模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價(jià)中的應(yīng)用

摘 要：河道是承擔(dān)著城市防洪、排澇、供水、水土保持等功能的綠色廊道，河道堤防工程是保障河道發(fā)揮作用的關(guān)鍵。本文主要介紹影響提防工程的因素，建立起河道堤防工程的安全評價(jià)指標(biāo)體系，利用模糊層次分析法構(gòu)建其工程的分析評價(jià)模型。本文著重探討模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價(jià)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：提防工程；模糊層次分析法；評價(jià)指標(biāo)體系；安全等級

前言

目前，洪水引發(fā)的災(zāi)害，大部分都是因?yàn)楹拥赖谭罎Q而造成，所以提防工程安全是防洪管理的關(guān)鍵。對提防安全的綜合評估，是其工程建設(shè)和除險(xiǎn)加固的重要依據(jù)，能夠指導(dǎo)提防工程的安全管理和應(yīng)急預(yù)案編制。目前，我國對河道提防工程的安全評價(jià)體系不健全，對其工程的演變和生態(tài)功能認(rèn)識不足。

1 模糊層次分析法簡介與評價(jià)模型建立

模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process，簡稱FAHP），這是種采用模糊數(shù)學(xué)理論與層次分析方法相結(jié)合的分析方法，它具有體系評價(jià)、效能評估、系統(tǒng)優(yōu)化等功能，是能夠?qū)υu價(jià)目標(biāo)定性定量的評價(jià)方法。建立這種評價(jià)需要經(jīng)過以下四種過程：建立評價(jià)對象指標(biāo)集、計(jì)算權(quán)重、模糊隸屬度計(jì)算、模糊綜合評價(jià)。

在建立評價(jià)對象指標(biāo)集中，層次分析法會將指標(biāo)體系劃為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層三個(gè)層次。指標(biāo)集根據(jù)評價(jià)對象的影響因素進(jìn)行分類分組，其中每一類或組稱為準(zhǔn)則層指標(biāo)，其層次主要是定性評價(jià)；指標(biāo)層則是最細(xì)化的指標(biāo)，它能夠量化評價(jià)對象的基本因素。

權(quán)重能夠反映出各個(gè)指標(biāo)對評價(jià)對象的重要程度，計(jì)算權(quán)重的方法主要有專家估算法、加權(quán)統(tǒng)計(jì)法、頻數(shù)分析法等。計(jì)算權(quán)重的過程是根據(jù)評價(jià)對象的實(shí)際情況，對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的各項(xiàng)指標(biāo)賦予權(quán)重，由此得出權(quán)重矩陣W。

模糊隸屬度計(jì)算，它是一種將評價(jià)對象進(jìn)行大致評定的計(jì)算方法，例如提防工程的安全情況，可按照安全質(zhì)量從好到壞分為安全、較安全、不安全、很不安全四個(gè)安全等級，按照模糊理論方法每個(gè)指標(biāo)區(qū)間對應(yīng)模糊隸屬度R，正向指標(biāo)與優(yōu)質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)成正比，負(fù)向指標(biāo)反之亦然。

根據(jù)計(jì)算權(quán)重得出的W和模糊隸屬度計(jì)算得出的R，以F作為其綜合評價(jià)系數(shù)。其評價(jià)系數(shù)計(jì)算公式為F=W×R。

按照此評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，河道堤防工程安全系數(shù)分別為：安全0.9～1.0；較安全0.7～0.9；不安全0.5～0.7；很不安全0～0.5。

2 評價(jià)指標(biāo)體系以及實(shí)例研究

2.1評價(jià)指標(biāo)體系

建立的指標(biāo)評價(jià)體系，用以分析影響河道提防安全的各個(gè)因素，并定性定量影響因素指標(biāo)，構(gòu)建綜合評價(jià)指標(biāo)體系。提防工程安全指標(biāo)體系可分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層三個(gè)層次，它們逐級下分。

目標(biāo)層主要標(biāo)明所要評價(jià)的對象以及評價(jià)范圍，在它之下是準(zhǔn)則層能夠分為兩個(gè)評價(jià)方向即水文因素和提防自身因素。在準(zhǔn)則層之下細(xì)分可量化的指標(biāo)，這一層次叫做目標(biāo)層。準(zhǔn)則層水文因素評可向下分為洪水量級、水深、河勢走向等目標(biāo)層指標(biāo)；準(zhǔn)則層提防自身因素可向下分為防洪標(biāo)準(zhǔn)、提身穩(wěn)定性、險(xiǎn)情分布等目標(biāo)層指標(biāo)[1]。

2.2實(shí)例研究

本文將遼寧省興城市興城河作為實(shí)例研究對象，該河流域面積為702.92平方千米，河流總長度為50.4千米，河道槽寬為60～480米之間，由于興城河是山區(qū)型河流，當(dāng)發(fā)生洪水災(zāi)害時(shí)漲落程度較大。興城河爆發(fā)洪水的主要原因?yàn)楸┯辏蟛糠值暮樗^程主要發(fā)生在1天之內(nèi)，根據(jù)記錄興城河最長的洪水過程可達(dá)3天。本次實(shí)例研究，主要是以興城河城區(qū)段為研究范圍，對其提防工程進(jìn)行安全評估。

研究的興城河城區(qū)段范圍為：從興城南河大橋至濱海路大橋，一共5.68千米。該河城區(qū)段平均提距為380米，提防型式為均質(zhì)土提，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。以興城河左岸、右岸提防工程進(jìn)行安全性評價(jià)，對研究范圍內(nèi)50年一遇、100年一遇的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，利用上文提到的模糊層次分析法進(jìn)行評估，并計(jì)算其綜合評價(jià)系數(shù)，從而判定安全等級為四個(gè)等級：安全、較安全、不安全、很不安全。

在50年一遇的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，左岸、右岸提防均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其安全等級為安全。在100年一遇的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，左岸是興城市主城區(qū)，提防型式為路提結(jié)合，建有迎水坡護(hù)岸工程，因此防洪能力較強(qiáng)，根據(jù)模糊層次分析法的測算，左岸的安全等級為較安全。右岸在100年一遇的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，有很大可能會出現(xiàn)潰堤和漫溢現(xiàn)象，其安全等級為較不安全，因此建議興城市加強(qiáng)右岸提防防洪檢測和應(yīng)急管理[2]。

3 模糊層次分析法評價(jià)過程各因素分析

首先，對河道堤防工程安全評價(jià)，應(yīng)結(jié)合河道類型、地理位置、水文情況、土壤情況等具體因素，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系。由于模糊層次分析法在指標(biāo)數(shù)量過多時(shí)不易進(jìn)行賦權(quán)，如果選取的指標(biāo)不具指向性，則很難對某項(xiàng)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和模糊隸屬度計(jì)算，因此要慎重選擇評價(jià)指標(biāo)，避免無效指標(biāo)評價(jià)對后續(xù)指標(biāo)評價(jià)的影響。

對于河道堤防工程安全評價(jià)，模糊層次分析法主要先評價(jià)各個(gè)因素對地方工程安全的重要程度，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行賦權(quán)計(jì)算。例如，準(zhǔn)則層洪水量級權(quán)重為20%、水深值為30%等。

模糊層次分析法不是河道堤防工程安全評價(jià)的唯一方法，為了確保評價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確，可采用多種方法配合評價(jià)，從而得出更加合理的評價(jià)結(jié)果。

例如，以模糊層次分析法為主要評價(jià)方法，搭配主成分分析法，能夠以前者的主觀分析與后者的客觀分析相結(jié)合，從而克服模糊層次分析法存在的問題，既能夠考慮各評價(jià)指標(biāo)的差異性，又能避免權(quán)重均一性而導(dǎo)致評價(jià)不夠客觀。兩種方法相結(jié)合，能夠?qū)Χ囗?xiàng)指標(biāo)進(jìn)行降維處理，從而降低評價(jià)復(fù)雜性。

綜合上述，模糊層次分析法用于評價(jià)河道堤防安全工程，能夠?qū)τ绊懙谭腊踩母饔绊懸蛩刭x予權(quán)重計(jì)算，從而根據(jù)計(jì)算得出綜合評價(jià)系數(shù)，評定安全等級。這種方法簡單易用，評價(jià)結(jié)果合理可靠，使用這種分析法對河道堤防工程進(jìn)行安全評價(jià)時(shí)，要盡可能細(xì)分指標(biāo)層的各項(xiàng)影響因素。

參考文獻(xiàn)

[1]王恩.模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價(jià)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2017，43（10）：221-222.

[2]柴純純，徐得潛，張瀏.基于模糊層次—主成分分析法的城市河道生態(tài)護(hù)坡綜合評價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2016，36（05）：167-171+177.

作者簡介：

李海燕（1981-）；性別：女，籍貫：甘肅省舟曲縣人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：水利水電。

（作者單位：甘肅省舟曲縣水務(wù)水電局）