基于突變級數法的內河航道疏浚綠色度評價

潘海澤，朱夢姝，賀 建，繆 瑋

(西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都610500)

基于突變級數法的內河航道疏浚綠色度評價

潘海澤，朱夢姝，賀 建，繆 瑋

(西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都610500)

針對內河航道疏浚工程綠色度評價，建立了目標層、分目標層、準則層、指標層等4級評價指標體系，選用突變級數法，對嘉陵江航道疏浚方案進行了評價。結果顯示，嘉陵江航道疏浚方案綠色度水平為0.944，按照評價等級劃分，該方案綠色度等級為優。

內河航道；疏浚；綠色度；評價體系；突變級數法

0 引 言

目前，國內外關于綠色評價指標體系的研究較多。閆志剛等[1]以“節能減排”為核心理念，建立了綠色施工評價指標體系；歐陽斌等[2]緊緊圍繞低消耗、低排放、低污染、高效能、高效率、高效益的目標，建立了綠色低碳港口評價指標體系；Fbos等[3]制定了綠色公路評價指標體系。但是，針對內河航道疏浚綠色度評價的研究相對較少。如何通過研究，特別結合工程實例，系統地建立內河航道疏浚綠色度評價指標體系，進而評價疏浚工程的綠色度，是目前迫切需要解決的問題。

本文定義了內河航道疏浚的綠色度，并建立了內河航道疏浚綠色度評價體系。結合工程實例并利用突變級數法，評價疏浚方案的綠色度，找出疏浚方案中的不足，以便更好地指導航道疏浚施工，降低施工對水生生態造成的破壞，提高河道的通航能力，創造良好的社會效益。

1 內河航道疏浚綠色度的概念

疏浚是指使用挖泥船或其他工具、設備開挖水下的土、石以增加水深或清除淤積的工程措施。內河航道疏浚的綠色度是指在滿足疏浚工程的基本要求及特殊功能的前提下，疏浚技術盡可能節約資源與能源，保護環境與工人健康，節約成本，提高施工質量，實現經濟效益、環境效益及社會效益的綜合程度[4]。內河航道疏浚綠色度的定義突出了“四節一環保”的理念，即節約能源、節約土地、節約水資源、節約材料和環境保護。但是，綠色疏浚不應僅僅包含綠色疏浚技術，還應包括綠色疏浚管理。綠色疏浚是可持續施工，可持續發展的本質是以人為本。因此，綠色疏浚的另一個重要的方面是施工現場的綜合管理。

表1 評價指標體系及評價標準

2 評價指標體系的建立

疏浚工程綠色度評價應從其系統特征和外部環境關系入手，建立一套完整、科學、有效、可操作性強的評價指標體系。具體而言，從環境保護、能源和資源節約利用等3個方面，建立綠色疏浚綜合管理目標層，以反映和體現總目標[5]。

在綠色疏浚分目標層的基礎上，進一步分出評價指標體系的準則層以及指標層[6]。每一層都是上一層的細化和具體化。同時，要遵從上層對綠色疏浚評價指標的內在規定性，構建出具有代表性、準確性和有效性的評價指標體系。內河航道疏浚綠色度評價指標體系及評價標準見表1。

3 評價方法

3.1 突變理論和突變級數法

目前，常用評價的方法主要有層次分析法、主成分分析法和灰色多層次綜合評價法等。為了得到準確有效的評價結果，應根據評價目的并結合評價對象的特點來選擇評價方法。本文采用突變級數法對內河航道疏浚工程的綠色度進行評價。突變級數法不僅避免了人為主觀判斷指標權重的缺陷，同時對樣本數量要求低，計算過程較為方便快捷。突變理論的研究對象是系統的勢函數，根據勢函數對臨界點進行分類。初等突變理論有折疊型突變、尖點型突變、燕尾型突變、蝴蝶型突變等4個較為常用的突變類型。

對勢函數f(x)分別求一階和二階導函數，可以得到勢函數的臨界點集方程和奇點集方程，聯立這2個方程消去x就能得到分歧點集方程。系統會在控制變量滿足分歧點集方程時產生突變。如尖點突變的分歧點集方程為a=-6x2和b=8x3。其中，導致突變的主要因子為a，次要因子為b，當a、b滿足分歧點集方程時，系統發生突變[7- 8]。為了得到系統產生突變時的狀態變量x，可以把分歧點集方程與a、b的值相結合。由于狀態變量和控制變量的取值范圍不一致，必須將兩者的取值范圍都限定在0～1之間，需采用歸一化公式對變量進行歸一化處理。其中，折疊型突變的歸一化公式為xa=a1/2；尖點型突變為xa=a1/2、xb=b1/3；燕尾型突變為xa=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4；蝴蝶型突變為xa=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4、xd=d1/5。

利用歸一化公式進行評價時，多個控制變量將得到多個狀態變量值。如果系統的各個控制變量之間不可以相互替換，即相互之間不能彌補不足，則滿足非互補原則，取值按照“大中取小”的標準；而當系統各個指標之間在沒有前提條件的情況下就可以互相彌補不足，以使x值達到較高的平均值時，則滿足互補原則，則取值按“平均值”的標準。

表2 指標層指標評分和準則層指標計算

3.2 突變級數法的評價過程

(1)構建綠色疏浚評價指標體系。根據各評價指標的相對重要性，對各層次指標進行排序，根據下一層指標數量確定突變類型。

(2)通過咨詢專家、查閱文獻后，對指標層指標進行量化分級，評價等級的范圍為：優(0.8，1]、合格(0.6，0.8]、差[0，0.6]。專家依據評價標準利用區間打分法，對指標層指標進行評分。

(4)利用各突變模型的歸一公式，由指標層指標的數據開始，確定各級狀態變量指標值，逐步向上綜合，最終得到最高層的指標值即為最終評價指標。將總目標的評價標準分為差、合格、良，優4個等級，每個評價等級范圍為：差[0，0.6]、合格(0.6，0.8]、良(0.8，0.9]、優(0.9，1]。從總目標值所處的等級范圍確定疏浚項目綠色度的等級。

4 工程實例

4.1 工程概況

嘉陵江是四川省構建“一橫兩縱”主通道的內河航運體系的重要組成部分，其航運的發展直接影響四川省航運的發展。嘉陵江研究河段未建梯級之前共有各類礙航險灘約280個，梯級渠化工程完成后減少到目前的49個，從根本上解決了嘉陵江灘多水淺的問題。但是，由于前期發展階段將航運目的置于次要地位，未能充分考慮航運功能，所以形成了各航運梯級以正常擋水位銜接的格局。梯級建成后，電站泄水發電，水位消落，在庫尾出現變動回水段，變動回水段仍存在的灘險無法達到設計航道尺度標準。因此，為了使渠化工程更完善，有必要采取整治措施，確保航道在各水庫變動回水段內滿足設計通航標準的要求。

4.2 分析評價過程

根據嘉陵江航道疏浚的具體情況，由5名專家按照評分標準對指標層指標打分，取平均值作為最終得分。準則層指標值計算以人員安全與健康為例，計算過程如下：

人員安全與健康指標由安全管理、衛生防疫、施工人員生活環境構成燕尾突變模型，指標之間互補，按“平均值”取值原則。xa=a1/2=(0.913)1/2=0.956、xb=b1/3=(0.928)1/3=0.975、xc=c1/4=(0.911)1/4=0.977。則X=(xa、xb、xc)/3=0.969。由此可得，人員安全與健康指標值為0.969。其他準則層指標值見表2。

分目標層指標值計算以能源與資源的節約利用為例，由能源節約與利用、土地資源節約與利用、水資源節約與利用以及材料節約與利用等4個準則層指標構成蝴蝶突變模型，指標之間非互補，按 “大中取小”的取值原則進行取值。xa=a1/2=(0.884)1/2=0.940、xb=b1/3=(0.887)1/3=0.960、xc=c1/4=(0.853)1/4=0.961、xd=d1/5=(0.911)1/5=0.981，則X=min(xa，xb，xc，xd)=0.940。其他分目標層指標值見表3。

表3 分目標層突變類型和指標值

通過分目標層指標值計算得出總目標值，利用總目標值即可判定嘉陵江航道疏浚綠色度的評價等級。已知總目標指標下共有3個分目標層指標，即由環境保護、能源與資源節約利用以及綠色疏浚綜合管理構成燕尾突變模型，指標之間非互補，按“大中取小”取值原則。計算過程如下：xa=a1/2=(0.892)1/2=0.944、xb=b1/3=(0.940)1/3=0.980、xc=c1/4=(0.970)1/4=0.992，則X=min(xa，xb，xc)=0.944。

根據本文中設定的評價標準區間，可以判定嘉陵江航道疏浚綠色度評價等級為優。從指標層指標評分來看， 營養鹽清除率、水體質量、底泥質量以及廢水的循環利用率評分較低，在工程施工過程中應對這幾方面改進。

5 結 語

本文采用突變級數法，對嘉陵江航道疏浚的綠色度進行評價，最終判定嘉陵江項目疏浚綠色度評價等級為優。通過比較指標層指標評分發現薄弱環節，便于改進。

內河航道疏浚是一項復雜的系統工程，涉及多重影響因素和多門學科。本文提出的評價體系和評價方法是對內河航道疏浚的初步探索，在評價指標的選取和評價方法的應用和推廣方面還有待于完善和提高。

[1]閆志剛, 杜立峰, 王雪麗. 綠色施工評價指標體系與方法研究[J]. 中國安全生產科學技術, 2012, 8(7)： 103- 107．

[2]歐陽斌, 王琳, 黃敬東, 等. 綠色低碳港口評價指標體系研究與應用[J]. 水運工程, 2005(4)： 73- 80．

[4]唐路. 綠色施工及評價體系研究[D]. 濟南: 山東建筑大學, 2014．

[5]王海棠, 周勇華, 劉有剛. 海洋疏浚工程的環境影響及對策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

[6]劉嶼. 內河航道維護水平評價研究[D]. 武漢： 武漢理工大學, 2013．

[7]閆志剛, 杜立峰, 王雪麗. 基于突變級數法的綠色施工評價研究[J]. 施工技術, 2012, 41(21)： 25- 19．

[8]王海棠, 周勇華, 劉有剛. 海洋疏浚工程的環境影響及對策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

(責任編輯 楊 健)

北京中元瑞訊科技有限公司

封二

南京科明自動化設備有限公司

前插1

北京華科同安監控技術有限公司

前插2、3

北京中水科海利工程技術有限公司

前插4、5

基康儀器股份有限公司

前插6

上海冠龍閥門機械有限公司

后插1

鄭州機械研究所

封三

北京木聯能工程科技有限公司

封底

Green Degree Evaluation of Dredging in Inland Navigation Channel Based on Catastrophe Progression Method

PAN Haize, ZHU Mengshu, HE Jian, MIAO Wei
(School of Civil Engineering and Architecture, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Aiming at the green degree evaluation of dredging in inland navigation channel, the evaluation index system with four levels of target layer, sub-target layer, criteria layer and index layer is established. Combined with the example of Jialing River dredging project, the catastrophe progression method is used to evaluate dredging schemes. The evaluation results show that the green degree of dredging project in Jialing River channel is 0.944, which is excellent class according to evaluation grade．

inland navigation channel; dredge; green degree; evaluation system; catastrophe progression method

U616(271)

A

0559- 9342(2017)08- 0010- 04