基于網絡分析法的堤防工程風險分析研究

□李文慶（安陽縣水務局）

1.引言

堤防工程在我國防洪體系中發揮著巨大的作用，但隨著環境等方面的影響，不同地域地質情況復雜，運行條件多變，各種不確定性因素影響眾多，工程一旦失事，將會給國家和人民生命財產安全造成極其嚴重的損失，如何合理的評價堤防工程風險，進而提出降低風險的措施，是一項意義重大的工作。

目前，國內關于堤防綜合風險評價方面的研究較少。文獻分別從防洪堤岸坡滑動失穩、滲透破壞等方面建立了評價模型；評價的角度也均是從隨機性和模糊性等方面獨立考慮，沒有考慮到堤防工程風險因子的相互聯系及相互作用。擬利用系統工程學中的網絡分析法建立風險評價模型，從而對堤防工程風險因素進行客觀評價。

2.網絡分析法（ANP）相關原理

網絡分析法（ANP）由T.L.Saaty教授于1996年提出，與層次分析法（AHP）視各準則為獨立不同，ANP考慮了元素間存在的相互聯系及相互作用。能夠精確評價出相互作用下的各群組、元素的權重。

ANP將系統元素劃分為兩大部分：第1部分稱為控制元素層，包括問題目標及決策準則。所有的決策準則均被認為是彼此獨立的，且只受目標支配。第2部分為網絡層，它是由所有受控制層支配的元素組成的，元素之間互相依存、互相支配，元素和層次間內部不獨立，根據這個原理可以建立堤防工程風險因素的ANP層次結構，如圖1所示。

ANP方法的決策過程與運算中，第1階段為準則間的比較，依次以各個評價元素為評價構面分別進行本群組內元素間重要度成對比較，成對比較矩陣的形式一般為：

圖1 堤防風險分析網絡結構圖

其中，Wij表示第i層上各元素對第j層的影響作用，稱為超矩陣中的塊，具有如下矩陣形式：

層次內部各元素對某個準則的排序，可用超矩陣來表示，即超矩陣中每個層次的每一列是歸一化的，但這并沒有顧及其它層次對此準則的影響，因此超矩陣的每一列并不是歸一化的。將加權超矩陣多次相乘之后，將會收斂至一固定值，即此時矩陣的行向量相同，而列向量之和為1，則為極限超級矩陣，從極限超級矩陣中可得各元素的相對權重，即一個元素對最高目標的最后影響。

3.實例分析

沙潁河干流漯河陳灣～省界河段，河道長度約185.5km，兩岸現有堤防長度349.4km（含周口市后王營圩區內堤）。堤防頂寬多為5～8m，局部堤段為2～5m；堤防邊坡多為1：3，局部為1：2，大部分堤段有植被護坡。左岸107+000以上堤防養護較好，堤面平整，以下堤身低矮單薄，斷斷續續，填筑質量較差；右岸140+000以上堤防養護較好，以下段缺乏養護，局部堤段有人為毀壞現象。

周口城區段堤頂高程約51.2～51.8m，頂寬約6m，堤外分布多級陡坎，岸坡坍塌，灘地寬約0～100余米，河底高程36.7m。堤內為周口市區，地面高程約46.0m。工程區地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為Ⅵ度。周口城區段堤防工程地形地質水文條件復雜，岸坡上部重粉質壤土,局部粘粒含量低為輕粉質壤土，夾粉土質砂薄層，抗沖能力差。

參考以往的一些文獻資料，文章主要將堤防工程風險因素歸類為滲透破壞失事風險、漫頂破壞失事風險和失穩破壞失事風險3個方面。在遵循科學性、系統性、層次性和可操作性的原則下，并考慮風險評價模型應用上的兼容性，本文根據上述情況進行風險因素分析，建立了如圖2所示的堤防工程風險多層次綜合評價指標體系。

圖2 堤防風險多層次綜合評價指標因素圖

采用語意變量尺度來描述各準則間及指標間成對比較時的相對重要度，參照AHP方法中的1-9評判準則確定，分別以各個評價準則及各個指標為評估對象，建立決策準則間及指標間的成對比較矩陣。

通過SD（superdecisions）軟件計算，加權超級矩陣可變換為極限超級矩陣，最終可得指標間權重總排序。見表1

表1 風險因素權重排序表

根據風險因素權重排序計算可知，堤頂超高及洪水位還有堤身變形是主要風險因素，進而可以有針對性的進行單個風險因子的分析，并采取相應的措施減免相應的損失。

4.結語

將網絡分析法評價模型應用于堤防工程風險分析研究，相對于其它評價方法，它將定性的問題用數量的形式表達出來，在一定程度上能減少個人的主觀判斷錯誤，使評價更加全面、客觀、科學化、合理化，具有重要的理論意義和實用價值。

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