生態護坡系統結構綜合評價指標體系的建立與應用

朱明龍

(中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081)

生態護坡是在生態水利建設領域結合了“海綿城市”和“可持續發展觀”，需求解決河道生態治理工程與兩岸生態環境的矛盾和沖突，在現代生態河道治理工程中發揮著越來越重要的角色[1- 6]。

新中國成立以來，我國的水利事業取得了長足的發展，但是由于傳統開發利用模式，往往過分強調經濟效益，忽視了對水生態環境的保護，例如在河道護坡工程中，傳統的設計方案多采用漿砌塊石、混凝土等硬質化材料，這些方案不僅建設成本較高。而且穩定性和抗沖刷性不強、且容易造成水生態環境的惡化，不利于兩岸生態經濟的可持續發展。因此，為了改變這一現狀，政府逐漸開始重視水利工程建設中的“生態特性”，經過多年發展，已提出多種生態護坡結構形式，如生態植被護坡、生態混凝土護坡、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護坡方案進行綜合評價分析，以最終確定最佳的設計方案[7- 12]。

本文針對不同的生態護坡結構，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，以期能為生態護坡工程的設計、施工提供借鑒。

1 生態護坡簡介

生態護坡是綜合現代水利工程、生態學、植物學等多門學科，對邊坡進行加固和防護的技術手段，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可持續發展，體現了人與自然和諧發展的要求。傳統的護坡結構包括石材類護坡、混凝土護坡、噴漿類護坡、擋土護坡等，生態護坡根據使用的材料類型又可以分為植物護坡、木材護坡、生態型混凝土類護坡、土壤生物工程護坡以及土工復合材料種植基護坡。傳統護坡強調興利、除害，平面一般順直平滑，斷面幾何規整，主要功能是防洪、排澇、蓄水和航運。與傳統護坡相比，生態護坡還具有景觀、生態、娛樂等特性，同時平面一般蜿蜒曲折，斷面復雜多變，見表1。

表1 傳統與生態護坡對比

2 綜合評價體系的建立

2.1 評價指標體系

生態護坡結構形式的選擇應從結構特性、經濟特性、施工特性和生態特性4個方面進行綜合考慮。其中，結構特性應考慮防洪功能、排澇功能、穩定性功能、抗沖刷性；經濟特性應考慮建設及后期維護費用、運行期限；施工特性應考慮施工和維護的難易程度、施工對環境的影響、施工速度以及施工材料的易得性；生態特性應考慮透水性和涵水性、水文調蓄功能、水土保持效益、水質凈化性、生物多樣性、可持續性、親水性、蓋度以及綠期。從而可以構建得到包括4個評價準則層共計19個評價指標的生態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

建立生態護坡綜合評價指標體系模型后，首先利用層次分析法AHP構造判斷矩陣，通過一致性檢驗分析過后，計算得到每個評價指標的權重；然后分別利用綜合評價指數法和灰色關聯度法計算綜合評價指數和關聯綜合評價計算；最后，根據計算結果，通過定性和定量評價，進行綜合評價分析，得出最佳的生態護岸設計方案[13- 15]，如圖2所示。

圖2 綜合評價分析流程

3 應用分析

3.1 工程概況

某河流全長254km(其中流經縣城長度為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、石灰巖、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，該河流城區段護岸存在如下一些問題：①岸坡沖刷較為嚴重，穩定性較差；②兩岸的水土流失現象嚴重，固水保水能力差；③局部護岸出現坍塌現象，影響河道的防洪排澇能力；④水質較差，泥沙淤積嚴重，水生態遭到嚴重破壞；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，沒有穩定的植物群落，生態系統較為脆弱。為提高沿岸土地利用率，保護沿岸生態環境，改善兩岸居民的生活環境，故需對該河流城區段進行整治和生態護坡建設。

3.2 生態岸坡設計方案

本次河段整治的首要任務是提高城區河段的防洪和行洪能力，提高沿岸的抗沖刷能力和穩定性，其次是提升兩岸的生態環境，改善水質。因此，根據河道的工程地質情況，結合相關設計原則，初步提出五種生態岸坡設計方案，分別是：預制混凝土護坡、生態植被護坡、生態混凝土護坡、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 生態岸坡初步設計方案

3.3 結果分析

3.3.1AHP指標權重

邀請同行業的7位專家對上述5種設計方案進行打分，得到各評價指標的隸屬度值，然后構建判斷矩陣，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重值，如圖4所示。從圖4(a)中可以看到：從四個準則層的權重情況可以看出，生態護坡的結構特性權重值(0.3965)最高，其次為生態特性，權重值為0.2936，經濟特性權重值(0.1866)和施工特性(0.1233)分別排名第三和第四，可見，對于河道生態護坡最重要的是滿足河道的結構特性，即提高防洪排澇能力和穩定性，其次為改善河道的生態環境，提升水質，這與河道整治的初衷相一致，因此，專家評分客觀合理。

圖4 權重值計算結果

從19個指標層的權重值可以看出：防洪指標、排澇指標、穩定性指標以及抗沖刷性指標的權重值分別排名前4位，表明該河段生態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護坡治理主要考慮的因素。

3.3.2基于綜合評價指數法評價結果

基于AHP權重值分析結果，利用綜合評價指標法得到的評分結果如圖5所示。從圖中可以看到：從結構特性評分結果來講：方案1>方案3>方案5>方案4>方案2，方案1(預制混凝土護坡)的結構特性最好，方案2(生態植被護坡)的結構特性最差；從經濟特性評分結果來講：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)的經濟特性最好，方案1(預制混凝土護坡)的經濟特性最差；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；從生態特性來講：方案3>方案2>方案4>方案5>方案1，方案3(生態混凝土護坡)的生態特性最好，方案1(預制混凝土護坡)的生態特性最差。從總評分結果來講：方案3>方案5>方案4>方案2>方案1，因此，從綜合評價指數評價結果來講，采用生態混凝土護坡的設計方案最佳。

圖5 綜合評價指標法評分結果

3.3.3基于灰色關聯度法的評價結果

同理，基于AHP權重值分析結果，利用灰色關聯度評價指標法得到的評分結果如圖6所示。從圖中可以看到：從結構特性評分結果來講：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果相一致；從經濟特性評分結果來講：方案3>方案5>方案2>方案1>方案4，方方案3(生態混凝土護坡)的經濟特性最好，方案4(土工格柵固土種植基護坡)的經濟特性最差；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；從生態特性來講：方案3>方案4>方案2>方案5>方案1，方案3(生態混凝土護坡)的生態特性最好，方案1(預制混凝土護坡)的生態特性最差。從總評分結果來講：方案3>方案5>方案1>方案4>方案2，因此，從灰色關聯度評價指數評價結果來講，仍是采用生態混凝土護坡的設計方案最佳。

圖6 灰色關聯度評價指標法評分結果

3.3.4護坡方案選擇

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

4 結語

建立生態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，然后分別采用綜合評價指標法和灰色關聯度評價指標法對5種護坡方案的綜合性能進行了評價和分析，得出如下結論：

(1)從準則層來看，結構特性的權重值最大，從指標層來看，防洪指標的權重值最大。

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

(3)基于灰色關聯度法的評價結果顯示：方案3>方案5>方案1>方案4>方案2，也是采用生態混凝土護坡的設計方案最佳。

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