龙岩　雷晓辉

摘要：针对长距离输水工程，提出了应急调控过程中影响闸门调控效果的6项指标，包括调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程的影响；然后利用层次分析法建立和量化影响闸门调控效果的各项指标，并引入灰色定权聚类方法对闸门调控方式进行灰色分类，建立三角白化权函数，更能准确地确定闸门调控方式。最后以南水北调中线总干渠京石应急段起点至西黑山分水口之间的渠道为例，运用AHP灰色定权聚类方法，确定了中线工程应急调控过程中较为合理的闸门调控方式为同步闭闸。

关键词：长距离输水工程；层次分析法；灰色定权聚类；白化权函数；闸门应急调控

中图分类号：TV133；X522文献标识码：A文章编号：

16721683（2018）04018405

Study on emergency gate control in long distance water transfer project based on AHPGrey fixed weight clustering

LONG Yan1，2，LEI Xiaohui1，XU Guobin2，QUAN Jin1，LI Youming3

（

1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China；3.BGI Engineering Consultants Ltd，Beijing 100038，China）

Abstract：

[JP+3]For longdistance water transfer projects，we proposed six indexes which affect the effects of gate control in emergency regulation.The six indexes include control time，sphere of pollution after control，peak concentration of pollutants after control，cost of control，difficulty level of control，and impact of control on the project.Then we used the analytic hierarchy process to establish and quantify these indexes，and adopted the gray fixed weight clustering method to conduct gray classification of the gate control modes.We established the triangular whitening weight function so as to determine the gate control mode more accurately.Finally，taking the channel from the start of the emergency section of the main canal of the Middle Route of SouthtoNorth Water Transfer Project to the Xiheishan offtake as a case study，using the AHPgrey fixed weight clustering method，we determined that synchronous gate closure is a more reasonable control mode in emergency regulation of the Middle Route project.

Key words：

long distance water transfer project；analytic hierarchy process；grey fixedweight clustering；whitening weight function；emergency gate control

由于我國水资源时空分布不均匀，使许多地区出现严重缺水现象，并且经济发展也受到制约，因此产生了调水需求[1]。针对此问题，我国已建跨流域输水工程20余座，如南水北调工程[2]、引滦入津工程、引黄济青、引松入长等。正是由于这些跨流域工程沿线有众多输水建筑物，易导致突发水污染事件发生[34]。目前国内外学者对污染物输移扩散研究较多，如作者已经分析了同、异步闭闸调控方式下污染物输移扩散规律[5]，同时也对如何快速预测污染物扩散范围进行研究[6]，TANG等[7]对南水北调中线工程正常输水情况下污染物变化规律进行研究；但是一旦发生突发水污染事件，如果不能快速有效的确定闸门的调控方式，将会导致调控方案出现偏差，延误救援时机。许多学者也针对突发水污染事件提出了一些应急调控决策模型[89]，在这些模型中，闸门的调控方式是重要的组成要素，因此对长距离输水工程突发水污染事件闸门应急调控方式进行研究[10]，将有利于应急调控及应急处置。

闭闸调控方式的选取主要依赖于闸门调控效果和操作技术。不同输水工程的沿线建筑物、水力控制等条件不同，所选择的闸门调控方式的调控效果和操作技术水平相差很大。为了有效控制污染物扩散，减小经济损失，需根据输水工程的实际情况选取操作技术容易、调控效果最好的闭闸调控方式[11]。因此为了针对不同的闭闸调控方式的优劣做出客观、定量的综合评价，文中引入了灰色白化权函数聚类分析方法。灰色白化权函数聚类又分为灰色变权聚类与灰色定权聚类两种方法，其中灰色变权聚类适合于指标的意义、量纲皆相同的情况；灰色定权聚类则适合于聚类指标的意义、量纲不同，并且不同指标的样本值在数量上相差较大的情况[1214]。而层次分析法（AHP）的多级分层结构体系[1517]，将影响闭闸调控效果的多状态变量转换为单状态变量进行评估，使闭闸调控效果定位易于实现，同时能定量给出状态评估结果。因此，本文将AHP与灰色聚类分析相结合，确定长距离输水工程应急调控过程中闸门调控方式，并以南水北调中线京石应急段为例验证了此方法在长距离输水工程突发水污染事件应急调控过程中的科学有效性。

1模型构建

模型的具体思路是根据决策者的判断信息，利用AHP确定各指标的权重，然后利用白化权函数进行灰色聚类，最后根据综合聚类系数，判断适用于长距离输水工程的闭闸调控方式。其具体步骤为：

2案例分析

本文选取南水北调中线总干渠京石应急段起点至西黑山分水口之间的渠道为研究对象[25]。具体说明了基于AHP三角白化权函数的灰色聚类综合评价方法与过程。

（1） 闭闸调控评估体系的确定。

闭闸调控方式分为同步闭闸调控、异步闭闸之“上游先关闭”和异步闭闸之“下游先关闭”，这三种方法为聚类对象，取调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程影响为指标；按照好、较好、差三类进行分类。每个聚类对象关于各聚类指标的观测值矩阵为X=（xij）3×5，应急决策者需要根据观测值xij对相应的调控方式进行评估、判断，确定所属灰类，从而确定闭闸调控方式。影响闸门调控效果的因素很多，而且各因素的影响程度各不相同，因此，指标的选取原则是能直观地反映闸门调控效果。为了满足闭闸调控方式评估的需要，本文所建立的评估体系见图1。

将各个指标得分转化为百分制，分为好、较好和差3个灰类，通过AHP方法对各项指标进行专家调查得到闭闸调控评估判断矩阵A，通过和法对矩阵A进行求解得到调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程影响的权重分别为03536，00636，01944，01645，01201，01038。

（2） 评价矩阵的建立。

本文假设南水北调中线总干渠京石应急段起点至西黑山分水口段发生突发水污染事件，事件发生后闸门进行紧急调控，对这3种闭闸调控方式进行评价研究，评分标准见表1；其各指标实现值见表2。

从表4中可以看出，在长距离输水工程中，同步闭闸调控属于“好”灰类，异步闭闸之“上游先关闭”属于“较好”灰类，而异步闭闸之“下游先关闭”属于“差”灰类，说明在长距离输水工程應急调控中需同时关闭上下游节制闸。从实际情况来看，对于多渠段的明渠输水工程，异步闭闸可有效降低水位波动对渠道岸边的破坏，但是闭闸调控的总时间过长，这样一旦发生重大污染事故，不利于污染物的控制；并且同步闭闸调控较异步闭闸调控更能有效控制污染范围。因此，在长距离输水工程应急调控过程中，较为合理的闸门调控方式为同步闭闸，这一结论与练继建[3]等人提出的突发水污染事件下，长距离明渠输水工程中控制污染范围的应急调控方式为同步闭闸调控方式是一致的。

3结论

在长距离输水工程应急调控过程中，考虑闸门调控方式对调控效果的影响，提出了调控时间、调控后污染范围、调控后污染物峰值浓度、调控成本、操作难易程度及调控对工程影响等影响因素。利用AHP建立闭闸调控评估体系，并通过构建三角白化权函数确定闸门的调控方式，最后以南水北调中线京石应急段为例，通过AHP灰色聚类分析，得到在应急调控中需同时关闭上下游节制闸；同时，可将该闸门调控方法直接应用于调控系统中，这样可以有效的控制污染物扩散，降低污染事故影响。

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