增建船閘導(dǎo)流建筑物級別研究

陳錦宏 廣西西江集團(tuán)投資股份有限公司桂平郁江電廠

1.長洲水利樞紐三線四線施工導(dǎo)流建筑物

長洲水利樞紐三、四線船閘工程,位于長洲水利樞紐工程外江的右岸臺地上。原長洲水利樞紐工程為一等工程，大（1）型工程規(guī)模，主要建筑物為2級。設(shè)計院依據(jù)《船閘總體設(shè)計規(guī)范》以及《船閘水工建筑物設(shè)計規(guī)范》，長洲水利樞紐三、四線船閘為Ⅰ級船閘，閘首、閘室為1級，臨時建筑物為4級?？紤]與原樞紐的擋水建筑物級別一致，三、四線船閘閘首、閘室取2級，導(dǎo)航墻、靠船墩等建筑物取3級，臨時建筑物取4級。

根據(jù)上述規(guī)定確定有關(guān)工程及建筑物級別后，設(shè)計院根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，按圍堰保護(hù)對象、失事后果、使用年限及工程規(guī)模等確定，施工導(dǎo)流建筑物級別取IV級。

西江干流上的貴港二線船閘、西津二線船閘等增建船閘的導(dǎo)流建筑物大體采用了上述設(shè)計思路。此設(shè)計思路未對《船閘總體設(shè)計規(guī)范》、《船閘水工建筑物設(shè)計規(guī)范》和《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》兩個體系的規(guī)范是否一致，有關(guān)規(guī)定、結(jié)論是否可以互相通用做說明分析，亦未考慮增建船閘和水利水電工程在等（級）別劃分的差異。以下用改進(jìn)層次分析法（IAHP）對此問題進(jìn)行研究討論。

2.船閘等級和水利水電工程等別之間的關(guān)系

船閘規(guī)范根據(jù)設(shè)計最大船舶噸級將船閘級別分為Ⅰ～Ⅶ級。水利規(guī)范從水庫總庫容、防洪、治澇、灌溉、供水、發(fā)電等7類功能或效益指標(biāo)劃分了Ⅰ～Ⅴ等。為了應(yīng)用改進(jìn)層次分析法找出兩本規(guī)范劃分的等級之間的聯(lián)系，假設(shè)水利規(guī)范等別劃分7個指標(biāo)中的發(fā)電（裝機(jī)容量）指標(biāo)和表船閘規(guī)范的船舶噸級從Ⅰ至Ⅴ及一一對應(yīng)（亦可以假定與水庫庫容指標(biāo)一一對應(yīng)，這并不影響比較的分值的計算。Ⅴ級以下的船閘不在本次對比范圍內(nèi)），3000噸Ⅰ級船閘的分值為30分，以此類推Ⅱ至V級分別為20、10、5和3分，則表水利規(guī)范中的中I至V等發(fā)電這一項指標(biāo)分別30、20、10、5和3分。

水利規(guī)范中，水庫總庫容和發(fā)電（裝機(jī)容量）這兩個指標(biāo)與水利水電工程等別關(guān)系最為密切，水庫總庫容是決定了流域區(qū)域的防洪、灌溉范圍和發(fā)電等功能的直接因素；裝機(jī)容量則是以發(fā)電為主的水利工程直接追求的效益指標(biāo)，是項目財務(wù)評價和經(jīng)濟(jì)評價的關(guān)鍵，是項目立項的決定性指標(biāo)。兩者應(yīng)列為以發(fā)電為主的水利工程等級劃分的關(guān)鍵性指標(biāo)，互相影響，同等重要。

另外五個指標(biāo)則是工程建成以后發(fā)揮的附屬功能，對以發(fā)電為主的水利工程而言，應(yīng)列為非關(guān)鍵性指標(biāo)，重要性低于水庫總庫容和發(fā)電裝機(jī)容量。保護(hù)成鎮(zhèn)的重要性一般而言要大于保護(hù)農(nóng)田，同時為了簡化計算，假設(shè)保護(hù)農(nóng)田，治澇，灌溉，供水等附屬功能重要性程度一致（本處假設(shè)對計算結(jié)果影響不大），根據(jù)上述分析，擬定與水利規(guī)范等別劃分有關(guān)的7個指標(biāo)的重要性程度為：

水庫總庫容=發(fā)電（裝機(jī)容量）＞保護(hù)城鎮(zhèn)＞保護(hù)農(nóng)田=治澇=灌溉=供水。

下面利用IAHP法用于確定上述指標(biāo)權(quán)重，以下介紹IAHP法基本原理與方法。層次分析法在應(yīng)用過程中存在兩個問題，一是標(biāo)度多，給元素之間的對比增加難度，二是要進(jìn)行一致性檢驗，在應(yīng)用中，一般都憑著大致的估計來調(diào)整判斷矩陣，因此帶有一定的盲目性，而且不能排除需經(jīng)過多次調(diào)整才通過一致性檢驗的可能性。而改進(jìn)層次分析法（IAHP）很好的解決了上述兩個問題。

IAHP方法采用-1，0，1三個標(biāo)度，能使得決策者很容易做出比較判斷，避免不易確定標(biāo)度的臆斷性。同時，利用最優(yōu)傳遞矩陣的概念，對AHP進(jìn)行改進(jìn)。該方法先采用自調(diào)節(jié)方式建立比較矩陣，然后將其轉(zhuǎn)化成一致性判斷矩陣，不需要進(jìn)行一致性檢驗，使之自然滿足一致性要求，直接求解得到導(dǎo)流方案各目標(biāo)的權(quán)重值。采用IAHP法，大大減少了導(dǎo)流方案決策中目標(biāo)權(quán)重的計算工作量和盲目性，使得目標(biāo)權(quán)重計算簡捷、實用、準(zhǔn)確。

改進(jìn)層次分析法（IAHP）計算步驟

步驟一：構(gòu)造判斷矩陣，用1、0和-1三個標(biāo)度作為各因素之間的比較值，得Cij，如下：

步驟二：

表1 判斷矩陣構(gòu)造

表2 水利水電工程相對于船閘工程分級指標(biāo)分值

求最優(yōu)傳遞矩陣Oij=（Oij）n×n，其中

步驟三：求一致性矩陣A=（aij）n×n，其中：

A是一致性矩陣，不需要進(jìn)行一致性檢驗。潘吟和吳望名在《反對稱陣的最優(yōu)傳遞矩陣》證明了上述各步驟的數(shù)學(xué)原理。

以下為計算過程和結(jié)果：

步驟一：見表1。

構(gòu)造判斷矩陣C=(Cij)n×n

步驟二：求最優(yōu)傳遞矩陣Oij=（Oij）n×n

步驟三：求一致性矩陣A=（aij）n×n，

步驟四：求A=(aij)n×n的特征向量作為各因素的權(quán)重，采用方根法進(jìn)行計算，具體求解過程如下。

（1）計算A 每一行元素乘積，結(jié)果為：

（2）計算n次方根：

（3）歸一化：

歸一化的計算值即為水庫總庫容、保護(hù)城鎮(zhèn)、保護(hù)農(nóng)田、治澇、灌溉、供水對象和發(fā)電裝機(jī)容量的權(quán)重。以各等別發(fā)電裝機(jī)容量指標(biāo)的分值為基礎(chǔ)，計算其余各指標(biāo)分值，見表2。

匯總計算后與船閘工程分值對比見表3。

從表3可知，水利水電工程同樣等別的分值遠(yuǎn)高于船閘工程。

3.結(jié)論

根據(jù)表3的計算結(jié)果，以水利水電工程的分值為基礎(chǔ)，其等別與船閘工程級別的對應(yīng)關(guān)系分別為：Ⅲ～Ⅰ，Ⅳ～Ⅱ，Ⅴ～Ⅲ（水利水電工程僅劃分5級，5級之后不做比較）。根據(jù)上述等別與級別對應(yīng)關(guān)系，水利水電工程與船閘工程的建筑物級別對應(yīng)關(guān)系分別為：3～1，4～2，5～3。

根據(jù)上述結(jié)論，Ⅰ級船閘的1級建筑物對應(yīng)水利水電工程的Ⅲ等工程3級建筑物。根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范，保護(hù)Ⅲ等工程3級建筑物的導(dǎo)流建筑物級別在其他指標(biāo)不變的情況下應(yīng)為5級建筑物，比設(shè)計院按《船閘水工建筑物設(shè)計規(guī)范》（JTJ307-2001）選定的4級建筑物第1級。

上述結(jié)論說明了增建船閘施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)可能偏高，存在優(yōu)化的可能性，因此在增建施工導(dǎo)流的設(shè)計中應(yīng)充分考慮這兩類工程的特性差異，避免設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)過高而增加不必要的投資。