寒區(qū)堤防護坡方案熵權系數(shù)評價
——以黑龍江省哈爾濱市阿什河干流道外香坊段為例

于 洋，侯新月，袁安麗，高 月

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150000；2.黑龍江省綏化市發(fā)展和改革委員會，黑龍江 綏化 152000)

1 工程概況

黑龍江省哈爾濱市阿什河的徑流補給主要依靠降雨，2000年以來，由于徑流減少，阿什河常出現(xiàn)間歇性枯水，因此其泄洪能力沒有得到重視。阿什河泄洪能力較差，夏秋暴雨之后容易沖刷邊坡、形成洪水災害，對人民群眾生命財產安全造成威脅。阿什河干流道外香坊段需要建設或改造的堤防段總長28.64 km，河道周邊居民多，因此，堤防護坡方案的目標不僅是增強防洪排澇能力、控制水土流失，改善河道周邊生態(tài)環(huán)境、建設濱水景觀、改善河道水質、保護區(qū)域生物多樣性同樣也是重要任務。

2 堤防護坡方案及其優(yōu)缺點

依據(jù)阿什河干流道外香坊段所處位置的寒區(qū)特點，提出以下五種堤防護坡方案。

方案一：干砌石護坡。干砌石護坡的優(yōu)點在于施工技術成熟、有一定的適應凍脹的能力和抗沖刷能力；缺點在于施工質量存在難以控制地問題，后期維護存在一定難度，透水性強，反濾層易被破壞。

方案二：拋石護坡。拋石護坡在施工上沒有技術難度，拋投簡單，注意好集配可解決坡面不平整問題，維護要求低；缺點在于需要較多石塊因而提升了工程造價，外觀不一影響景觀性，生態(tài)環(huán)境價值低。

方案三：植被護坡。植被護坡優(yōu)點是生態(tài)環(huán)境效益好，景觀價值高、符合國家綠色發(fā)展理念和要求，噴播法等技術也已日趨成熟；缺點在于單使用植被護坡對于抗沖刷要求高的河段不適用，后期維護成本也相對高昂。由于阿什河干流道外香坊段強沖刷出現(xiàn)頻率低、河段周邊居民多，植被護坡也作為可以考慮的選項，但考慮寒區(qū)特點宜選擇紫花苜蓿、草木犀、波斯菊等植被[1-2]。

方案四：鉸鏈生態(tài)護坡。鉸鏈生態(tài)護坡的優(yōu)點是可以很好適應地形變化，可預制后在施工時集中配裝，抗凍脹和冰撞擊的能力強，生態(tài)景觀效益均較好；缺點是抗水淘刷能力弱，且需要一定的維護成本。

方案五：混凝土護坡?；炷磷o坡的優(yōu)點是占地面積小，抗風化、抗沖刷能力強，施工難度??；缺點在于投資耗費高，自重大，在某些區(qū)域反而更容易造成地基失穩(wěn)，抗凍張能力相對較差[3]。

3 熵權系數(shù)建模

3.1 評價指標體系建立

根據(jù)阿什河干流道外香坊段堤防護坡的目標要求，設計施工難度、耐久性、經濟性、景觀性、生態(tài)效益為主要指標，由于河道周邊居民多，為確保施工順利，選取群眾支持力度作為補充指標，如表1所示。則所構建的指標體系共有5個方案、6個指標。

為確保量綱統(tǒng)一，表1中指標的賦值均采用專家打分法。其中，施工難度、耐久性、經濟性由工程和工程造價領域16位具有高級職稱的專家賦分求均值得出，耐久性除傳統(tǒng)考慮的因素外，還充分考慮寒區(qū)特點，即凍脹破壞、靜冰壓力破壞、流冰撞擊破壞、風浪淘刷等；景觀性和生態(tài)效益由風景和生態(tài)環(huán)境領域16位具有高級職稱的專家賦分求均值得出；群眾支持力度在充分調研民意基礎上，由各區(qū)總計12個群眾代表賦分求均值得出。賦分標準為：90～100表明該項指標較優(yōu)；80～90表明良好；60～80表明一般；60以下表示較差。

表1 指標與指標值

3.2 熵權系數(shù)模型

以表1中指標與指標值為基礎，構建熵權系數(shù)評價模型，設本研究中的評價指標共有n個，寒區(qū)堤防方案共有m種，可得到如下評價矩陣(本研究中n=6，m=5)如式(1)[4-5]：

R=(rij)m×n

(1)

式中：rij為第i種寒區(qū)護坡方案下第j個指標值;i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n。對指標rij，有信息熵Ej如式(2)：

(2)

第j個指標值的客觀權重θj按式(3)計算：

(3)

(4)

設矩陣R中每列最優(yōu)的數(shù)值為，根據(jù)最優(yōu)值對R矩陣中的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，數(shù)值優(yōu)劣與指標性質有密切關聯(lián)。指標性質分為兩類：數(shù)值越大越優(yōu)稱為收益指標、數(shù)值越小越優(yōu)稱為損失性指標(本研究在賦分過程中已統(tǒng)一量綱且將所有指標均處理稱為越大越優(yōu)指標)。整理可得式(5)：

(5)

不同寒區(qū)護坡方案的綜合效益評價的熵權系數(shù)值λi可通過如式(6)計算：

(6)

3.3 計算結果

由于耐久性是考察堤防護坡方案的重要指標，因此主觀賦權0.3；考慮周邊居民多，景觀性和群眾支持力度賦予較高權重，均為0.2；其他指標均賦權0.1。根據(jù)熵權系數(shù)評價模型，計算結果如圖1 所示。圖1中可看出，鉸鏈生態(tài)護坡熵權系數(shù)評價值最高，為0.993，表明鉸鏈生態(tài)護坡綜合效益最優(yōu)；植被護坡次之，熵權系數(shù)評價值為0.957；混凝土護坡熵權系數(shù)評價值最低，僅為0.922，表明綜合效益相對最差。綜上，鉸鏈生態(tài)護坡可作為阿什河干流道外香坊段堤防護坡的最優(yōu)方案。

圖1 不同堤防護坡方案的熵權系數(shù)評價值

4 結 語

從上述分析可知，熵權系數(shù)評價在考慮主觀經驗的情況下，在計算時充分遵循了其他要素的客觀信息，避免了單獨采用主觀經驗造成的片面性。綜合施工難度、耐久性、經濟性、景觀性、生態(tài)效益、群眾支持力度，及寒區(qū)堤防護坡抗凍脹破壞、抗靜冰壓力破壞、抗流冰撞擊破壞、抗風浪淘刷的要求后，鉸鏈生態(tài)護坡為阿什河干流道外香坊段最適宜的堤防護坡方案。本研究熵權系數(shù)模型理論和實踐可為類似區(qū)域堤防護坡方案的優(yōu)選提供有益參考。