基于模糊層次分析法的防洪安全評價研究

趙淑杰 ，張利 ，劉丹 ，康健

（1.遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧 沈陽 110003；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003）

1 防洪安全評價

目前評價方法很多，常用的是將定量和定性相結(jié)合的方法。這種方法可以更加科學(xué)、深入的分析問題，得出合理的結(jié)果。因此，文中將采用模糊層次分析法，對防洪安全進行綜合評價[1]。

模糊層次分析法[2]，是將模糊數(shù)學(xué)理論引用到層次分析法中，使定性指標和定量指標有機地結(jié)合起來，構(gòu)造出模糊一致性判斷矩陣，計算出各指標的權(quán)重集。由于模糊層次分析法的判斷矩陣具有模糊性，解決了判斷矩陣的一致性問題，而一般層次分析法的一致性問題，要經(jīng)過多次調(diào)整、檢驗才能解決[3]。

2 防洪安全評價指標體系

科學(xué)合理的指標體系是評價準確、可靠的基礎(chǔ)。所以防洪安全評價指標體系的建立是防洪安全評價工作中的一個關(guān)鍵問題，核心是用什么樣的指標來反映防洪體系各個發(fā)展階段的安全程度。文中防洪安全評價指標體系的建立，應(yīng)遵循科學(xué)性、全面性、層次性、代表性、可操作性等原則，以防洪安全影響因素為基礎(chǔ)，構(gòu)建防洪安全評價指標體系的3個層次：目標層、準則層、指標層。如表1。

上述13個指標[4]是防洪安全評價的一般評價指標體系，在對某特定流域特定項目進行評價時，應(yīng)針對研究流域的基本情況、資料收集的難易程度以及決策者自身偏好等因素，選擇部分有代表性的指標進行防洪安全評價。

表1 防洪安全評價指標體系

3 模糊層次分析法綜合評價模型

模糊層次分析法綜合評價模型的優(yōu)點：首先是引入了模糊理論，使得權(quán)重的計算過程更加簡捷；其次該模型把模糊層次分析法和隸屬度結(jié)合起來研究問題，使得綜合評價結(jié)果客觀，公正和準確；最后該模型的評價過程是從局部到整體的評價過程，使得對問題的研究更加全面和合理，便于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

建立模糊層次分析法綜合評價模型的步驟如下：

步驟1：建立評價對象指標集

準則層指標集 B={B1，B2，…，Bn}，i=1，2，…，n；

指標層指標集 C={C1，C2，…，Cm}，i=1，2，…，m。

步驟2：構(gòu)造模糊一致判斷矩陣

根據(jù)模糊層次分析法的標度原則，標度原則見表2，各層元素兩兩比較，根據(jù)每一層中各要素相對其上層某要素的相對重要程度，構(gòu)造模糊判斷矩陣R=（rij），即

表2 模糊層次分析法的標度原則

利用公式（1）和（2），將模糊判斷矩陣R一致化，構(gòu)造模糊一致判斷矩陣P=（pij），即

步驟3：由模糊一致判斷矩陣P，求各要素的歸一化權(quán)重集W=（wi）

根據(jù)模糊一致判斷矩陣P，計算各要素相對于該準則的相對權(quán)重，其常用計算方法是根法，即：

步驟4：建立評斷矩陣

按照五級標準，確立模糊評斷集V={V1（安全），V2（較安全），V3（一般），V4（較差），V5（差）}，根據(jù)指標集B和模糊評斷集V，建立模糊評斷矩陣U：

其中：uij表示單因素Bi被評定為Vj的隸屬度，請各位專家給各評價指標確定等級，用公式（3）計算各指標隸屬度：

步驟5：綜合評價

指標層評價：令Bi=wi×U，對Bi歸一化處理，得到，并得到指標層綜合評價矩陣B。

準則層評價：S=W×B，對S歸一化處理，得到S*。

確定評價等級的加權(quán)向量，并計算目標層的綜合評價值，一般情況下，評價集V={V1（安全），V2（較安全），V3（一般），V4（較差），V5（差）}對應(yīng)的分值集是{80～100，60～80，40～60，20～40，0～20}，加權(quán)向量賦值為 D，D=（90，70，50，30，10）。

目標層綜合評價：N=S×D。

4 實例分析

4.1 項目背景

遼河是我國七大江河之一，發(fā)源于河北省承德地區(qū)七老圖山脈的光頭山，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧四省區(qū)，至盤錦市注入渤海，全長1390 km。全流域面積21.96萬km2，其中遼寧省境內(nèi)的面積為6.92萬km2，占流域面積的31.6%。

遼河流域防洪規(guī)劃的防洪保護區(qū)范圍包括遼河、渾河、太子河、繞陽河及大遼河。保護區(qū)內(nèi)含9個地級市，即沈陽、遼陽、鞍山、盤錦、營口、鐵嶺、撫順、錦州、阜新。下轄7個縣級市，即新民、燈塔、海城、開原、鐵法、北寧、凌海。13個市轄縣，即遼中、康平、法庫、遼陽、臺安、盤山、大洼、營口、鐵嶺、昌圖、黑山、阜新、彰武。9個市轄郊區(qū)，即東陵、蘇家屯、于洪、新城子、太子河、老邊、銀州、雙臺子、興隆臺。有159個鎮(zhèn)，172個鄉(xiāng)。該地區(qū)城鎮(zhèn)密集、人口集中、交通發(fā)達，是遼寧省工農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點地區(qū)。

近60年來，遼寧省對遼河流域幾經(jīng)整治，基本形成了以水庫調(diào)蓄和堤防抵御相結(jié)合的防洪工程體系。在加強防洪工程體系建設(shè)的同時，借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗，逐步探討并成功地加強了非工程防洪體系的建設(shè)，從而形成了工程措施和非工程措施相結(jié)合的防洪體系。在抗御遼河流域歷次洪水中發(fā)揮了巨大減災(zāi)效益，為保障國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起到了重要作用。

4.2 根據(jù)指標體系，確定權(quán)重集

1）計算準則層指標相對目標層的權(quán)重集

根據(jù)標度原則，建立模糊判斷矩陣R

有公式（1）和（2）計算模糊一致判斷矩陣P

計算得準則層指標相對目標層的權(quán)重集W=（0.242，0.264，0.268，0.226）

2）計算指標層指標相對準則層的權(quán)重集

w1=（0.365,0.045,0.370,0.220）

w2=（0.710,0.146,0.144）

w3=（0.516,0.304,0.180）

w4=（0.288,0.384,0.328）。

4.3 綜合評價

4.3.1 指標層評價

根據(jù)專家咨詢法，采用公式（3）計算各指標隸屬度。邀請20位專家和遼河流域管理單位人員對遼河流域防洪安全情況進行評斷，評斷是在評價集V中（安全、較安全、一般、較差、差）選擇。根據(jù)每一級別中的選擇人數(shù)確定隸屬度，得模糊評斷矩陣U：

利用 B1=w1U1，得 B1=（0.4245，0.4220，0.1535，0，0）

同理計算得到其他指標層的評價結(jié)果：

B2=（0.129，0.4566，0.4144，0，0）

B3=（0.018，0.200，0.482，0.300，0）

B4=（0.256，0.4000，0.2728，0.0712，0）

4.3.2 準則層評價

有S=W×B，歸一化處理，得：

S*=（0.1995，0.3667，0.3374，0.0965，0）

4.3.3 遼河流域防洪安全綜合評價

評價結(jié)果：N=S*×D=65.15

從評價結(jié)果來看，遼河流域的防洪安全評價是“較安全”。多年來遼河流域防洪體系建設(shè)成效顯著，雖然社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對防洪安全造成了較大壓力，但在工程、非工程措施的保障下，防洪安全程度得到了提高，說明防洪體系的安全效果在不斷加強。

5 結(jié)語

1）目前，防洪體系的安全評價研究較少，文中建立的模糊層次分析法綜合評價模型，具有實用可靠，數(shù)據(jù)處理方便，結(jié)論客觀合理等特點，可以在防洪體系安全評價中推廣應(yīng)用。

2）遼河流域防洪體系經(jīng)過多年建設(shè)，防洪安全明顯提高，為其他流域防洪體系建設(shè)提供了很好的借鑒。

[1]王怡.基于模糊層次分析法的環(huán)境綜合評價[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2008，32（2）.

[2]楊綸標.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州∶華南理工大學(xué)出版社，2004：21-23.

[3]張吉軍.模糊層次分析法[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2006，14（2）.

[4]趙洪杰，唐德善.流域防洪體系防洪安全評價研究[J].災(zāi)害學(xué)，2006，21（4）.