基于突變級(jí)數(shù)法的內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)

潘海澤，朱夢(mèng)姝，賀 建，繆 瑋

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都610500)

基于突變級(jí)數(shù)法的內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)

潘海澤，朱夢(mèng)姝，賀 建，繆 瑋

(西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都610500)

針對(duì)內(nèi)河航道疏浚工程綠色度評(píng)價(jià)，建立了目標(biāo)層、分目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層等4級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選用突變級(jí)數(shù)法，對(duì)嘉陵江航道疏浚方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，嘉陵江航道疏浚方案綠色度水平為0.944，按照評(píng)價(jià)等級(jí)劃分，該方案綠色度等級(jí)為優(yōu)。

內(nèi)河航道；疏浚；綠色度；評(píng)價(jià)體系；突變級(jí)數(shù)法

0 引 言

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠色評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究較多。閆志剛等[1]以“節(jié)能減排”為核心理念，建立了綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；歐陽(yáng)斌等[2]緊緊圍繞低消耗、低排放、低污染、高效能、高效率、高效益的目標(biāo)，建立了綠色低碳港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；Fbos等[3]制定了綠色公路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。但是，針對(duì)內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少。如何通過研究，特別結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)地建立內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)而評(píng)價(jià)疏浚工程的綠色度，是目前迫切需要解決的問題。

本文定義了內(nèi)河航道疏浚的綠色度，并建立了內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)體系。結(jié)合工程實(shí)例并利用突變級(jí)數(shù)法，評(píng)價(jià)疏浚方案的綠色度，找出疏浚方案中的不足，以便更好地指導(dǎo)航道疏浚施工，降低施工對(duì)水生生態(tài)造成的破壞，提高河道的通航能力，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。

1 內(nèi)河航道疏浚綠色度的概念

疏浚是指使用挖泥船或其他工具、設(shè)備開挖水下的土、石以增加水深或清除淤積的工程措施。內(nèi)河航道疏浚的綠色度是指在滿足疏浚工程的基本要求及特殊功能的前提下，疏浚技術(shù)盡可能節(jié)約資源與能源，保護(hù)環(huán)境與工人健康，節(jié)約成本，提高施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會(huì)效益的綜合程度[4]。內(nèi)河航道疏浚綠色度的定義突出了“四節(jié)一環(huán)?！钡睦砟睿垂?jié)約能源、節(jié)約土地、節(jié)約水資源、節(jié)約材料和環(huán)境保護(hù)。但是，綠色疏浚不應(yīng)僅僅包含綠色疏浚技術(shù)，還應(yīng)包括綠色疏浚管理。綠色疏浚是可持續(xù)施工，可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)是以人為本。因此，綠色疏浚的另一個(gè)重要的方面是施工現(xiàn)場(chǎng)的綜合管理。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

疏浚工程綠色度評(píng)價(jià)應(yīng)從其系統(tǒng)特征和外部環(huán)境關(guān)系入手，建立一套完整、科學(xué)、有效、可操作性強(qiáng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。具體而言，從環(huán)境保護(hù)、能源和資源節(jié)約利用等3個(gè)方面，建立綠色疏浚綜合管理目標(biāo)層，以反映和體現(xiàn)總目標(biāo)[5]。

在綠色疏浚分目標(biāo)層的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層[6]。每一層都是上一層的細(xì)化和具體化。同時(shí)，要遵從上層對(duì)綠色疏浚評(píng)價(jià)指標(biāo)的內(nèi)在規(guī)定性，構(gòu)建出具有代表性、準(zhǔn)確性和有效性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。內(nèi)河航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3 評(píng)價(jià)方法

3.1 突變理論和突變級(jí)數(shù)法

目前，常用評(píng)價(jià)的方法主要有層次分析法、主成分分析法和灰色多層次綜合評(píng)價(jià)法等。為了得到準(zhǔn)確有效的評(píng)價(jià)結(jié)果，應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)目的并結(jié)合評(píng)價(jià)對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)選擇評(píng)價(jià)方法。本文采用突變級(jí)數(shù)法對(duì)內(nèi)河航道疏浚工程的綠色度進(jìn)行評(píng)價(jià)。突變級(jí)數(shù)法不僅避免了人為主觀判斷指標(biāo)權(quán)重的缺陷，同時(shí)對(duì)樣本數(shù)量要求低，計(jì)算過程較為方便快捷。突變理論的研究對(duì)象是系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)，根據(jù)勢(shì)函數(shù)對(duì)臨界點(diǎn)進(jìn)行分類。初等突變理論有折疊型突變、尖點(diǎn)型突變、燕尾型突變、蝴蝶型突變等4個(gè)較為常用的突變類型。

對(duì)勢(shì)函數(shù)f(x)分別求一階和二階導(dǎo)函數(shù)，可以得到勢(shì)函數(shù)的臨界點(diǎn)集方程和奇點(diǎn)集方程，聯(lián)立這2個(gè)方程消去x就能得到分歧點(diǎn)集方程。系統(tǒng)會(huì)在控制變量滿足分歧點(diǎn)集方程時(shí)產(chǎn)生突變。如尖點(diǎn)突變的分歧點(diǎn)集方程為a=-6x2和b=8x3。其中，導(dǎo)致突變的主要因子為a，次要因子為b，當(dāng)a、b滿足分歧點(diǎn)集方程時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生突變[7- 8]。為了得到系統(tǒng)產(chǎn)生突變時(shí)的狀態(tài)變量x，可以把分歧點(diǎn)集方程與a、b的值相結(jié)合。由于狀態(tài)變量和控制變量的取值范圍不一致，必須將兩者的取值范圍都限定在0～1之間，需采用歸一化公式對(duì)變量進(jìn)行歸一化處理。其中，折疊型突變的歸一化公式為xa=a1/2；尖點(diǎn)型突變?yōu)閤a=a1/2、xb=b1/3；燕尾型突變?yōu)閤a=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4；蝴蝶型突變?yōu)閤a=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4、xd=d1/5。

利用歸一化公式進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，多個(gè)控制變量將得到多個(gè)狀態(tài)變量值。如果系統(tǒng)的各個(gè)控制變量之間不可以相互替換，即相互之間不能彌補(bǔ)不足，則滿足非互補(bǔ)原則，取值按照“大中取小”的標(biāo)準(zhǔn)；而當(dāng)系統(tǒng)各個(gè)指標(biāo)之間在沒有前提條件的情況下就可以互相彌補(bǔ)不足，以使x值達(dá)到較高的平均值時(shí)，則滿足互補(bǔ)原則，則取值按“平均值”的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 指標(biāo)層指標(biāo)評(píng)分和準(zhǔn)則層指標(biāo)計(jì)算

3.2 突變級(jí)數(shù)法的評(píng)價(jià)過程

(1)構(gòu)建綠色疏浚評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性，對(duì)各層次指標(biāo)進(jìn)行排序，根據(jù)下一層指標(biāo)數(shù)量確定突變類型。

(2)通過咨詢專家、查閱文獻(xiàn)后，對(duì)指標(biāo)層指標(biāo)進(jìn)行量化分級(jí)，評(píng)價(jià)等級(jí)的范圍為：優(yōu)(0.8，1]、合格(0.6，0.8]、差[0，0.6]。專家依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)利用區(qū)間打分法，對(duì)指標(biāo)層指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

(4)利用各突變模型的歸一公式，由指標(biāo)層指標(biāo)的數(shù)據(jù)開始，確定各級(jí)狀態(tài)變量指標(biāo)值，逐步向上綜合，最終得到最高層的指標(biāo)值即為最終評(píng)價(jià)指標(biāo)。將總目標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為差、合格、良，優(yōu)4個(gè)等級(jí)，每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)范圍為：差[0，0.6]、合格(0.6，0.8]、良(0.8，0.9]、優(yōu)(0.9，1]。從總目標(biāo)值所處的等級(jí)范圍確定疏浚項(xiàng)目綠色度的等級(jí)。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

嘉陵江是四川省構(gòu)建“一橫兩縱”主通道的內(nèi)河航運(yùn)體系的重要組成部分，其航運(yùn)的發(fā)展直接影響四川省航運(yùn)的發(fā)展。嘉陵江研究河段未建梯級(jí)之前共有各類礙航險(xiǎn)灘約280個(gè)，梯級(jí)渠化工程完成后減少到目前的49個(gè)，從根本上解決了嘉陵江灘多水淺的問題。但是，由于前期發(fā)展階段將航運(yùn)目的置于次要地位，未能充分考慮航運(yùn)功能，所以形成了各航運(yùn)梯級(jí)以正常擋水位銜接的格局。梯級(jí)建成后，電站泄水發(fā)電，水位消落，在庫(kù)尾出現(xiàn)變動(dòng)回水段，變動(dòng)回水段仍存在的灘險(xiǎn)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)航道尺度標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了使渠化工程更完善，有必要采取整治措施，確保航道在各水庫(kù)變動(dòng)回水段內(nèi)滿足設(shè)計(jì)通航標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.2 分析評(píng)價(jià)過程

根據(jù)嘉陵江航道疏浚的具體情況，由5名專家按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指標(biāo)層指標(biāo)打分，取平均值作為最終得分。準(zhǔn)則層指標(biāo)值計(jì)算以人員安全與健康為例，計(jì)算過程如下：

人員安全與健康指標(biāo)由安全管理、衛(wèi)生防疫、施工人員生活環(huán)境構(gòu)成燕尾突變模型，指標(biāo)之間互補(bǔ)，按“平均值”取值原則。xa=a1/2=(0.913)1/2=0.956、xb=b1/3=(0.928)1/3=0.975、xc=c1/4=(0.911)1/4=0.977。則X=(xa、xb、xc)/3=0.969。由此可得，人員安全與健康指標(biāo)值為0.969。其他準(zhǔn)則層指標(biāo)值見表2。

分目標(biāo)層指標(biāo)值計(jì)算以能源與資源的節(jié)約利用為例，由能源節(jié)約與利用、土地資源節(jié)約與利用、水資源節(jié)約與利用以及材料節(jié)約與利用等4個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)構(gòu)成蝴蝶突變模型，指標(biāo)之間非互補(bǔ)，按 “大中取小”的取值原則進(jìn)行取值。xa=a1/2=(0.884)1/2=0.940、xb=b1/3=(0.887)1/3=0.960、xc=c1/4=(0.853)1/4=0.961、xd=d1/5=(0.911)1/5=0.981，則X=min(xa，xb，xc，xd)=0.940。其他分目標(biāo)層指標(biāo)值見表3。

表3 分目標(biāo)層突變類型和指標(biāo)值

通過分目標(biāo)層指標(biāo)值計(jì)算得出總目標(biāo)值，利用總目標(biāo)值即可判定嘉陵江航道疏浚綠色度的評(píng)價(jià)等級(jí)。已知總目標(biāo)指標(biāo)下共有3個(gè)分目標(biāo)層指標(biāo)，即由環(huán)境保護(hù)、能源與資源節(jié)約利用以及綠色疏浚綜合管理構(gòu)成燕尾突變模型，指標(biāo)之間非互補(bǔ)，按“大中取小”取值原則。計(jì)算過程如下：xa=a1/2=(0.892)1/2=0.944、xb=b1/3=(0.940)1/3=0.980、xc=c1/4=(0.970)1/4=0.992，則X=min(xa，xb，xc)=0.944。

根據(jù)本文中設(shè)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，可以判定嘉陵江航道疏浚綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。從指標(biāo)層指標(biāo)評(píng)分來(lái)看， 營(yíng)養(yǎng)鹽清除率、水體質(zhì)量、底泥質(zhì)量以及廢水的循環(huán)利用率評(píng)分較低，在工程施工過程中應(yīng)對(duì)這幾方面改進(jìn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文采用突變級(jí)數(shù)法，對(duì)嘉陵江航道疏浚的綠色度進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終判定嘉陵江項(xiàng)目疏浚綠色度評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。通過比較指標(biāo)層指標(biāo)評(píng)分發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，便于改進(jìn)。

內(nèi)河航道疏浚是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多重影響因素和多門學(xué)科。本文提出的評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法是對(duì)內(nèi)河航道疏浚的初步探索，在評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用和推廣方面還有待于完善和提高。

[1]閆志剛, 杜立峰, 王雪麗. 綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與方法研究[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù), 2012, 8(7)： 103- 107．

[2]歐陽(yáng)斌, 王琳, 黃敬東, 等. 綠色低碳港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究與應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程, 2005(4)： 73- 80．

[4]唐路. 綠色施工及評(píng)價(jià)體系研究[D]. 濟(jì)南: 山東建筑大學(xué), 2014．

[5]王海棠, 周勇華, 劉有剛. 海洋疏浚工程的環(huán)境影響及對(duì)策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

[6]劉嶼. 內(nèi)河航道維護(hù)水平評(píng)價(jià)研究[D]. 武漢： 武漢理工大學(xué), 2013．

[7]閆志剛, 杜立峰, 王雪麗. 基于突變級(jí)數(shù)法的綠色施工評(píng)價(jià)研究[J]. 施工技術(shù), 2012, 41(21)： 25- 19．

[8]王海棠, 周勇華, 劉有剛. 海洋疏浚工程的環(huán)境影響及對(duì)策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

(責(zé)任編輯 楊 健)

北京中元瑞訊科技有限公司

封二

南京科明自動(dòng)化設(shè)備有限公司

前插1

北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司

前插2、3

北京中水科海利工程技術(shù)有限公司

前插4、5

基康儀器股份有限公司

前插6

上海冠龍閥門機(jī)械有限公司

后插1

鄭州機(jī)械研究所

封三

北京木聯(lián)能工程科技有限公司

封底

Green Degree Evaluation of Dredging in Inland Navigation Channel Based on Catastrophe Progression Method

PAN Haize, ZHU Mengshu, HE Jian, MIAO Wei
(School of Civil Engineering and Architecture, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Aiming at the green degree evaluation of dredging in inland navigation channel, the evaluation index system with four levels of target layer, sub-target layer, criteria layer and index layer is established. Combined with the example of Jialing River dredging project, the catastrophe progression method is used to evaluate dredging schemes. The evaluation results show that the green degree of dredging project in Jialing River channel is 0.944, which is excellent class according to evaluation grade．

inland navigation channel; dredge; green degree; evaluation system; catastrophe progression method

U616(271)

A

0559- 9342(2017)08- 0010- 04