主成分研究法在震损水库综合评价中应用

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1、主成分研究法在震损水库综合评价中应用　　摘要：震损水库综合评价涉及到很多因素，他们都是互相关联的。本文选取四川省四座水库，采用主成分分析法对他们进行综合评价。最终得到他们的综合得分，对他们进行排序，评价结果客观合理。通过研究发现，该方法能够客观地反映震损水库险情程度，使用起来也很方便，为震损水库管理提供了一定的技术支持。关键词：主成分分析法；震损水库；综合评价；特征值；特征向量；贡献率；累计频率中图分类号：P343文献标识码：A文章编号：1研究背景2008年5月12日14时28分，四川汶川县发生罕见的特大地震，震中烈度达到XI度。伤亡之重，损失之大，影响之广，震惊世界。在震后检

2、查中，震损水库按险情等级分为4级：溃坝险情、高危险情、次高危险情和轻微险情。本文在采用这4级划分标准[1-2]的基础上，采用主成分分析的方法，以4座水库为例，将主成分分析理论应用于震损水库综合评价中，以综合因子的贡献率确定主成分和权重，得到综合评价函数以及综合得分，结合评价标准最终确定震损水库险情等级，以定量的数值较完整地反映震损水库险情的综合水平，为震损水库处理提供技术支撑。52震损水库综合评价指标体系根据震损水库现场检查及综合分析，考虑评价指标的完备性和针对性，从坝体裂缝、坝体滑坡、大坝变形量、坝体渗流、泄水建筑物损坏和其它破坏这6个评价要素中选取了15个评价指标[3]，如

3、图1。（1）坝体裂缝。大坝出现裂缝，是水库面临险情的征兆；因此大坝裂缝情况是反映水库震损程度的重要指标。裂缝最大长度X1、最大宽度X2、最大深度X3和裂缝数量X4较为全面地说明了坝体裂缝状况。（2）坝体滑坡。导致水库漫顶的原因很复杂，一座水库出现漫顶往往是多种原因共同作用的，大多数情况下坝体滑坡正是原因之一。对于震损水库，应当格外关注坝体滑坡。因此，选用总滑坡面积比X5和最大滑坡面积比X6来评价坝体滑坡。（3）大坝变形量。该要素主要表现为大坝的沉降和水平向位移，过度的变形将产生裂缝，威胁大坝的安全。其评价指标包括最大沉陷量与坝高之比X7，最大位移量与坝高之比X8。（4）坝体渗流

4、。整个坝体的渗流情况是大坝运行状况的主要体现之一，可从管涌程度X9和散浸程度X10来衡量。5（5）泄水建筑物损坏。泄水建筑物主要指溢洪道和泄洪洞，因此该要素主要包括溢洪道破坏程度X11和泄洪洞破坏程度X12。（6）其他破坏。该要素集中表现在坝顶设施、监测设施和水电站这三方面，评价指标选取坝顶设施破坏X13、监测设施破坏X14和水电站破坏X15。3指标分级及阀值的说明为了对震损水库进行定量评价，需要将定性描述转化为定量分析，这就需要对其进行赋值。根据险情等级，对评价指标进行分级，管涌程度、散浸程度、溢洪道破坏程度、泄洪洞破坏程度、坝顶设施破坏、监测设施破坏、水电站破坏7个指标分成

5、四级：轻微险情（0，1，次高危险情（1，2，高危险情（2，3，溃坝险情（3，4。4主成分分析法主成分分析法是利用降维的思想，通过对原始指标相关矩阵内部结果关系的研究，将原主指标重新组合成一组新的相互无关的指标，从中选取几个综合指标来反映原始指标的信息[4]。4.1评价步骤1、将原始数据按照式（2）进行标准化处理，以消除变量之间在数量级上或量纲上的差异。（2）其中。2、计算标准化数据的相关矩阵53、求相关矩阵R的特征值和特征向量[7-9]．令求得特征值、特征向量、特征值贡献率和累计贡献率．4、选择累计贡献率不小于85％且特征值大于l的前m(m大洋沟>武桐>印合。6结论(1)在对大

6、坝风险后果进行综合评价时，多个评价指标问题是经常遇到的，然而在一般情况下，不同指标之间具有一定的相关性，主成分分析法正是根据这一特点，用较少的指标来代替原来较多的指标，并使这些较少的指标尽可能地反映原来指标的信息，从根本上解决了指标间的信息重叠问题，大大简化原指标体系的指标结构。(2)在主成分分析法中，各因子的权重不是人为确定的，而是根据各因子的贡献率大小确定的。这就克服了某些评价方法中人为确定权重的缺陷，使得综合评价结果唯一，而且客观合理。(3)实际应用表明，该方法具有推理过程严密、简便等特点，从而为大坝风险后果综合评价提供了一种新的途径。参考文献：[1]景立平,陈国兴,李永

7、强,汤皓.汶川8.0级地震水坝震害调查.地震工程与工程振动,2009,29(1):14～23.5[2]柳景华，杨火平．震损水库险情判别标准及方法的初步探讨[J]．人民长江，2008，39(22)：21-22．[3]李雷，王仁钟，盛金保等．大坝风险评价与风险管理[M]．北京：中国水利水电出版社，2006：22-28.[4]FuwK，DrewDS，LoHP．Competitivenessofinexperiencedandexperiencedcontractorsinbidding[J]．Jo