使用要求。北疆某输水工程渠线长，且渠道沿渠修有伴渠公路，渠道上方有多处涵洞和公路立交，在输水过程中可能会发生水体污染。渠道周围无农田、工厂等，可能导致水体污染的因素主要是雨洪入渠、地下水渗透及化学品或石油等毒害物质入渠。
[0052] 由上可见，影响该输水工程综合风险的因素有结构失效、设备失效和水质不达标。闸门无法正常启闭导致对水流失去调节作用，可能会导致渠道发生漫顶；管涌和突水突泥可能会导致水体污染；失稳、漫顶和渗透水都会导致结构失效，据此由下往上确定节点与节点之间相互依赖关系，建立如图3所示的北疆某输水工程运行综合风险网络拓扑图，共28个风险节点。根据风险网络拓扑图，可得到该输水工程的第一关联矩阵和第二关联矩阵，分别如表1和表2所示，表中D1到D14分别为形成失效原因的因素；R1到R14分别为失效原因。
[0053] 表1：该输水工程的第一关联矩阵
[0054]
[0055]
[0056] 表2：该输水工程的第二关联矩阵
[0057]
[0058] 将第一关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到形成失效原因的因素对失效原因的作用的矩阵B1＝[6,6,7,5,2,3,1,1,4,3,2,2,2,3,1,1,1,1]。由矩阵B1可以看出冻害可直接引发7种失效原因，暴雨和融雪性洪水分别可直接引发6种失效原因，地震可直接引发5种失效原因，不良土体可直接引发4种失效原因，温差过大、地下水水位过高可直接引发3种失效原因，泥石流、泥沙杂物淤积、人为破坏和控制不当可直接引发2中失效原因，软弱围岩、支护破坏、电源故障、闸门变形、机电设备故障、化学品或石油等毒害物质入渠可直接引发1种失效原因。
[0059] 将第一关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到失效原因与形成失效原因的因素的关系的矩阵B2＝[6,3,3,6,1,3,3,5,1,4,2,3,4,5]T。由矩阵B2可以看出分别有6种形成失效原因的因素可直接导致渠道滑坡和漫顶的发生，分别有5种形成失效原因的因素可直接导致隧洞塌方和输水过程中水体污染的发生，分别有4种形成失效原因的因素可直接导致渡槽滑移倾覆和闸门失效的发生，分别有3种形成失效原因的因素可直接导致明渠滑移、沉陷、渗漏和隧洞渗漏、渡槽漫顶的发生，有2种形成失效原因的因素可直接导致渡槽渗漏的发生，分别有1种形成失效原因的因素可直接导致明渠管涌和隧洞突水突泥的发生。
[0060] 将第二关联矩阵左乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因对其他失效原因影响的矩阵C1＝[3,3,4,2,4,4,2,3,2,2,1,2,3,1]。由矩阵C1可以看出明渠沉陷、管涌和渗漏可分别引起4种失效原因的发生，渠道滑坡、明渠滑移、隧洞塌方、闸门失效可分别，引起3种失效原因的发生，明渠漫顶、隧洞渗漏、隧洞突水突泥、渡槽滑移倾覆、毒草漫顶可分别引起2种失效原因的发生。
[0061] 将第二关联矩阵右乘一个元素均为1的向量，得到每种失效原因受其他失效原因影响的矩阵C2＝[5,3,3,4,1,3,1,2,1,2,2,2,5]T。矩阵C2可以看出5种失效原因的发生可进而导致渠道滑坡和输水过程中水体污染的发生，4种失效原因的发生可进而引起明渠漫顶的发生，3种失效原因的发生可进而引起明渠滑移、明渠沉陷明渠渗漏的发生，2种失效原因的发生可进而引起隧洞塌方、渡槽渗漏、渡槽漫顶、闸门失效的发生。
[0062] 结果表明：北疆某输水工程的失效原因有明渠边坡滑塌、明渠滑移、明渠沉陷、隧洞塌方、渡槽滑移倾覆、明渠漫顶、渡槽漫顶、明渠管涌、明渠渗漏、渡槽渗漏、隧洞渗漏、隧洞突水突泥、设备失效和输水水质不达标14种；有暴雨、融雪性洪水、冻害、地震、泥石流、温差过大、软弱围岩、支护破坏、不良土体、地下水水位过高、泥沙杂物淤积、人为破坏、控制不当、材料老化、电源故障、闸门变形、机电设备故障、化学品或石油等毒害物质入渠18项形成失效原因的因素。经分析判断，北疆某输水工程中冻害、暴雨和融雪性洪水可直接引发的失效原因数量最多；可分别引起渠道滑坡漫顶、隧洞塌方、水体污染的形成失效原因的因素数量最多；滑坡和水体污染最易受到其它失效原因的影响；沉陷、管涌和渗漏发生后可引发其它失效原因的数量最多。
[0063] 根据当前天气或环境因素判断可能出现的形成失效原因的因素，结合上述结果，即可得出该输水工程即将可能发生的故障类型，因此可以对相关人员发出预警，便于提前做出故障预案。当故障发生后，相关人员也可以根据当前天气或环境因素判断引起该故障的因素是什么，便于快速修复。
[0064] 综上所述，本发明通过分析目标引调水工程可能发生的失效模式，全面识别出影响其供水水量和水质的失效原因与形成失效原因的因素；然后，创新构建了失效原因与形成失效原因的因素、失效原因与失效原因间的关联矩阵，利用该矩阵结合当前的环境因素可对即将到来的风险进行预警。当目标引调水工程出现故障时，也可以通过该矩阵和具体故障快速定位引起故障的原因，便于快速解决问题。
