生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立與應(yīng)用

朱明龍

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610081)

生態(tài)護(hù)坡是在生態(tài)水利建設(shè)領(lǐng)域結(jié)合了“海綿城市”和“可持續(xù)發(fā)展觀”，需求解決河道生態(tài)治理工程與兩岸生態(tài)環(huán)境的矛盾和沖突，在現(xiàn)代生態(tài)河道治理工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的角色[1- 6]。

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)的水利事業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是由于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用模式，往往過(guò)分強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益，忽視了對(duì)水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，例如在河道護(hù)坡工程中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案多采用漿砌塊石、混凝土等硬質(zhì)化材料，這些方案不僅建設(shè)成本較高。而且穩(wěn)定性和抗沖刷性不強(qiáng)、且容易造成水生態(tài)環(huán)境的惡化，不利于兩岸生態(tài)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，為了改變這一現(xiàn)狀，政府逐漸開(kāi)始重視水利工程建設(shè)中的“生態(tài)特性”，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已提出多種生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式，如生態(tài)植被護(hù)坡、生態(tài)混凝土護(hù)坡、土工格柵固土種植基護(hù)坡等等。但是不同的河道的情況需采取不同的生態(tài)護(hù)坡才能達(dá)到最佳的效果，因此，就必須針對(duì)特定的工程對(duì)不同生態(tài)護(hù)坡方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，以最終確定最佳的設(shè)計(jì)方案[7- 12]。

本文針對(duì)不同的生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)，建立綜合評(píng)價(jià)體系，并采用不同的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合綜合評(píng)價(jià)，以期能為生態(tài)護(hù)坡工程的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

1 生態(tài)護(hù)坡簡(jiǎn)介

生態(tài)護(hù)坡是綜合現(xiàn)代水利工程、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)等多門學(xué)科，對(duì)邊坡進(jìn)行加固和防護(hù)的技術(shù)手段，其既要滿足對(duì)河道岸坡的工程防護(hù)需求，又要兼顧河道的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)了人與自然和諧發(fā)展的要求。傳統(tǒng)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)包括石材類護(hù)坡、混凝土護(hù)坡、噴漿類護(hù)坡、擋土護(hù)坡等，生態(tài)護(hù)坡根據(jù)使用的材料類型又可以分為植物護(hù)坡、木材護(hù)坡、生態(tài)型混凝土類護(hù)坡、土壤生物工程護(hù)坡以及土工復(fù)合材料種植基護(hù)坡。傳統(tǒng)護(hù)坡強(qiáng)調(diào)興利、除害，平面一般順直平滑，斷面幾何規(guī)整，主要功能是防洪、排澇、蓄水和航運(yùn)。與傳統(tǒng)護(hù)坡相比，生態(tài)護(hù)坡還具有景觀、生態(tài)、娛樂(lè)等特性，同時(shí)平面一般蜿蜒曲折，斷面復(fù)雜多變，見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)與生態(tài)護(hù)坡對(duì)比

2 綜合評(píng)價(jià)體系的建立

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)從結(jié)構(gòu)特性、經(jīng)濟(jì)特性、施工特性和生態(tài)特性4個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。其中，結(jié)構(gòu)特性應(yīng)考慮防洪功能、排澇功能、穩(wěn)定性功能、抗沖刷性；經(jīng)濟(jì)特性應(yīng)考慮建設(shè)及后期維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)行期限；施工特性應(yīng)考慮施工和維護(hù)的難易程度、施工對(duì)環(huán)境的影響、施工速度以及施工材料的易得性；生態(tài)特性應(yīng)考慮透水性和涵水性、水文調(diào)蓄功能、水土保持效益、水質(zhì)凈化性、生物多樣性、可持續(xù)性、親水性、蓋度以及綠期。從而可以構(gòu)建得到包括4個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層共計(jì)19個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型，如圖1所示。

圖1 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 評(píng)價(jià)分析流程

建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型后，首先利用層次分析法AHP構(gòu)造判斷矩陣，通過(guò)一致性檢驗(yàn)分析過(guò)后，計(jì)算得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；然后分別利用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)度法計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算；最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過(guò)定性和定量評(píng)價(jià)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，得出最佳的生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)方案[13- 15]，如圖2所示。

圖2 綜合評(píng)價(jià)分析流程

3 應(yīng)用分析

3.1 工程概況

某河流全長(zhǎng)254km(其中流經(jīng)縣城長(zhǎng)度為40.9km)，流域面積為4219km2，流域多年平均低溫15.8℃，多年平均降雨量900mm，多年平均日照時(shí)長(zhǎng)為2019h。河道兩岸多呈“U”型河谷，寬度為100～120m，平均坡降為1/900，河道兩岸多以片麻巖、石灰?guī)r、砂石土以及石碴土為主，飽水性能較差，兩岸的水土流失較為嚴(yán)重。

當(dāng)前，該河流城區(qū)段護(hù)岸存在如下一些問(wèn)題：①岸坡沖刷較為嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差；②兩岸的水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，固水保水能力差；③局部護(hù)岸出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，影響河道的防洪排澇能力；④水質(zhì)較差，泥沙淤積嚴(yán)重，水生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞；⑤護(hù)坡形式單一，美觀性和親水性不佳；⑥沿岸缺少植物配置，沒(méi)有穩(wěn)定的植物群落，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。為提高沿岸土地利用率，保護(hù)沿岸生態(tài)環(huán)境，改善兩岸居民的生活環(huán)境，故需對(duì)該河流城區(qū)段進(jìn)行整治和生態(tài)護(hù)坡建設(shè)。

3.2 生態(tài)岸坡設(shè)計(jì)方案

本次河段整治的首要任務(wù)是提高城區(qū)河段的防洪和行洪能力，提高沿岸的抗沖刷能力和穩(wěn)定性，其次是提升兩岸的生態(tài)環(huán)境，改善水質(zhì)。因此，根據(jù)河道的工程地質(zhì)情況，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)原則，初步提出五種生態(tài)岸坡設(shè)計(jì)方案，分別是：預(yù)制混凝土護(hù)坡、生態(tài)植被護(hù)坡、生態(tài)混凝土護(hù)坡、土工格柵固土種植基護(hù)坡以及石籠—灌叢層插護(hù)坡，如圖3所示。

圖3 生態(tài)岸坡初步設(shè)計(jì)方案

3.3 結(jié)果分析

3.3.1AHP指標(biāo)權(quán)重

邀請(qǐng)同行業(yè)的7位專家對(duì)上述5種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行打分，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度值，然后構(gòu)建判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)分析，通過(guò)計(jì)算分別得到了準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重值，如圖4所示。從圖4(a)中可以看到：從四個(gè)準(zhǔn)則層的權(quán)重情況可以看出，生態(tài)護(hù)坡的結(jié)構(gòu)特性權(quán)重值(0.3965)最高，其次為生態(tài)特性，權(quán)重值為0.2936，經(jīng)濟(jì)特性權(quán)重值(0.1866)和施工特性(0.1233)分別排名第三和第四，可見(jiàn)，對(duì)于河道生態(tài)護(hù)坡最重要的是滿足河道的結(jié)構(gòu)特性，即提高防洪排澇能力和穩(wěn)定性，其次為改善河道的生態(tài)環(huán)境，提升水質(zhì)，這與河道整治的初衷相一致，因此，專家評(píng)分客觀合理。

圖4 權(quán)重值計(jì)算結(jié)果

從19個(gè)指標(biāo)層的權(quán)重值可以看出：防洪指標(biāo)、排澇指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)以及抗沖刷性指標(biāo)的權(quán)重值分別排名前4位，表明該河段生態(tài)護(hù)坡治理的最首要目標(biāo)是滿足上述四項(xiàng)功能；運(yùn)行期限(B2)、透水性和涵水性(D1)、水文調(diào)蓄功能(D2)以及水土保持效益分別排名五到八位，親水性(D7)、施工和維護(hù)難易程度(C3)、施工速度(C1)和施工材料的易得性(C4)的權(quán)重值排在末四位，表明相較于其它指標(biāo)而言，這些指標(biāo)并不是本次河道生態(tài)護(hù)坡治理主要考慮的因素。

3.3.2基于綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

基于AHP權(quán)重值分析結(jié)果，利用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法得到的評(píng)分結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看到：從結(jié)構(gòu)特性評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案1>方案3>方案5>方案4>方案2，方案1(預(yù)制混凝土護(hù)坡)的結(jié)構(gòu)特性最好，方案2(生態(tài)植被護(hù)坡)的結(jié)構(gòu)特性最差；從經(jīng)濟(jì)特性評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案5>方案2>方案3>方案4>方案1，方案5(石籠—灌叢層插護(hù)坡)的經(jīng)濟(jì)特性最好，方案1(預(yù)制混凝土護(hù)坡)的經(jīng)濟(jì)特性最差；從施工特性來(lái)講：方案5>方案2>方案3>方案1>方案4，方案5(石籠—灌叢層插護(hù)坡)的施工特性最好，方案4(土工格柵固土種植基護(hù)坡)的施工特性最差；從生態(tài)特性來(lái)講：方案3>方案2>方案4>方案5>方案1，方案3(生態(tài)混凝土護(hù)坡)的生態(tài)特性最好，方案1(預(yù)制混凝土護(hù)坡)的生態(tài)特性最差。從總評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案3>方案5>方案4>方案2>方案1，因此，從綜合評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)講，采用生態(tài)混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)方案最佳。

圖5 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法評(píng)分結(jié)果

3.3.3基于灰色關(guān)聯(lián)度法的評(píng)價(jià)結(jié)果

同理，基于AHP權(quán)重值分析結(jié)果，利用灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)指標(biāo)法得到的評(píng)分結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看到：從結(jié)構(gòu)特性評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案1>方案3>方案5>方案4>方案2，這與綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法評(píng)價(jià)結(jié)果相一致；從經(jīng)濟(jì)特性評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案3>方案5>方案2>方案1>方案4，方方案3(生態(tài)混凝土護(hù)坡)的經(jīng)濟(jì)特性最好，方案4(土工格柵固土種植基護(hù)坡)的經(jīng)濟(jì)特性最差；從施工特性來(lái)講：方案5>方案2>方案3>方案1>方案4，這也與；從生態(tài)特性來(lái)講：方案3>方案4>方案2>方案5>方案1，方案3(生態(tài)混凝土護(hù)坡)的生態(tài)特性最好，方案1(預(yù)制混凝土護(hù)坡)的生態(tài)特性最差。從總評(píng)分結(jié)果來(lái)講：方案3>方案5>方案1>方案4>方案2，因此，從灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)講，仍是采用生態(tài)混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)方案最佳。

圖6 灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)指標(biāo)法評(píng)分結(jié)果

3.3.4護(hù)坡方案選擇

經(jīng)層次分析法(AHP)對(duì)生態(tài)護(hù)坡各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，然后分別通過(guò)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法和灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)指標(biāo)法對(duì)5種不同護(hù)坡方案進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看：雖然不同準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)結(jié)果有不同之處，但最終得到的總評(píng)價(jià)結(jié)果大致相同，兩種評(píng)價(jià)方法得到的最佳方案均是采用生態(tài)混凝土護(hù)坡，此時(shí)能夠達(dá)到較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，故建議在本工程中采用生態(tài)混凝土護(hù)坡作為最終的施工方案。

4 結(jié)語(yǔ)

建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析(AHP)法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，然后分別采用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)法和灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)指標(biāo)法對(duì)5種護(hù)坡方案的綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，得出如下結(jié)論：

(1)從準(zhǔn)則層來(lái)看，結(jié)構(gòu)特性的權(quán)重值最大，從指標(biāo)層來(lái)看，防洪指標(biāo)的權(quán)重值最大。

(2)基于綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：方案3>方案5>方案4>方案2>方案1，采用生態(tài)混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)方案最佳。

(3)基于灰色關(guān)聯(lián)度法的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：方案3>方案5>方案1>方案4>方案2，也是采用生態(tài)混凝土護(hù)坡的設(shè)計(jì)方案最佳。

(4)綜合兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，認(rèn)為在本工程中采用生態(tài)混凝土護(hù)坡作為最終的施工方案，能夠達(dá)到較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。