基于模糊層次分析法的水利工程項目方案優選設計

王 斌

(連云港市贛榆區水利局，江蘇 連云港 222100)

近年來，隨著城市發展的需要，水利工程項目的建設逐漸擴大。面對復雜多變的水環境及較高的建設要求，其工程方案的慎重選擇顯得尤為重要。常見的工程比選方法即從工程內容、建設規模、施工條件、工程投資等方面，多方面同時比較[1]。該方法的優點為對各方案的整體概況一目了然，缺點為比選因素較多，不能突出重點影響因子，容易給選擇者造成選擇困難[2]。可見在大多數情況下，利用傳統簡單的方案比較方法，不能有效地篩選出對工程有利的最佳方案。然而，隨著模糊分析方法發展，模糊層次分析方法的誕生，可以較好的處理多因素比選問題，該方法可實現非定量因素的比選，采用對分析目標進行分層分組的處理手段，進而可以對水利工程中一些設計方案進行更加有效的評選。目前，由于可以較好的反映影響因子間的本質關系，該方法已經在一些領域中得到了廣泛的應用，尤其在較大工程項目方案決策方面具有重要意義。

文章主要介紹模糊層次分析法的基本原理及研究步驟，并將該方法應用于某堤防防滲處理及農溝設計方案優選中，分析了4種堤防防滲方案設計，及某農溝的排澇模數和流量測算設計，并確定相關橫斷面和縱斷面部分設計。

1 模糊層次分析方法基本原理

模糊層次分析法是一種集合定性與定量分析為一體的系統分析模式，該方法具有較高的邏輯性，系統性與實用性。

1.1 模糊層次分析方法核心內容

模糊層次分析法是一種定性分析和定量分析相結合的多目標決策方法，能夠有效地綜合分析決策者的判斷及因素之間的重要性。該方法采用明確問題、確立分析結構、設置判別陣列、層次單系列和總序列方式設計組合權重，可得多種可行方法的綜合評判值。在模糊集合理論與基準的基準上構建模糊一致陣列，并將下層元素對上層元素的重要度完成兩兩對照，因而可得模糊陣列。模糊陣列首先需要構建互補陣列，并對互補陣列完成按行求取和值的方式。

1.2 模糊層次分析方法研究步驟

通過分析水利工程的常見事故原因，發現其安全性影響因素眾多。根據各種因素對工程項目安全性的影響程度，確定其主要的影響因素包括功能復雜性、方案有效性、結構復雜性、技術水平、施工質量、后期維修保養程度及工作載荷等。鑒于以上眾多的影響因素，根據設計人員對工程方案的模糊綜合評分，進而層次分析法可以確定各影響因素之間的權重，制定出相應工程方案可行性影響因素對比評分表，以便于設計人員進行評分。具體研究步驟如下。

模糊層次分析結構模型首先應當對問題進行解析，確定評判指標，并將各個指標所包含的因子分層。設定第一層為目標層級，采用層次分析總排序方式測算方案各個因子的相對權值，即選取最優設計方案；第二層為準則層，為評判的指標模型，采用單排序方式進行排列優選；第三層為方案層，即指多個可以選擇的水利項目設計方法，同樣采用單排序方式進行排列優選。通過獲取的權值，依據大小次序排列，最終獲得最優方案。具體分析流程詳見圖1。

圖1 模糊層次分析方法應用流程圖

2 工程應用

2.1 堤防防滲方案優選設計

經初步論證之后，確定四組防滲對比方案：多頭小直徑的深層攪拌樁方案、垂直鋪塑的方案、高噴型灌漿方案、混凝土防滲墻設計方案。綜合堤防特征與技術標準，對4個方案完成優選決策，模式如下：

構建綜合評判指標模型，能夠衡量方案的優劣如防滲作用，技術可行度，工程整體投資，環境作用與功效等因素；依據專家建議值構建模糊評判體系，進而將模糊互補陣列轉換為模糊一致陣列；設定層次單層排序模式，依據準則層將各個因子權值進行設定，并采用渠道縱橫斷面測算填挖土方的工程狀況。

2.2 農溝排澇模數優選設計

目前多數需要構建排水溝渠的區域，常將農田積水從農溝排放到斗溝，進而從斗溝排放到主干排水溝渠中。采用模糊層次分析方法，整個項目的排澇標準選取10a一遇3d內暴雨，并將雨后3d排水到淹沒農作物的深度。由于該區域積水面積不大，洪峰的流量往往通過3d內暴雨所構成，因而通過3d暴雨雨歷并將點雨量替代面雨量。結合區域變差參量，線模比值獲取排洪撈模參量。

2.3 農溝流量測算及斷面優選設計

流量測算往往依據匯水面積與排澇流量把農溝劃分為A與B兩個型號，采用模糊層次分析方法，分別對A型和B型農溝進行分析測算排澇流量，依據匯水面積與排澇流量把劃分農溝，斗溝，確定農溝整體排澇流量。

橫斷面設計主要參考典型斗溝斷面形式，并依據相關標準，采用模糊層次分析方法，斗溝選用混凝土襯砌的方式，農溝則采用土質溝襯砌的方式。使其新建與改建的斗溝、農溝，均采用相同的斷面形式。通常在測算的過程中將斗溝和農溝的渠底比值降低1/995，斗溝則通過混凝土襯砌的方式，粗糙系數采用0.023，農溝則通過土質溝的模式，粗糙系數采用0.026-0.031。斗溝邊坡參量選取0.52，農溝是土質溝，并設置邊坡參量，底寬，超高參量。

縱斷面設計主要以新建的農溝為主測算相關排澇水位，依據新建農溝的長度、沿程水頭損失等進行測算，以此確定排水溝的縱斷面尺度。

3 小 結

1)模糊層次分析方法的方案判別包含4個步驟，即方案給定，設計，評測與選擇，該方法可充分考量實物復雜度，不確定度和人類思維特征，給水利工程設計提供了優選設計方法。

2)水利工程項目方案優選設計是土地整頓項目工程的重要板塊，渠道和排水溝流量測算能夠判別溝渠的橫斷面和渠中建筑物的尺度，可提升水資源的利用度。

3)采用模糊層次分析法的水利工程項目，可對研究目標進行方案優選，為工程設計提供重要參考價值。

[1]劉永強，張洪瑞，錢璧君.基于FAHP的水利工程項目成本風險管理研究[J]．水電能源科學，2009,9(04):151-154．

[2]孫淑俠．多層次模糊綜合風險評價模型在水利工程中的應用[J]．水電能源科學，2008，26(02):88-90，106．