生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性快速評價方法研究
——以新建重慶至萬州鐵路為例

韋立偉，付貴增，余雷，陳宇

（1.海河水利委員會海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津300170；2.渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶400014）

生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性快速評價方法研究
——以新建重慶至萬州鐵路為例

韋立偉1，付貴增1，余雷2，陳宇1

（1.海河水利委員會海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津300170；2.渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶400014）

棄渣場是生產(chǎn)建設(shè)項目存放大量棄土、棄石等固體廢棄物的場地，是一種高勢能的人造泥石流源，一旦發(fā)生事故將會嚴(yán)重威脅到下游人民生命和財產(chǎn)安全。采用層次分析法，以新建重慶至萬州鐵路為例，選取棄渣場類型、渣體性質(zhì)、距重要設(shè)施距離、坡度、堆高、匯水面積、棄渣量、攔擋設(shè)施、截排水設(shè)施、密實度等10個指標(biāo)進(jìn)行研究，建立起新建重慶至萬州鐵路的棄渣場潛在危險性快速評價模型，通過實例驗證，評價結(jié)果與實際情況有較好的一致性。

渝萬鐵路；棄渣場；潛在危險性；快速評價；層次分析法

棄渣場是生產(chǎn)建設(shè)項目在施工期和生產(chǎn)運行期產(chǎn)生的大量棄土、棄石等固體廢棄物的專門堆放場地[1]，是一種高勢能的人造泥石流源。棄渣場在降雨和上游來水的影響下，不但可能造成嚴(yán)重的水土流失，而且還可能誘發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，對下游人民生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。

由于影響因子的復(fù)雜性，目前對生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價研究較少，尚無統(tǒng)一的棄渣場潛在危險性評價標(biāo)準(zhǔn)。

本文基于系統(tǒng)理論的層次分析法，以新建重慶至萬州鐵路（以下簡稱渝萬鐵路）為例，對棄渣場潛在危險性的影響因子進(jìn)行研究，建立渝萬鐵路的棄渣場潛在危險性快速評價模型，以期為建設(shè)單位制定合理的安全防范措施提供必要的參考依據(jù)，提高棄渣場安全管理水平，降低潛在危險性，確保棄渣場安全運行。

1 工程概況

渝萬鐵路位于重慶市境內(nèi)，南起重慶北站，向東北經(jīng)江北區(qū)、渝北區(qū)、長壽區(qū)、墊江縣、梁平縣，終點萬州北站。正線全長247.256 km，設(shè)計總占地面積1 191.01 hm2，其中永久占地588.39 hm2、臨時占地602.62 hm2。計劃施工總工期4年，于2013年4月開工建設(shè)。

工程所經(jīng)區(qū)為中低山丘陵地貌，海拔130～1 100 m，相對高差20～600 m；土壤類型主要有黃壤、黃棕壤、紫色土、沖積土；山坡植被茂密，坡腳與斜坡多辟為旱地和林地，山勢較陡處以針葉林、針闊混交林為主，森林覆蓋率為15.05%～34.07%；為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候類型，夏熱冬暖，冬季多霧，霜雪少見，降水豐沛，降雨主要集中在5—8月；流經(jīng)河流均屬長江水系，地表水資源豐富[2]。

渝萬鐵路具有建設(shè)線路長，施工周期長，擾動和破壞地表及植被面積大，挖、填、排、棄土石方量大，沿線棄渣場數(shù)量多等特點。項目地處長江上游，屬三峽庫區(qū)范圍，生態(tài)區(qū)位重要。因此，做好工程建設(shè)中的水土保持特別是維護(hù)好全線棄渣場的安全，對于主體工程的安全運行和相關(guān)地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

2 層次分析法原理

層次分析方法（Analytical Hierarchy Process，以下簡稱AHP）是美國運籌學(xué)家T.L.Saaty首次提出的，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)已成為一種較為成熟的決策方法。其原理是根據(jù)具體問題的實質(zhì)及決策要求所要達(dá)到的目標(biāo)，將問題劃分為不同的組成指標(biāo)，按照指標(biāo)之間的相互影響及隸屬關(guān)系進(jìn)行組合，形成一個多層次的遞階結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析。這種方法的特點是在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息把決策者的決策思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策手段[3]。

AHP步驟如下：①建立層次結(jié)構(gòu)模型；②將問題中的各個要素劃分為不同的層次結(jié)構(gòu)，以框架結(jié)構(gòu)說明各層次之間的從屬關(guān)系；③構(gòu)造判斷矩陣，通過專家對因子間的相對重要程度打分，并用矩陣表示打分結(jié)果；④檢驗層次分析結(jié)果[4]。

3 評價模型建立

按照層次分析法評價指標(biāo)體系設(shè)置的原則和指標(biāo)選取的方法，結(jié)合渝萬鐵路特點和專家意見，運用層次分析法構(gòu)建棄渣場潛在危險性評價指標(biāo)體系。棄渣場潛在危險性評價指標(biāo)體系分成3個層次：第一層次目標(biāo)層（A）、第二層次一級評價指標(biāo)層（B）和第三層次二級評價指標(biāo)層（C）。其中，第一層次指生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性的大??；第二層次表示生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價中的一級評價指標(biāo)，包括3個同級評價指標(biāo)：棄渣場類型特征B1，棄渣場形態(tài)特征B2，棄渣場防護(hù)措施B3；第三層次表示生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價中的二級評價指標(biāo)，包含10個同級評價指標(biāo)：棄渣場類型C1、渣體性質(zhì)C2、距重要設(shè)施距離C3、坡度C4、堆高C5、匯水面積C6、棄渣量C7、攔擋設(shè)施C8、截排水設(shè)施C9、渣體密實度C10。棄渣場潛在危險性層次模型，如圖1所示。

圖1 棄渣場潛在危險性層次模型

生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價通過10個二級評價指標(biāo)的權(quán)重和賦值完成，在評價過程中，將10個二級評價指標(biāo)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值，再將各個指標(biāo)的賦值D和相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重WC相乘，得到對應(yīng)棄渣場的潛在危險性值A(chǔ)。

生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價模型為：

式中：A為生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性值；Di為二級評價指標(biāo)定量賦值；Wci為二級評價指標(biāo)的權(quán)重。

4 評價指標(biāo)權(quán)重計算

4.1 一級評價指標(biāo)權(quán)重計算

一級評價指標(biāo)判斷矩陣通過專家打分的方式構(gòu)建，請3位專家對一級評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩相互比較，按照1—9九個標(biāo)度分別進(jìn)行打分，評價指標(biāo)不同重要程度分別賦予不同的分值，見表1。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義[5]

對各專家判斷矩陣加權(quán)幾何平均，得到集結(jié)后的判斷矩陣，準(zhǔn)則層指標(biāo)集結(jié)后的判斷矩陣見表2。

表2 一級評價指標(biāo)集結(jié)后的判斷矩陣

特征向量經(jīng)過歸一化處理后得到生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性指標(biāo)中的一級評價的指標(biāo)權(quán)重WB分別為：WB1=0.309 7，WB2=0.271 5，WB3=0.418 8；指標(biāo)排序為：WB3＞W(wǎng)B1＞W(wǎng)B2。從評價結(jié)果得到，3個一級評價指標(biāo)中WB3的權(quán)重最大，即棄渣場防護(hù)措施B3是影響生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性的最重要的因素，其次為棄渣場類型特征B1，再次為棄渣場形態(tài)特征B2。

4.2 二級評價指標(biāo)權(quán)重計算

二級評價指標(biāo)判斷矩陣也通過專家打分的方式構(gòu)建，請3位專家對屬于同一類一級評價指標(biāo)下的二級評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩相互比較，按照1—9九個標(biāo)度進(jìn)行打分，評價指標(biāo)不同重要程度分別賦予不同的分值。對各專家判斷矩陣加權(quán)幾何平均，得到集結(jié)后的判斷矩陣，再經(jīng)過歸一化處理后得到二級評價指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重，見表3。

表3 二級評價指標(biāo)的指標(biāo)權(quán)重

10個二級評價指標(biāo)中WC9最大，即截排水設(shè)施C9是影響生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性的最重要的因素，其次為攔擋設(shè)施C8，再次為距重要設(shè)施距離C3[4-10]。

5 評價指標(biāo)定量賦值

對二級評價指標(biāo)的定量賦值D規(guī)則為：將10個二級評價指標(biāo)按照權(quán)重大小排序。從權(quán)重最小的指標(biāo)開始賦值1分，權(quán)重倒數(shù)第二小的指標(biāo)給予2分，依次從1到10分別加1分，直到權(quán)重最大的指標(biāo)為10分。根據(jù)各個指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)，若指標(biāo)測量值屬于最低級，則統(tǒng)一給予1分。如果屬于上一級，則根據(jù)它在10個因子中的排序位置加相應(yīng)的分值。之后，向上按等差級數(shù)遞增。這樣設(shè)計不僅體現(xiàn)了評價指標(biāo)之間的重要程度，也將各評價指標(biāo)之間的相互重要性定量地表現(xiàn)出來。二級評價指標(biāo)的定量賦值D，見表4。

表4 二級評價指標(biāo)定量賦值（D）

6 潛在危險性分級

生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性根據(jù)潛在危險性值A(chǔ)來綜合確定。將同一類別中各評價指標(biāo)的定量賦值D分別與其權(quán)重WC相乘后求和，得出不同級別的分類值，其計算公式為：

式中：A為不同等級潛在危險度閾值；Wci為各二級評價指標(biāo)的權(quán)重；Dj為分類賦值。

按照上面的計算公式，得到生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性的3個評價等級：①1≤A≤7.841 2，棄渣場潛在危險性低；②7.841 2＜A≤14.682 4，棄渣場潛在危險性中等；③14.682 4＜A≤21.523 6，棄渣場潛在危險性高。

7 實例驗證

選取2015年6月渝萬鐵路有代表性的5個棄渣場作為例子進(jìn)行評價方法的實例驗證，各棄渣場評價指標(biāo)見表5。

表5 渝萬鐵路代表性棄渣場評價指標(biāo)（2015年6月）

根據(jù)評價模型和二級評價指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)，對各典型棄渣場的潛在危險性進(jìn)行評價，計算結(jié)果見表6。

表6 渝萬鐵路代表性棄渣場潛在危險性值（A）（2015年6月）

按照生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性分級標(biāo)準(zhǔn)，1號棄渣場潛在危險性值小于7.841 2，表明潛在危險性屬于低；3、4、5號棄渣場潛在危險性值處于7.841 2～14.682 4，表明潛在危險性屬于中等；2號棄渣場潛在危險性值處于14.682 4～21.523 6，表明潛在危險性屬于高。此評價結(jié)果與專家現(xiàn)場實地調(diào)查結(jié)果基本擬合。

8 結(jié)論

運用層次分析法對生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性進(jìn)行定量分析，根據(jù)渝萬鐵路工程具體情況，選取了評價指標(biāo)，計算了各指標(biāo)權(quán)重，建立了基于渝萬鐵路棄渣場的潛在危險性快速評價模型。選取2015年6月渝萬鐵路具有代表性的5個棄渣場實際數(shù)據(jù)代入模型，進(jìn)行棄渣場潛在危險性評價，評價結(jié)果與實際情況相一致，評價方法具有良好的擬合性和實際指導(dǎo)價值。

層次分析法是一種評價生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性較好的方法，但實際評價由于測量值的誤差和專家經(jīng)驗的不同，評價結(jié)果會有些偏差。在今后研究中可以考慮采用衍生層次分析法等，對生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價作進(jìn)一步探討。

生產(chǎn)建設(shè)項目棄渣場潛在危險性評價是一項探索性研究，本文意在拋磚引玉，吸引相關(guān)科技人員做更深入的研究和探索，以期提高棄渣場的管理水平，確保棄渣場和主體工程運行安全。

[1]中國水土保持學(xué)會水土保持規(guī)劃設(shè)計專業(yè)委員會.生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持設(shè)計指南[M].北京：中國水利水電出版社，2011：279-320.

[2]中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司.新建重慶至萬州鐵路水土保持方案報告書[R].成都：中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010.

[3]樊曉一.層次分析法在典型滑坡危險度評價中的應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2004，13（1）：72-76.

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[10]劉豹.層次分析法——規(guī)劃決策的工具[J].系統(tǒng)工程，1984，2（2）：23-30.

Research on Rapid Assessment to Potential Risk of Production and Construction Projects Spoil Ground

WEI Li-wei1，F(xiàn)U Gui-zeng1，YU Lei2，CHEN Yu1
（1.Haihe Basin Soil and Water Conservation Monitor Center，HWCC，Tianjin 300170，China；2.Chongqing-Wanzhou Railway Co.，LTD，Chongqing 400014，China）

Construction and production projects spoil ground is special stacking site for a large number of soil，rock and oth?er solid waste，which is high potential man-made debris flow source.In the case of a possible accident，spoil ground will be serious threat to the downstream people′s life and property security.Taking the new Chongqing-Wanzhou railway as a study case，this study uses AHP to quantify 10 factors（ground type，physical property，distance，slope，hight，catchment area，slag amount，retaining wall，drain，density）and constructs a model for the new Chongqing-Wanzhou railway spoil ground risk degree assessment.The model is applied to assess the risk degree of the new Chongqing-Wanzhou railway spoil ground.Result obtained has a high relativity to the real situation.

Chongqing-Wanzhou railway；spoil ground；potential risk；rapid assessment；AHP

S157

A

1004-7328（2016）06-0041-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.06.013

2016—08—10

韋立偉（1985—），男，碩士，工程師，主要從事水土保持監(jiān)測工作。