上饒市三江導托渠改擴建工程安全評價研究

羅建輝

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330001)

0 引 言

渠系工程是保障人民財產(chǎn)安全及有效抵御洪水災害的基礎(chǔ)設施。外界環(huán)境、施工質(zhì)量、荷載特性等因素均可對渠系工程安全產(chǎn)生影響，一旦出現(xiàn)垮坡導致渠道雜物、淤泥過多，導致城市部分區(qū)域無法排水、排污等將造成巨大的經(jīng)濟損失。為了全面掌握渠系工程的運行現(xiàn)狀，就需要評價分析各類風險的災害程度以及潛在或固有的危險。目前，國內(nèi)外學者評價分析防洪工程安全的研究較多，考慮不同地區(qū)的實際情況以及自身的防洪特點，荷蘭、日本等國家構(gòu)建了適用于本國的評價體系。然而，由于工程特征、自然環(huán)境和氣候條件的差異，加之復雜多變的防洪工程廣泛分布于我國各個地區(qū)，截止當前還未建立成熟完善的安全評價體系，也缺乏科學適用的技術(shù)標準與調(diào)查方法。因此，國內(nèi)主要采用大壩的相關(guān)方法評價防洪工程安全，綜合考慮定量與定性指標構(gòu)建防洪安全評價體系。

內(nèi)河堤防屬于現(xiàn)有研究的主要對象，針對上饒市三江導托渠防洪工程，因其獨特的地理位置和氣候環(huán)境，淤泥對渠道產(chǎn)生較大影響，較內(nèi)河堤防其所受荷載、渠道結(jié)構(gòu)均具有明顯差異。通過對影響上饒市三江導托渠防洪安全相關(guān)資料的收集，全面了解渠道歷史和現(xiàn)狀損壞情況，從內(nèi)部、外部兩個角度分類識別各種風險因素，并遵循系統(tǒng)性、層次性、科學性和獨立性等原則構(gòu)建綜合評價體系，然后對所有參評因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進的FAHP法確定，采用專家打分法，結(jié)合工程現(xiàn)場調(diào)查資料確定各因子評價值，最終給出能夠系統(tǒng)反映防洪工程安全狀況的綜合評價值。

1 風險因子擬定

在大量總結(jié)工程案例及廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分考慮三江導托渠的破壞特點，初步識別各種風險因素。通過對各種失事模式下渠系工程影響因素的歸納分析，從內(nèi)部、外部兩個角度分析各類風險，其中施工質(zhì)量、保灘護坡、堤基特性、堤身特性和護坡等屬于內(nèi)部因素，而其他因素及荷載特性屬于外部因素。本文將識別的各種風險因素按照層次網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形式組合，由此構(gòu)造防洪工程梯階層次綜合評價體系，見表1。

表1 防洪工程綜合評價體系

2 改進的AHP-熵權(quán)耦合法

2.1 耦合權(quán)重的確定

科學合理地確定指標權(quán)重是防洪工程安全評價的重要環(huán)節(jié)，總體上可以將常用的權(quán)重計算方法分為主觀、客觀權(quán)重法兩類。主觀權(quán)重法體現(xiàn)了決策者的知識經(jīng)驗與個人偏好，如AHP法、專家咨詢法和乘積標度法等，這類方法往往導致評價結(jié)果存在明顯的偏差；客觀權(quán)重法以客觀實際為載體，提取參數(shù)的有效信息，并且具有成熟完善的運算流程和理論體系，如因子分析法、投影尋蹤法、BP網(wǎng)絡法和熵權(quán)法等，此類方法未考慮決策者的主觀判斷，致使評價結(jié)果通常存在較大誤差。為了綜合考慮主觀的經(jīng)驗判斷以及客觀的數(shù)據(jù)信息，本文對所有參評因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進的模糊層次分析法(FAHP法)確定。

對于多目標決策問題的分析，改進的模糊層次分析法具有更好的適用性，該方法存在迭代速度快、理論清晰、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)的層次分析法存在的主觀隨意性。采用改進的FAHP法求解各參評因子權(quán)重時，主要依據(jù)0.1～0.9標度法評定優(yōu)先判斷矩陣F={fij}n×n的因素重要度，評定標準見表2。

表2 重要性標度準則

熵權(quán)法確定指標權(quán)重的主要依據(jù)為各參評因子能夠提供有效信息量的多少，而熵是衡量信息系統(tǒng)離散程度的重要參數(shù)。采用熵權(quán)法確定指標權(quán)重時，參評因子提供的有效信息量越大則該指標的信息熵值越小，其重要度越高賦予的權(quán)值就越大；反之，參評因子提供的有效信息量越小則其信息熵值越大，其重要度越低賦予的權(quán)值越小。熵權(quán)法能夠最大程度地降低主觀因素的干擾，保證防洪工程安全評價的客觀真實性。

將n個防洪工程安全評價指標利用改進的模糊層次分析法和熵權(quán)法分別進行計算，如Ws=[ws1,ws2,…,wsn]T、Wo=[wo1,wo2,…,won]T。為了使得組合權(quán)重的偏差達到最小，對熵權(quán)耦合改進的FAHP法按照最小相對信息熵原理構(gòu)造目標函數(shù)，即：

(1)

然后利用拉格朗日乘法算子對熵權(quán)法、改進FAHP法求解的權(quán)值相耦合，以目標函數(shù)為約束條件獲取所有參評因子的綜合權(quán)重，其計算式為：

(2)

2.2 安全評價等級

根據(jù)大壩安全評價通用標準以及《堤防工程安全評價導則》，結(jié)合防洪工程實際情況合理劃分安全評價等級，見表3。

表3 堤防安全評價等級

2.3 防洪安全綜合評價

結(jié)合工程現(xiàn)場檢查情況，利用專家打分法確定所有參評指標的初始數(shù)值，按百分制賦予相應的數(shù)值Li，并運用熵權(quán)耦合改進的FAHP法獲取各因子組合權(quán)重。然后利用以下公式，求解能夠綜合反映防洪工程安全現(xiàn)狀的評價值S，即：

(3)

式中：Li、Zi分別為各項參評因子的評分值及其組合權(quán)重；S為反映防洪工程安全水平的綜合評價值。

3 工程案例

3.1 工程概況

在保護沿河居民安全、改善周邊景觀環(huán)境、推動生態(tài)文明建設等方面，三江導托渠防洪工程發(fā)揮著重要作用。為進一步提升渠道的防內(nèi)澇能力以及更好地控制河流走勢，上饒市水利部門批準實施了三江導托渠改擴建工程。

三江導托渠改擴建工程位于上饒市區(qū)內(nèi)，工程對外交通條件良好，距離市中心10 km。工程改擴建渠道總長7 212 m，新建進口閘、攔水堰(閘)各一座，進口與豐溪河連通，下游與已實施的三江導托渠延伸段連通。攔水堰(閘)為寬22.5 m的溢流堰和寬6.0 m的水力自控翻板門，新建6座人行便橋、24座公路橋及3座水閘上部橋；下洲調(diào)蓄池總面積為6.667 hm2，主要建筑物有出口閘、攔水閘、隔堤、岸線、下洲支渠閘、排水涵管和下洲調(diào)蓄池(含下洲支渠)。根據(jù)景觀設計，調(diào)蓄池岸線長0.93 km，隔堤長150 m，排水涵管長420 m，內(nèi)徑1.5 m，隔堤設孔口尺寸寬4 m×高2.5 m的攔水閘。項目沿渠線進行雕塑、綠化、景觀和燈光照明等設計，綠地、園路、鋪裝、休閑商業(yè)街與游客中心面積分別為257 378.1、77 330、57 726和14 328.84 m2，配套建設碼頭7處、停車場、指示牌、警示牌及垃圾箱等設施。

上饒市三江導托渠工程存在全線監(jiān)測難度大、堤線較長、覆蓋范圍廣、影響因素多、情況復雜等特點，結(jié)合調(diào)查分析資料和現(xiàn)場監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，采用專家打分法對所有風險因子賦予相應的分值，見表4。

表4 遼河昌圖縣河段防洪安全評分

3.2 計算指標權(quán)重

依據(jù)0.1～0.9標度準則和各要素間的相對貢獻率，采用專家評分法，構(gòu)造防洪工程安全評價優(yōu)先判斷矩陣：

采用熵權(quán)耦合改進的FAHP法，計算各項指標的組合權(quán)重如下：A-B:(0.720,0.280)T、B1-C:(0.315,0.277,0.246,0.162)T、B2-C:(0.632,0.368)T、C1-D:(0.310,0.217,0.266,0.207)T、C2-D:(0.245,0.447,0.308)T、C3-D:(0.192,0.448,0.360)T、C4-E:(0.566,0.434)T、C5-E:(0.470,0.530)T、C6-E:(0.405,0.321,0.274)T。

3.3 防洪安全評價

利用專家打分法，按照工程現(xiàn)場調(diào)查資料，對各風險因子賦予相應的評分值；然后利用熵權(quán)耦合改進的FAHP法，計算各項指標組合權(quán)重，通過加權(quán)運算獲取能夠反映防洪工程安全狀況的綜合評價值為85.748，見表5。

表5 遼河建昌縣河段防洪安全綜合評價值

根據(jù)求解的綜合評價值和劃分的安全評價標準，上饒市三江導托渠防洪工程達到較好安全等級。結(jié)合各風險因子排序情況，渠系工程安全主要受保灘護堤、堤頂高程、滲控措施、水位、風暴潮等因素影響，同時與生態(tài)防護、施工質(zhì)量和堤基處理等因素相關(guān)。采用熵權(quán)耦合改進的FAHP法能夠客觀、準確地反映渠系工程運行情況，保證安全評價的準確性和可靠性，可為區(qū)域防洪規(guī)劃和堤防加固整治提供決策依據(jù)。

4 結(jié) 語

1) 本文以上饒市三江導托渠改擴建工程為例，結(jié)合淤泥對渠系工程長期影響的特點，并依據(jù)工程現(xiàn)場調(diào)查資料和區(qū)域氣候條件，在大量總結(jié)工程案例及廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，從荷載特性、施工質(zhì)量、堤基特性、堤身特性等方面構(gòu)建多目標多層次評價體系，對各風險因子權(quán)重利用熵權(quán)耦合改進的FAHP法確定。

2) 依據(jù)大壩安全評價通用標準和堤防安全評價導則，結(jié)合渠系工程實際情況以及導托渠保護范圍內(nèi)的目標，考慮區(qū)域防洪規(guī)劃合理確定安全評價等級，然后利用專家打分法按照百分制和現(xiàn)場調(diào)查情況賦予相應的分值，最終獲取能夠客觀、全面反映渠系工程現(xiàn)狀的綜合評價值。通過分類識別各種風險因子構(gòu)建的多目標評價體系，可為科學化、定量化論證導托渠改擴建工程方案提供指導。