模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價中的應用

摘 要：河道是承擔著城市防洪、排澇、供水、水土保持等功能的綠色廊道，河道堤防工程是保障河道發揮作用的關鍵。本文主要介紹影響提防工程的因素，建立起河道堤防工程的安全評價指標體系，利用模糊層次分析法構建其工程的分析評價模型。本文著重探討模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價中的應用。

關鍵詞：提防工程；模糊層次分析法；評價指標體系；安全等級

前言

目前，洪水引發的災害，大部分都是因為河道堤防潰決而造成，所以提防工程安全是防洪管理的關鍵。對提防安全的綜合評估，是其工程建設和除險加固的重要依據，能夠指導提防工程的安全管理和應急預案編制。目前，我國對河道提防工程的安全評價體系不健全，對其工程的演變和生態功能認識不足。

1 模糊層次分析法簡介與評價模型建立

模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process，簡稱FAHP），這是種采用模糊數學理論與層次分析方法相結合的分析方法，它具有體系評價、效能評估、系統優化等功能，是能夠對評價目標定性定量的評價方法。建立這種評價需要經過以下四種過程：建立評價對象指標集、計算權重、模糊隸屬度計算、模糊綜合評價。

在建立評價對象指標集中，層次分析法會將指標體系劃為目標層、準則層、指標層三個層次。指標集根據評價對象的影響因素進行分類分組，其中每一類或組稱為準則層指標，其層次主要是定性評價；指標層則是最細化的指標，它能夠量化評價對象的基本因素。

權重能夠反映出各個指標對評價對象的重要程度，計算權重的方法主要有專家估算法、加權統計法、頻數分析法等。計算權重的過程是根據評價對象的實際情況，對準則層和指標層的各項指標賦予權重，由此得出權重矩陣W。

模糊隸屬度計算，它是一種將評價對象進行大致評定的計算方法，例如提防工程的安全情況，可按照安全質量從好到壞分為安全、較安全、不安全、很不安全四個安全等級，按照模糊理論方法每個指標區間對應模糊隸屬度R，正向指標與優質評價標準成正比，負向指標反之亦然。

根據計算權重得出的W和模糊隸屬度計算得出的R，以F作為其綜合評價系數。其評價系數計算公式為F=W×R。

按照此評價標準，河道堤防工程安全系數分別為：安全0.9～1.0；較安全0.7～0.9；不安全0.5～0.7；很不安全0～0.5。

2 評價指標體系以及實例研究

2.1評價指標體系

建立的指標評價體系，用以分析影響河道提防安全的各個因素，并定性定量影響因素指標，構建綜合評價指標體系。提防工程安全指標體系可分為目標層、準則層、指標層三個層次，它們逐級下分。

目標層主要標明所要評價的對象以及評價范圍，在它之下是準則層能夠分為兩個評價方向即水文因素和提防自身因素。在準則層之下細分可量化的指標，這一層次叫做目標層。準則層水文因素評可向下分為洪水量級、水深、河勢走向等目標層指標；準則層提防自身因素可向下分為防洪標準、提身穩定性、險情分布等目標層指標[1]。

2.2實例研究

本文將遼寧省興城市興城河作為實例研究對象，該河流域面積為702.92平方千米，河流總長度為50.4千米，河道槽寬為60～480米之間，由于興城河是山區型河流，當發生洪水災害時漲落程度較大。興城河爆發洪水的主要原因為暴雨，大部分的洪水過程主要發生在1天之內，根據記錄興城河最長的洪水過程可達3天。本次實例研究，主要是以興城河城區段為研究范圍，對其提防工程進行安全評估。

研究的興城河城區段范圍為：從興城南河大橋至濱海路大橋，一共5.68千米。該河城區段平均提距為380米，提防型式為均質土提，防洪標準為50年一遇。以興城河左岸、右岸提防工程進行安全性評價，對研究范圍內50年一遇、100年一遇的防洪設計標準，利用上文提到的模糊層次分析法進行評估，并計算其綜合評價系數，從而判定安全等級為四個等級：安全、較安全、不安全、很不安全。

在50年一遇的防洪設計標準中，左岸、右岸提防均達到了設計標準，其安全等級為安全。在100年一遇的防洪設計標準中，左岸是興城市主城區，提防型式為路提結合，建有迎水坡護岸工程，因此防洪能力較強，根據模糊層次分析法的測算，左岸的安全等級為較安全。右岸在100年一遇的防洪設計標準中，有很大可能會出現潰堤和漫溢現象，其安全等級為較不安全，因此建議興城市加強右岸提防防洪檢測和應急管理[2]。

3 模糊層次分析法評價過程各因素分析

首先，對河道堤防工程安全評價，應結合河道類型、地理位置、水文情況、土壤情況等具體因素，構建評價指標體系。由于模糊層次分析法在指標數量過多時不易進行賦權，如果選取的指標不具指向性，則很難對某項進行權重計算和模糊隸屬度計算，因此要慎重選擇評價指標，避免無效指標評價對后續指標評價的影響。

對于河道堤防工程安全評價，模糊層次分析法主要先評價各個因素對地方工程安全的重要程度，然后在此基礎上進行賦權計算。例如，準則層洪水量級權重為20%、水深值為30%等。

模糊層次分析法不是河道堤防工程安全評價的唯一方法，為了確保評價結果更準確，可采用多種方法配合評價，從而得出更加合理的評價結果。

例如，以模糊層次分析法為主要評價方法，搭配主成分分析法，能夠以前者的主觀分析與后者的客觀分析相結合，從而克服模糊層次分析法存在的問題，既能夠考慮各評價指標的差異性，又能避免權重均一性而導致評價不夠客觀。兩種方法相結合，能夠對多項指標進行降維處理，從而降低評價復雜性。

綜合上述，模糊層次分析法用于評價河道堤防安全工程，能夠對影響堤防安全的各影響因素賦予權重計算，從而根據計算得出綜合評價系數，評定安全等級。這種方法簡單易用，評價結果合理可靠，使用這種分析法對河道堤防工程進行安全評價時，要盡可能細分指標層的各項影響因素。

參考文獻

[1]王恩.模糊層次分析法在河道堤防工程安全評價中的應用[J].山西建筑，2017，43（10）：221-222.

[2]柴純純，徐得潛，張瀏.基于模糊層次—主成分分析法的城市河道生態護坡綜合評價[J].水土保持通報，2016，36（05）：167-171+177.

作者簡介：

李海燕（1981-）；性別：女，籍貫：甘肅省舟曲縣人，學歷：本科，畢業于蘭州理工大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：水利水電。

（作者單位：甘肅省舟曲縣水務水電局）