模糊層次分析法在河道堤防工程安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王 恩

(南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司，江蘇 南京 210042)

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·水利工程·

模糊層次分析法在河道堤防工程安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王 恩

(南京國(guó)環(huán)科技股份有限公司，江蘇 南京 210042)

根據(jù)影響堤防工程的因素，建立了堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將模糊綜合評(píng)價(jià)法與層次分析法結(jié)合，構(gòu)建了堤防工程安全模糊層次分析評(píng)價(jià)模型，并以興城河城區(qū)段為例，進(jìn)行左岸及右堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)，指出該方法簡(jiǎn)單易用、評(píng)價(jià)結(jié)果合理可靠。

模糊層次分析法，堤防工程，安全等級(jí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前大洪水引發(fā)的洪水災(zāi)害多由河道堤防潰決或者漫溢造成，堤防工程安全是防洪管理中的重點(diǎn)，對(duì)堤防工程安全的綜合評(píng)估是堤防工程建設(shè)、除險(xiǎn)加固的基本依據(jù)，對(duì)防洪安全管理與應(yīng)急預(yù)案編制具有指導(dǎo)作用。防汛管理人員依據(jù)堤防工程安全評(píng)價(jià)結(jié)論決定采取何種預(yù)防或防護(hù)措施。目前堤防工程安全評(píng)價(jià)采用比較廣泛的評(píng)價(jià)方法有評(píng)分法、危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法、概率法、檢查表評(píng)價(jià)法及綜合法等。堤防工程安全評(píng)價(jià)復(fù)雜，目前還未形成一種通用的評(píng)價(jià)方法。本次研究通過(guò)建立堤防工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以興城河城區(qū)段為例，采用模糊層次分析法進(jìn)行左岸及右岸堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)。

1 研究方法簡(jiǎn)介

模糊層次分析法(Fuzzy Analytical Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱(chēng)FAHP)，將模糊數(shù)學(xué)理論與層次分析法相結(jié)合起來(lái)研究問(wèn)題，該方法在體系評(píng)價(jià)、效能評(píng)估、系統(tǒng)優(yōu)化等方面應(yīng)用較為廣泛，是一種定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法。下面簡(jiǎn)單介紹模糊層次分析綜合評(píng)價(jià)模型的建立過(guò)程。

1)建立評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)集。層次分析法中，一般將指標(biāo)體系劃分為三個(gè)層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。指標(biāo)集的建立主要依據(jù)研究對(duì)象的影響因素，將其分類(lèi)分組，每一類(lèi)或者組即為準(zhǔn)則層指標(biāo)，而指標(biāo)層則是可以量化或者賦分的基本因素，為最細(xì)化的指標(biāo)。

2)計(jì)算權(quán)重。權(quán)重反映各個(gè)指標(biāo)對(duì)堤防工程安全的重要性程度，一般計(jì)算方法有專(zhuān)家估算法、加權(quán)統(tǒng)計(jì)法及頻數(shù)分析法等。根據(jù)實(shí)際情況，將準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層的各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重，得出權(quán)重矩陣W。

3)模糊隸屬度計(jì)算。將堤防工程安全情況從好到壞分為安全、較安全、不安全、很不安全四個(gè)級(jí)別，按照模糊理論的方法，確定每個(gè)指標(biāo)相對(duì)于不同分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)隸屬度R，越大越優(yōu)型指標(biāo)為正向指標(biāo)，越小越優(yōu)型指標(biāo)為負(fù)向型指標(biāo)。

表1 堤防工程安全等級(jí)及系數(shù)對(duì)照表

4)模糊綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)計(jì)算的各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重W及模糊隸屬度R計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)系數(shù)F。堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)系數(shù)為0～1的數(shù)值，數(shù)值越大越安全，如表1所示。

F=W×R。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)指標(biāo)體系建立原則，分析堤防工程安全的影響因素，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本次研究將堤防工程安全指標(biāo)體系分為三個(gè)層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)為單一目標(biāo)，即堤防工程安全性，準(zhǔn)則層包括水文因素及堤防自身因素2個(gè)準(zhǔn)則屬性，指標(biāo)層為具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。指標(biāo)層主要包括洪水量級(jí)、水深、河勢(shì)、堤防設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、堤身及堤基的穩(wěn)定性以及堤防沿線險(xiǎn)情分布情況，指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 實(shí)例研究

興城河是遼寧省興城市的母親河，發(fā)源于興城市西北藥王老嶺及葫蘆島市黑松嶺，流域面積702.92 km2，總河長(zhǎng)50.4 km，河道主槽寬60 m～480 m，興城河是山區(qū)型河流，洪水漲落急劇。興城河流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過(guò)程大部分在1 d之內(nèi)，最長(zhǎng)可達(dá)3 d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流。興城是中國(guó)優(yōu)秀旅游城市，國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)，遼寧省歷史文化名城，是渤海岸邊的一顆璀璨明珠。本次研究以興城河城區(qū)段為例進(jìn)行堤防工程安全綜合評(píng)估。

表2 綜合計(jì)算結(jié)果表

興城河城區(qū)段，即興城南河大橋(上游)至濱海路大橋(下游)，區(qū)間河道長(zhǎng)5.68 km。本區(qū)段干流堤防工程從興城南河大橋至濱海路大橋，平均堤距380 m，堤防型式為均質(zhì)土堤，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。本次研究對(duì)興城河遭遇50年一遇設(shè)計(jì)洪水及100年一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，左岸及右岸堤防工程安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)前述模糊層次分析法，計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，從而判斷安全等級(jí)，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，興城河左岸及右岸堤防均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50年一遇洪水量，左右岸堤防安全，不易發(fā)生潰堤漫溢洪水事件。當(dāng)發(fā)生100年一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，左岸堤防處于較安全狀態(tài)，由于左岸為興城市主城區(qū)，堤防為路堤結(jié)合形式，堤頂較寬，為雙向六車(chē)道，瀝青路面，且迎水坡有護(hù)岸工程，因此防洪能力較強(qiáng)，堤防安全等級(jí)高。超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下，興城河右岸堤防為不安全狀態(tài)，即發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，有可能發(fā)生局部堤防潰決或漫溢事件。因此，發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)右岸堤防的防洪監(jiān)測(cè)及應(yīng)急管理。

4 結(jié)語(yǔ)

采用模糊層次分析法進(jìn)行興城河城區(qū)段堤防工程安全綜合評(píng)價(jià)，得出兩岸堤防工程達(dá)到設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，可抵御50年一遇洪水。當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，興城河右岸堤防有潰堤風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)堤防工程安全監(jiān)測(cè)，做好防洪應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案。模糊層次分析法評(píng)價(jià)結(jié)果符合堤防工程實(shí)際情況，該方法具有計(jì)算簡(jiǎn)便，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在其他河道堤防工程安全評(píng)價(jià)中推廣應(yīng)用。

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Safety evaluation of embankment project based on Fuzzy Analytical Hierarchy Process

Wang En

(NanjingGuohuanScienceandTechnologyCo.，Ltd,Nanjing210042,China)

The embankment project safe evaluation index system is build based on its influencing factors. Coupled with the Fuzzy analysis method and Analytical Hierarchy Process, the safety evaluation model is established. Taking the embankment of Xingcheng river as an example, the safety of its left and right embankment is evaluated based on the model. Point out Fuzzy Analytical Hierarchy Process method is simply and reliably.

Fuzzy Analytical Hierarchy Process method, embankment project, security classification, evaluation indes system

1009-6825(2017)10-0221-02

2017-01-21

王 恩(1983- )，男，博士，工程師

TV871

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