基于AHP的杭埠河倒虹吸建設(shè)方案綜合比較

王 寶 存

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088)

1 概述

引江濟(jì)淮工程建設(shè)內(nèi)容包括輸水河道工程、樞紐建筑物工程、跨河建筑物工程、跨河橋梁工程、渠系交叉建筑物以及影響處理工程，而杭埠河倒虹吸工程是引江濟(jì)淮工程中跨河建筑物工程的重要組成部分[1]。本文基于層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，分別從工程地質(zhì)、工程占地、施工組織設(shè)計(jì)、工程造價(jià)和社會影響這五個(gè)方面，以科學(xué)合理的方法綜合比較了杭埠河倒虹吸三個(gè)不同建設(shè)方案的優(yōu)劣。

2 層次分析法原理

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)化及層次化的分析方法，借助優(yōu)先關(guān)系矩陣實(shí)現(xiàn)決策由定性向定量的快捷的轉(zhuǎn)換，它在各個(gè)領(lǐng)域的多方案比較中得到廣泛應(yīng)用[2-4]。層次分析法的計(jì)算過程如下：

1)建立判斷矩陣。

依據(jù)1～9標(biāo)度法(如表1所示)，判斷兩兩方案間的優(yōu)劣程度，得出兩兩方案間的判斷值cij，并建立判斷矩陣C：

(1)

其中，cij為方案ui相對于uj的優(yōu)劣程度的判斷值，cii=1，cij×cji=1，m為方案數(shù)量，i,j=1,2,…,m。

表1 1～9標(biāo)度法

2)計(jì)算方案權(quán)重。

對判斷矩陣的各行元素乘積開m次方根。

(2)

對Mi進(jìn)行歸一化處理:

(3)

則W=(w1,w2,…,wm)就是所求的方案優(yōu)劣程度的權(quán)重矩陣。具有最大的max(wi)對應(yīng)的方案為最優(yōu)方案。

3 工程概況與建設(shè)方案

引江濟(jì)淮工程為了將過巢湖線的300 m3/s來水穿過杭埠河導(dǎo)向下游，必須在杭埠河上興建跨河建筑物?？晒┻x擇的建筑物型式有倒虹吸和渡槽，杭埠河處設(shè)計(jì)輸水位為5.75 m，而杭埠河口100年一遇設(shè)計(jì)洪水位為11.46 m，顯然，若選擇渡槽型式，在杭埠河行洪時(shí)阻水相當(dāng)嚴(yán)重，且杭埠河有通航要求，所以只能選擇倒虹吸作為過巢湖線跨杭埠河的建筑物。

針對杭埠河倒虹吸工程的施工難易程度、征地移民、主體工程量和臨時(shí)工程量、可比工程造價(jià)等多種因素，提出了以下三種杭埠河倒虹吸布置方案，其中方案一、三為同一條輸水線路，方案二是另一條輸水線路。

方案一：布置在杭埠河左堤背水側(cè)，利用現(xiàn)狀杭埠河進(jìn)行導(dǎo)流，旱地上施工，待主體工程完工后，將杭埠河改線并盡可能裁彎取直。倒虹吸中心線與杭埠河河道中心線垂直，進(jìn)、出水池與引渠以圓弧相接。方案一要拆除正在興建的六安市—舒城縣—三河鎮(zhèn)—環(huán)湖大道連接線公路1.92 km，該公路為雙向六車道瀝青混凝土道路，路面寬16 m，兩側(cè)布有3 m～3.5 m寬左右的游步道，加上路肩堤頂總寬25 m。

方案二：布置在現(xiàn)狀杭埠河右堤背水側(cè)，旱地施工，且主體工程完工后，將杭埠河改線并盡可能裁彎取直。該方案可盡可能保留在建公路，只需挖除約100 m作為小合分線輸水渠道，同時(shí)在公路與小合分線交叉處架設(shè)公路橋，橋面寬度與堤頂寬同為25 m。

方案三：線路與方案一相同，在方案一的基礎(chǔ)上，將倒虹吸向杭埠河右側(cè)平移120 m。倒虹吸采用分期施工的方式，一期工程利用現(xiàn)狀杭埠河全斷面導(dǎo)流，在杭埠河左堤背水側(cè)旱地上興建倒虹吸出口段及節(jié)涵身，二期工程在一期工程建設(shè)箱涵上游段填筑擋水圍堰，并與上下游現(xiàn)狀左堤相連接，同時(shí)在老河道上下游填筑堵口段戧堤形成封閉圈，然后排水，進(jìn)行倒虹吸上游節(jié)箱涵和進(jìn)口控制段施工。上游來水通過新挖的杭埠河左半部分導(dǎo)流，導(dǎo)流底寬145 m。該方案仍需挖除在建的連接線公路1.68 km。

4 三種方案綜合比較

為更加科學(xué)合理的比較三種建設(shè)方案的優(yōu)劣，借助AHP方法，分別從工程地質(zhì)、工程占地、施工組織設(shè)計(jì)、工程造價(jià)和社會影響這五個(gè)方面對三種方案進(jìn)行綜合比較。

1)工程地質(zhì)。從地質(zhì)條件看，三種方案建筑物位置相距較近，地質(zhì)條件相似。

2)工程占地。方案二輸水線路長，占地大，將杭埠河右堤內(nèi)灘地分割為兩塊，不利于土地的再利用；方案一和方案三穿過現(xiàn)階段正在規(guī)劃實(shí)施的三叉河濕地公園，對于土地的影響較小。相對來說，方案一和方案三優(yōu)于方案二。

方案三分兩期實(shí)施，一期完成新河道左側(cè)堤防建設(shè)、倒虹吸出口控制段及下游側(cè)26節(jié)箱涵；二期施工項(xiàng)目主要為新河道右側(cè)堤防、倒虹吸進(jìn)口控制段及上游側(cè)7節(jié)箱涵澆筑。二期堵口段戧堤封閉和老河槽初期排水(約100萬m3)在9月中旬～12月完成，基坑開挖和深井降水在第二年1月施工，其他主體工程需在4月底前完成，施工強(qiáng)度高；基坑采用深井降水，為達(dá)到干堤施工要求，深井需在底板處布置，運(yùn)行和封堵難度極大。

3)工程造價(jià)。

方案一的工程造價(jià)估計(jì)為32 779萬元；方案二的工程造價(jià)估計(jì)為35 740萬元；方案三的工程造價(jià)估計(jì)為31 063萬元。

4)社會影響。

三種方案均要挖除部分正在興建的六安市—舒城縣—三河鎮(zhèn)—環(huán)湖大道連接線公路，其中方案一最長，方案三次之，方案二較短。該公路即將通車，很快又面臨挖除，顯然會造成不良的社會影響，尤以方案一為最甚。

表2 各施工方案權(quán)重矩陣表

綜合考慮施工組織設(shè)計(jì)、工程占地、社會影響、工程造價(jià)和工程地質(zhì)這五個(gè)方面的影響，三種方案的綜合權(quán)重為：

W綜合=(0.510 0.264 0.130 0.063 0.033)×

由三種方案的綜合權(quán)重W綜合=(0.386 0.370 0.244)可知，杭埠河倒虹吸的三種建設(shè)方案中，方案一優(yōu)于方案二，方案二優(yōu)于方案三，即應(yīng)選取方案一作為建設(shè)方案。而在實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，推選方案一為最佳建設(shè)方案，與本文得出的結(jié)論相符。證明了本文所提出的基于AHP杭埠河倒虹吸建設(shè)方案綜合比較法的可行性和合理性。

5 結(jié)論與展望

引江濟(jì)淮工程是一項(xiàng)功在當(dāng)代利在千秋的重大水利工程，在該工程的建設(shè)過程中，避免不了如何選取最佳建設(shè)方案的問題。本文以杭埠河倒虹吸工程為例，基于層次分析法(AHP)，分別從工程地質(zhì)、工程占地、施工組織設(shè)計(jì)、工程造價(jià)和社會影響這五個(gè)方面進(jìn)行綜合對比，最終得出方案一是最佳的施工方案，與工程實(shí)際設(shè)計(jì)采取的方案相一致，表明本文提出的方法科學(xué)有效，為引江濟(jì)淮的其他工程進(jìn)行方案比較提供了可靠的借鑒方法。

在引江濟(jì)淮工程可行性研究階段和初步設(shè)計(jì)階段經(jīng)過充分論證分析，按分期導(dǎo)流圍堰法建設(shè)杭埠河穿越工程不可行。一般隧道暗挖法也難成行，下一步計(jì)劃借鑒或結(jié)合水下沉管(箱)、地下非開挖等技術(shù)措施，基于層次分析法(AHP)，進(jìn)一步研究其他穿越方案，與初設(shè)批復(fù)的移址新建倒虹吸方案全面比選優(yōu)化。