羅建輝

(江西省水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，南昌 330001)

0 引 言

渠系工程是保障人民財(cái)產(chǎn)安全及有效抵御洪水災(zāi)害的基礎(chǔ)設(shè)施。外界環(huán)境、施工質(zhì)量、荷載特性等因素均可對(duì)渠系工程安全產(chǎn)生影響，一旦出現(xiàn)垮坡導(dǎo)致渠道雜物、淤泥過(guò)多，導(dǎo)致城市部分區(qū)域無(wú)法排水、排污等將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了全面掌握渠系工程的運(yùn)行現(xiàn)狀，就需要評(píng)價(jià)分析各類風(fēng)險(xiǎn)的災(zāi)害程度以及潛在或固有的危險(xiǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者評(píng)價(jià)分析防洪工程安全的研究較多，考慮不同地區(qū)的實(shí)際情況以及自身的防洪特點(diǎn)，荷蘭、日本等國(guó)家構(gòu)建了適用于本國(guó)的評(píng)價(jià)體系。然而，由于工程特征、自然環(huán)境和氣候條件的差異，加之復(fù)雜多變的防洪工程廣泛分布于我國(guó)各個(gè)地區(qū)，截止當(dāng)前還未建立成熟完善的安全評(píng)價(jià)體系，也缺乏科學(xué)適用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與調(diào)查方法。因此，國(guó)內(nèi)主要采用大壩的相關(guān)方法評(píng)價(jià)防洪工程安全，綜合考慮定量與定性指標(biāo)構(gòu)建防洪安全評(píng)價(jià)體系。

內(nèi)河堤防屬于現(xiàn)有研究的主要對(duì)象，針對(duì)上饒市三江導(dǎo)托渠防洪工程，因其獨(dú)特的地理位置和氣候環(huán)境，淤泥對(duì)渠道產(chǎn)生較大影響，較內(nèi)河堤防其所受荷載、渠道結(jié)構(gòu)均具有明顯差異。通過(guò)對(duì)影響上饒市三江導(dǎo)托渠防洪安全相關(guān)資料的收集，全面了解渠道歷史和現(xiàn)狀損壞情況，從內(nèi)部、外部?jī)蓚€(gè)角度分類識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn)因素，并遵循系統(tǒng)性、層次性、科學(xué)性和獨(dú)立性等原則構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系，然后對(duì)所有參評(píng)因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法確定，采用專家打分法，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料確定各因子評(píng)價(jià)值，最終給出能夠系統(tǒng)反映防洪工程安全狀況的綜合評(píng)價(jià)值。

1 風(fēng)險(xiǎn)因子擬定

在大量總結(jié)工程案例及廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分考慮三江導(dǎo)托渠的破壞特點(diǎn)，初步識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn)因素。通過(guò)對(duì)各種失事模式下渠系工程影響因素的歸納分析，從內(nèi)部、外部?jī)蓚€(gè)角度分析各類風(fēng)險(xiǎn)，其中施工質(zhì)量、保灘護(hù)坡、堤基特性、堤身特性和護(hù)坡等屬于內(nèi)部因素，而其他因素及荷載特性屬于外部因素。本文將識(shí)別的各種風(fēng)險(xiǎn)因素按照層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式組合，由此構(gòu)造防洪工程梯階層次綜合評(píng)價(jià)體系，見(jiàn)表1。

表1 防洪工程綜合評(píng)價(jià)體系

2 改進(jìn)的AHP-熵權(quán)耦合法

2.1 耦合權(quán)重的確定

科學(xué)合理地確定指標(biāo)權(quán)重是防洪工程安全評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，總體上可以將常用的權(quán)重計(jì)算方法分為主觀、客觀權(quán)重法兩類。主觀權(quán)重法體現(xiàn)了決策者的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與個(gè)人偏好，如AHP法、專家咨詢法和乘積標(biāo)度法等，這類方法往往導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在明顯的偏差；客觀權(quán)重法以客觀實(shí)際為載體，提取參數(shù)的有效信息，并且具有成熟完善的運(yùn)算流程和理論體系，如因子分析法、投影尋蹤法、BP網(wǎng)絡(luò)法和熵權(quán)法等，此類方法未考慮決策者的主觀判斷，致使評(píng)價(jià)結(jié)果通常存在較大誤差。為了綜合考慮主觀的經(jīng)驗(yàn)判斷以及客觀的數(shù)據(jù)信息，本文對(duì)所有參評(píng)因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進(jìn)的模糊層次分析法(FAHP法)確定。

對(duì)于多目標(biāo)決策問(wèn)題的分析，改進(jìn)的模糊層次分析法具有更好的適用性，該方法存在迭代速度快、理論清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)的層次分析法存在的主觀隨意性。采用改進(jìn)的FAHP法求解各參評(píng)因子權(quán)重時(shí)，主要依據(jù)0.1～0.9標(biāo)度法評(píng)定優(yōu)先判斷矩陣F={fij}n×n的因素重要度，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 重要性標(biāo)度準(zhǔn)則

熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的主要依據(jù)為各參評(píng)因子能夠提供有效信息量的多少，而熵是衡量信息系統(tǒng)離散程度的重要參數(shù)。采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，參評(píng)因子提供的有效信息量越大則該指標(biāo)的信息熵值越小，其重要度越高賦予的權(quán)值就越大；反之，參評(píng)因子提供的有效信息量越小則其信息熵值越大，其重要度越低賦予的權(quán)值越小。熵權(quán)法能夠最大程度地降低主觀因素的干擾，保證防洪工程安全評(píng)價(jià)的客觀真實(shí)性。

將n個(gè)防洪工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)利用改進(jìn)的模糊層次分析法和熵權(quán)法分別進(jìn)行計(jì)算，如Ws=[ws1,ws2,…,wsn]T、Wo=[wo1,wo2,…,won]T。為了使得組合權(quán)重的偏差達(dá)到最小，對(duì)熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法按照最小相對(duì)信息熵原理構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，即：

(1)

然后利用拉格朗日乘法算子對(duì)熵權(quán)法、改進(jìn)FAHP法求解的權(quán)值相耦合，以目標(biāo)函數(shù)為約束條件獲取所有參評(píng)因子的綜合權(quán)重，其計(jì)算式為：

(2)

2.2 安全評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)大壩安全評(píng)價(jià)通用標(biāo)準(zhǔn)以及《堤防工程安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，結(jié)合防洪工程實(shí)際情況合理劃分安全評(píng)價(jià)等級(jí)，見(jiàn)表3。

表3 堤防安全評(píng)價(jià)等級(jí)

2.3 防洪安全綜合評(píng)價(jià)

結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，利用專家打分法確定所有參評(píng)指標(biāo)的初始數(shù)值，按百分制賦予相應(yīng)的數(shù)值Li，并運(yùn)用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法獲取各因子組合權(quán)重。然后利用以下公式，求解能夠綜合反映防洪工程安全現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)值S，即：

(3)

式中：Li、Zi分別為各項(xiàng)參評(píng)因子的評(píng)分值及其組合權(quán)重；S為反映防洪工程安全水平的綜合評(píng)價(jià)值。

3 工程案例

3.1 工程概況

在保護(hù)沿河居民安全、改善周邊景觀環(huán)境、推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)等方面，三江導(dǎo)托渠防洪工程發(fā)揮著重要作用。為進(jìn)一步提升渠道的防內(nèi)澇能力以及更好地控制河流走勢(shì)，上饒市水利部門批準(zhǔn)實(shí)施了三江導(dǎo)托渠改擴(kuò)建工程。

三江導(dǎo)托渠改擴(kuò)建工程位于上饒市區(qū)內(nèi)，工程對(duì)外交通條件良好，距離市中心10 km。工程改擴(kuò)建渠道總長(zhǎng)7 212 m，新建進(jìn)口閘、攔水堰(閘)各一座，進(jìn)口與豐溪河連通，下游與已實(shí)施的三江導(dǎo)托渠延伸段連通。攔水堰(閘)為寬22.5 m的溢流堰和寬6.0 m的水力自控翻板門，新建6座人行便橋、24座公路橋及3座水閘上部橋；下洲調(diào)蓄池總面積為6.667 hm2，主要建筑物有出口閘、攔水閘、隔堤、岸線、下洲支渠閘、排水涵管和下洲調(diào)蓄池(含下洲支渠)。根據(jù)景觀設(shè)計(jì)，調(diào)蓄池岸線長(zhǎng)0.93 km，隔堤長(zhǎng)150 m，排水涵管長(zhǎng)420 m，內(nèi)徑1.5 m，隔堤設(shè)孔口尺寸寬4 m×高2.5 m的攔水閘。項(xiàng)目沿渠線進(jìn)行雕塑、綠化、景觀和燈光照明等設(shè)計(jì)，綠地、園路、鋪裝、休閑商業(yè)街與游客中心面積分別為257 378.1、77 330、57 726和14 328.84 m2，配套建設(shè)碼頭7處、停車場(chǎng)、指示牌、警示牌及垃圾箱等設(shè)施。

上饒市三江導(dǎo)托渠工程存在全線監(jiān)測(cè)難度大、堤線較長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、影響因素多、情況復(fù)雜等特點(diǎn)，結(jié)合調(diào)查分析資料和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，采用專家打分法對(duì)所有風(fēng)險(xiǎn)因子賦予相應(yīng)的分值，見(jiàn)表4。

表4 遼河昌圖縣河段防洪安全評(píng)分

3.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

依據(jù)0.1～0.9標(biāo)度準(zhǔn)則和各要素間的相對(duì)貢獻(xiàn)率，采用專家評(píng)分法，構(gòu)造防洪工程安全評(píng)價(jià)優(yōu)先判斷矩陣：

采用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的組合權(quán)重如下：A-B:(0.720,0.280)T、B1-C:(0.315,0.277,0.246,0.162)T、B2-C:(0.632,0.368)T、C1-D:(0.310,0.217,0.266,0.207)T、C2-D:(0.245,0.447,0.308)T、C3-D:(0.192,0.448,0.360)T、C4-E:(0.566,0.434)T、C5-E:(0.470,0.530)T、C6-E:(0.405,0.321,0.274)T。

3.3 防洪安全評(píng)價(jià)

利用專家打分法，按照工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因子賦予相應(yīng)的評(píng)分值；然后利用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)組合權(quán)重，通過(guò)加權(quán)運(yùn)算獲取能夠反映防洪工程安全狀況的綜合評(píng)價(jià)值為85.748，見(jiàn)表5。

表5 遼河建昌縣河段防洪安全綜合評(píng)價(jià)值

根據(jù)求解的綜合評(píng)價(jià)值和劃分的安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，上饒市三江導(dǎo)托渠防洪工程達(dá)到較好安全等級(jí)。結(jié)合各風(fēng)險(xiǎn)因子排序情況，渠系工程安全主要受保灘護(hù)堤、堤頂高程、滲控措施、水位、風(fēng)暴潮等因素影響，同時(shí)與生態(tài)防護(hù)、施工質(zhì)量和堤基處理等因素相關(guān)。采用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法能夠客觀、準(zhǔn)確地反映渠系工程運(yùn)行情況，保證安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性，可為區(qū)域防洪規(guī)劃和堤防加固整治提供決策依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 本文以上饒市三江導(dǎo)托渠改擴(kuò)建工程為例，結(jié)合淤泥對(duì)渠系工程長(zhǎng)期影響的特點(diǎn)，并依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料和區(qū)域氣候條件，在大量總結(jié)工程案例及廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，從荷載特性、施工質(zhì)量、堤基特性、堤身特性等方面構(gòu)建多目標(biāo)多層次評(píng)價(jià)體系，對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進(jìn)的FAHP法確定。

2) 依據(jù)大壩安全評(píng)價(jià)通用標(biāo)準(zhǔn)和堤防安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則，結(jié)合渠系工程實(shí)際情況以及導(dǎo)托渠保護(hù)范圍內(nèi)的目標(biāo)，考慮區(qū)域防洪規(guī)劃合理確定安全評(píng)價(jià)等級(jí)，然后利用專家打分法按照百分制和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況賦予相應(yīng)的分值，最終獲取能夠客觀、全面反映渠系工程現(xiàn)狀的綜合評(píng)價(jià)值。通過(guò)分類識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn)因子構(gòu)建的多目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，可為科學(xué)化、定量化論證導(dǎo)托渠改擴(kuò)建工程方案提供指導(dǎo)。