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生態(tài)護坡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合評價指標體系的建立與應(yīng)用

2021-01-06 09:22:12朱明龍
水利規(guī)劃與設(shè)計 2020年12期
關(guān)鍵詞:混凝土生態(tài)評價

朱明龍

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司,四川 成都 610081)

生態(tài)護坡是在生態(tài)水利建設(shè)領(lǐng)域結(jié)合了“海綿城市”和“可持續(xù)發(fā)展觀”,需求解決河道生態(tài)治理工程與兩岸生態(tài)環(huán)境的矛盾和沖突,在現(xiàn)代生態(tài)河道治理工程中發(fā)揮著越來越重要的角色[1- 6]。

新中國成立以來,我國的水利事業(yè)取得了長足的發(fā)展,但是由于傳統(tǒng)開發(fā)利用模式,往往過分強調(diào)經(jīng)濟效益,忽視了對水生態(tài)環(huán)境的保護,例如在河道護坡工程中,傳統(tǒng)的設(shè)計方案多采用漿砌塊石、混凝土等硬質(zhì)化材料,這些方案不僅建設(shè)成本較高。而且穩(wěn)定性和抗沖刷性不強、且容易造成水生態(tài)環(huán)境的惡化,不利于兩岸生態(tài)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此,為了改變這一現(xiàn)狀,政府逐漸開始重視水利工程建設(shè)中的“生態(tài)特性”,經(jīng)過多年發(fā)展,已提出多種生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)形式,如生態(tài)植被護坡、生態(tài)混凝土護坡、土工格柵固土種植基護坡等等。但是不同的河道的情況需采取不同的生態(tài)護坡才能達到最佳的效果,因此,就必須針對特定的工程對不同生態(tài)護坡方案進行綜合評價分析,以最終確定最佳的設(shè)計方案[7- 12]。

本文針對不同的生態(tài)護坡結(jié)構(gòu),建立綜合評價體系,并采用不同的評價方法進行綜合綜合評價,以期能為生態(tài)護坡工程的設(shè)計、施工提供借鑒。

1 生態(tài)護坡簡介

生態(tài)護坡是綜合現(xiàn)代水利工程、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)等多門學(xué)科,對邊坡進行加固和防護的技術(shù)手段,其既要滿足對河道岸坡的工程防護需求,又要兼顧河道的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展,體現(xiàn)了人與自然和諧發(fā)展的要求。傳統(tǒng)的護坡結(jié)構(gòu)包括石材類護坡、混凝土護坡、噴漿類護坡、擋土護坡等,生態(tài)護坡根據(jù)使用的材料類型又可以分為植物護坡、木材護坡、生態(tài)型混凝土類護坡、土壤生物工程護坡以及土工復(fù)合材料種植基護坡。傳統(tǒng)護坡強調(diào)興利、除害,平面一般順直平滑,斷面幾何規(guī)整,主要功能是防洪、排澇、蓄水和航運。與傳統(tǒng)護坡相比,生態(tài)護坡還具有景觀、生態(tài)、娛樂等特性,同時平面一般蜿蜒曲折,斷面復(fù)雜多變,見表1。

表1 傳統(tǒng)與生態(tài)護坡對比

2 綜合評價體系的建立

2.1 評價指標體系

生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)從結(jié)構(gòu)特性、經(jīng)濟特性、施工特性和生態(tài)特性4個方面進行綜合考慮。其中,結(jié)構(gòu)特性應(yīng)考慮防洪功能、排澇功能、穩(wěn)定性功能、抗沖刷性;經(jīng)濟特性應(yīng)考慮建設(shè)及后期維護費用、運行期限;施工特性應(yīng)考慮施工和維護的難易程度、施工對環(huán)境的影響、施工速度以及施工材料的易得性;生態(tài)特性應(yīng)考慮透水性和涵水性、水文調(diào)蓄功能、水土保持效益、水質(zhì)凈化性、生物多樣性、可持續(xù)性、親水性、蓋度以及綠期。從而可以構(gòu)建得到包括4個評價準則層共計19個評價指標的生態(tài)護坡評價指標體系模型,如圖1所示。

圖1 綜合評價指標體系

2.2 評價分析流程

建立生態(tài)護坡綜合評價指標體系模型后,首先利用層次分析法AHP構(gòu)造判斷矩陣,通過一致性檢驗分析過后,計算得到每個評價指標的權(quán)重;然后分別利用綜合評價指數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)度法計算綜合評價指數(shù)和關(guān)聯(lián)綜合評價計算;最后,根據(jù)計算結(jié)果,通過定性和定量評價,進行綜合評價分析,得出最佳的生態(tài)護岸設(shè)計方案[13- 15],如圖2所示。

圖2 綜合評價分析流程

3 應(yīng)用分析

3.1 工程概況

某河流全長254km(其中流經(jīng)縣城長度為40.9km),流域面積為4219km2,流域多年平均低溫15.8℃,多年平均降雨量900mm,多年平均日照時長為2019h。河道兩岸多呈“U”型河谷,寬度為100~120m,平均坡降為1/900,河道兩岸多以片麻巖、石灰?guī)r、砂石土以及石碴土為主,飽水性能較差,兩岸的水土流失較為嚴重。

當前,該河流城區(qū)段護岸存在如下一些問題:①岸坡沖刷較為嚴重,穩(wěn)定性較差;②兩岸的水土流失現(xiàn)象嚴重,固水保水能力差;③局部護岸出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象,影響河道的防洪排澇能力;④水質(zhì)較差,泥沙淤積嚴重,水生態(tài)遭到嚴重破壞;⑤護坡形式單一,美觀性和親水性不佳;⑥沿岸缺少植物配置,沒有穩(wěn)定的植物群落,生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。為提高沿岸土地利用率,保護沿岸生態(tài)環(huán)境,改善兩岸居民的生活環(huán)境,故需對該河流城區(qū)段進行整治和生態(tài)護坡建設(shè)。

3.2 生態(tài)岸坡設(shè)計方案

本次河段整治的首要任務(wù)是提高城區(qū)河段的防洪和行洪能力,提高沿岸的抗沖刷能力和穩(wěn)定性,其次是提升兩岸的生態(tài)環(huán)境,改善水質(zhì)。因此,根據(jù)河道的工程地質(zhì)情況,結(jié)合相關(guān)設(shè)計原則,初步提出五種生態(tài)岸坡設(shè)計方案,分別是:預(yù)制混凝土護坡、生態(tài)植被護坡、生態(tài)混凝土護坡、土工格柵固土種植基護坡以及石籠—灌叢層插護坡,如圖3所示。

圖3 生態(tài)岸坡初步設(shè)計方案

3.3 結(jié)果分析

3.3.1AHP指標權(quán)重

邀請同行業(yè)的7位專家對上述5種設(shè)計方案進行打分,得到各評價指標的隸屬度值,然后構(gòu)建判斷矩陣,并進行一致性檢驗分析,通過計算分別得到了準則層和指標層的權(quán)重值,如圖4所示。從圖4(a)中可以看到:從四個準則層的權(quán)重情況可以看出,生態(tài)護坡的結(jié)構(gòu)特性權(quán)重值(0.3965)最高,其次為生態(tài)特性,權(quán)重值為0.2936,經(jīng)濟特性權(quán)重值(0.1866)和施工特性(0.1233)分別排名第三和第四,可見,對于河道生態(tài)護坡最重要的是滿足河道的結(jié)構(gòu)特性,即提高防洪排澇能力和穩(wěn)定性,其次為改善河道的生態(tài)環(huán)境,提升水質(zhì),這與河道整治的初衷相一致,因此,專家評分客觀合理。

圖4 權(quán)重值計算結(jié)果

從19個指標層的權(quán)重值可以看出:防洪指標、排澇指標、穩(wěn)定性指標以及抗沖刷性指標的權(quán)重值分別排名前4位,表明該河段生態(tài)護坡治理的最首要目標是滿足上述四項功能;運行期限(B2)、透水性和涵水性(D1)、水文調(diào)蓄功能(D2)以及水土保持效益分別排名五到八位,親水性(D7)、施工和維護難易程度(C3)、施工速度(C1)和施工材料的易得性(C4)的權(quán)重值排在末四位,表明相較于其它指標而言,這些指標并不是本次河道生態(tài)護坡治理主要考慮的因素。

3.3.2基于綜合評價指數(shù)法評價結(jié)果

基于AHP權(quán)重值分析結(jié)果,利用綜合評價指標法得到的評分結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看到:從結(jié)構(gòu)特性評分結(jié)果來講:方案1>方案3>方案5>方案4>方案2,方案1(預(yù)制混凝土護坡)的結(jié)構(gòu)特性最好,方案2(生態(tài)植被護坡)的結(jié)構(gòu)特性最差;從經(jīng)濟特性評分結(jié)果來講:方案5>方案2>方案3>方案4>方案1,方案5(石籠—灌叢層插護坡)的經(jīng)濟特性最好,方案1(預(yù)制混凝土護坡)的經(jīng)濟特性最差;從施工特性來講:方案5>方案2>方案3>方案1>方案4,方案5(石籠—灌叢層插護坡)的施工特性最好,方案4(土工格柵固土種植基護坡)的施工特性最差;從生態(tài)特性來講:方案3>方案2>方案4>方案5>方案1,方案3(生態(tài)混凝土護坡)的生態(tài)特性最好,方案1(預(yù)制混凝土護坡)的生態(tài)特性最差。從總評分結(jié)果來講:方案3>方案5>方案4>方案2>方案1,因此,從綜合評價指數(shù)評價結(jié)果來講,采用生態(tài)混凝土護坡的設(shè)計方案最佳。

圖5 綜合評價指標法評分結(jié)果

3.3.3基于灰色關(guān)聯(lián)度法的評價結(jié)果

同理,基于AHP權(quán)重值分析結(jié)果,利用灰色關(guān)聯(lián)度評價指標法得到的評分結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看到:從結(jié)構(gòu)特性評分結(jié)果來講:方案1>方案3>方案5>方案4>方案2,這與綜合評價指標法評價結(jié)果相一致;從經(jīng)濟特性評分結(jié)果來講:方案3>方案5>方案2>方案1>方案4,方方案3(生態(tài)混凝土護坡)的經(jīng)濟特性最好,方案4(土工格柵固土種植基護坡)的經(jīng)濟特性最差;從施工特性來講:方案5>方案2>方案3>方案1>方案4,這也與;從生態(tài)特性來講:方案3>方案4>方案2>方案5>方案1,方案3(生態(tài)混凝土護坡)的生態(tài)特性最好,方案1(預(yù)制混凝土護坡)的生態(tài)特性最差。從總評分結(jié)果來講:方案3>方案5>方案1>方案4>方案2,因此,從灰色關(guān)聯(lián)度評價指數(shù)評價結(jié)果來講,仍是采用生態(tài)混凝土護坡的設(shè)計方案最佳。

圖6 灰色關(guān)聯(lián)度評價指標法評分結(jié)果

3.3.4護坡方案選擇

經(jīng)層次分析法(AHP)對生態(tài)護坡各個指標進行賦權(quán),然后分別通過綜合評價指標法和灰色關(guān)聯(lián)度評價指標法對5種不同護坡方案進行了分析和評價,從評價結(jié)果來看:雖然不同準則層的評價結(jié)果有不同之處,但最終得到的總評價結(jié)果大致相同,兩種評價方法得到的最佳方案均是采用生態(tài)混凝土護坡,此時能夠達到較大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益,故建議在本工程中采用生態(tài)混凝土護坡作為最終的施工方案。

4 結(jié)語

建立生態(tài)護坡綜合評價指標體系,運用層次分析(AHP)法對各指標進行賦權(quán),然后分別采用綜合評價指標法和灰色關(guān)聯(lián)度評價指標法對5種護坡方案的綜合性能進行了評價和分析,得出如下結(jié)論:

(1)從準則層來看,結(jié)構(gòu)特性的權(quán)重值最大,從指標層來看,防洪指標的權(quán)重值最大。

(2)基于綜合評價指數(shù)法評價結(jié)果顯示:方案3>方案5>方案4>方案2>方案1,采用生態(tài)混凝土護坡的設(shè)計方案最佳。

(3)基于灰色關(guān)聯(lián)度法的評價結(jié)果顯示:方案3>方案5>方案1>方案4>方案2,也是采用生態(tài)混凝土護坡的設(shè)計方案最佳。

(4)綜合兩種評價方法的評價結(jié)果,認為在本工程中采用生態(tài)混凝土護坡作為最終的施工方案,能夠達到較大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。

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