上饒市三江導托渠改擴建工程安全評價研究

羅建輝

(江西省水利水電開發有限公司，南昌 330001)

0 引 言

渠系工程是保障人民財產安全及有效抵御洪水災害的基礎設施。外界環境、施工質量、荷載特性等因素均可對渠系工程安全產生影響，一旦出現垮坡導致渠道雜物、淤泥過多，導致城市部分區域無法排水、排污等將造成巨大的經濟損失。為了全面掌握渠系工程的運行現狀，就需要評價分析各類風險的災害程度以及潛在或固有的危險。目前，國內外學者評價分析防洪工程安全的研究較多，考慮不同地區的實際情況以及自身的防洪特點，荷蘭、日本等國家構建了適用于本國的評價體系。然而，由于工程特征、自然環境和氣候條件的差異，加之復雜多變的防洪工程廣泛分布于我國各個地區，截止當前還未建立成熟完善的安全評價體系，也缺乏科學適用的技術標準與調查方法。因此，國內主要采用大壩的相關方法評價防洪工程安全，綜合考慮定量與定性指標構建防洪安全評價體系。

內河堤防屬于現有研究的主要對象，針對上饒市三江導托渠防洪工程，因其獨特的地理位置和氣候環境，淤泥對渠道產生較大影響，較內河堤防其所受荷載、渠道結構均具有明顯差異。通過對影響上饒市三江導托渠防洪安全相關資料的收集，全面了解渠道歷史和現狀損壞情況，從內部、外部兩個角度分類識別各種風險因素，并遵循系統性、層次性、科學性和獨立性等原則構建綜合評價體系，然后對所有參評因子權重利用熵權耦合改進的FAHP法確定，采用專家打分法，結合工程現場調查資料確定各因子評價值，最終給出能夠系統反映防洪工程安全狀況的綜合評價值。

1 風險因子擬定

在大量總結工程案例及廣泛調研的基礎上，充分考慮三江導托渠的破壞特點，初步識別各種風險因素。通過對各種失事模式下渠系工程影響因素的歸納分析，從內部、外部兩個角度分析各類風險，其中施工質量、保灘護坡、堤基特性、堤身特性和護坡等屬于內部因素，而其他因素及荷載特性屬于外部因素。本文將識別的各種風險因素按照層次網絡結構的形式組合，由此構造防洪工程梯階層次綜合評價體系，見表1。

表1 防洪工程綜合評價體系

2 改進的AHP-熵權耦合法

2.1 耦合權重的確定

科學合理地確定指標權重是防洪工程安全評價的重要環節，總體上可以將常用的權重計算方法分為主觀、客觀權重法兩類。主觀權重法體現了決策者的知識經驗與個人偏好，如AHP法、專家咨詢法和乘積標度法等，這類方法往往導致評價結果存在明顯的偏差；客觀權重法以客觀實際為載體，提取參數的有效信息，并且具有成熟完善的運算流程和理論體系，如因子分析法、投影尋蹤法、BP網絡法和熵權法等，此類方法未考慮決策者的主觀判斷，致使評價結果通常存在較大誤差。為了綜合考慮主觀的經驗判斷以及客觀的數據信息，本文對所有參評因子權重利用熵權耦合改進的模糊層次分析法(FAHP法)確定。

對于多目標決策問題的分析，改進的模糊層次分析法具有更好的適用性，該方法存在迭代速度快、理論清晰、結構簡單等優點，能夠有效規避傳統的層次分析法存在的主觀隨意性。采用改進的FAHP法求解各參評因子權重時，主要依據0.1～0.9標度法評定優先判斷矩陣F={fij}n×n的因素重要度，評定標準見表2。

表2 重要性標度準則

熵權法確定指標權重的主要依據為各參評因子能夠提供有效信息量的多少，而熵是衡量信息系統離散程度的重要參數。采用熵權法確定指標權重時，參評因子提供的有效信息量越大則該指標的信息熵值越小，其重要度越高賦予的權值就越大；反之，參評因子提供的有效信息量越小則其信息熵值越大，其重要度越低賦予的權值越小。熵權法能夠最大程度地降低主觀因素的干擾，保證防洪工程安全評價的客觀真實性。

將n個防洪工程安全評價指標利用改進的模糊層次分析法和熵權法分別進行計算，如Ws=[ws1,ws2,…,wsn]T、Wo=[wo1,wo2,…,won]T。為了使得組合權重的偏差達到最小，對熵權耦合改進的FAHP法按照最小相對信息熵原理構造目標函數，即：

(1)

然后利用拉格朗日乘法算子對熵權法、改進FAHP法求解的權值相耦合，以目標函數為約束條件獲取所有參評因子的綜合權重，其計算式為：

(2)

2.2 安全評價等級

根據大壩安全評價通用標準以及《堤防工程安全評價導則》，結合防洪工程實際情況合理劃分安全評價等級，見表3。

表3 堤防安全評價等級

2.3 防洪安全綜合評價

結合工程現場檢查情況，利用專家打分法確定所有參評指標的初始數值，按百分制賦予相應的數值Li，并運用熵權耦合改進的FAHP法獲取各因子組合權重。然后利用以下公式，求解能夠綜合反映防洪工程安全現狀的評價值S，即：

(3)

式中：Li、Zi分別為各項參評因子的評分值及其組合權重；S為反映防洪工程安全水平的綜合評價值。

3 工程案例

3.1 工程概況

在保護沿河居民安全、改善周邊景觀環境、推動生態文明建設等方面，三江導托渠防洪工程發揮著重要作用。為進一步提升渠道的防內澇能力以及更好地控制河流走勢，上饒市水利部門批準實施了三江導托渠改擴建工程。

三江導托渠改擴建工程位于上饒市區內，工程對外交通條件良好，距離市中心10 km。工程改擴建渠道總長7 212 m，新建進口閘、攔水堰(閘)各一座，進口與豐溪河連通，下游與已實施的三江導托渠延伸段連通。攔水堰(閘)為寬22.5 m的溢流堰和寬6.0 m的水力自控翻板門，新建6座人行便橋、24座公路橋及3座水閘上部橋；下洲調蓄池總面積為6.667 hm2，主要建筑物有出口閘、攔水閘、隔堤、岸線、下洲支渠閘、排水涵管和下洲調蓄池(含下洲支渠)。根據景觀設計，調蓄池岸線長0.93 km，隔堤長150 m，排水涵管長420 m，內徑1.5 m，隔堤設孔口尺寸寬4 m×高2.5 m的攔水閘。項目沿渠線進行雕塑、綠化、景觀和燈光照明等設計，綠地、園路、鋪裝、休閑商業街與游客中心面積分別為257 378.1、77 330、57 726和14 328.84 m2，配套建設碼頭7處、停車場、指示牌、警示牌及垃圾箱等設施。

上饒市三江導托渠工程存在全線監測難度大、堤線較長、覆蓋范圍廣、影響因素多、情況復雜等特點，結合調查分析資料和現場監測相關數據，采用專家打分法對所有風險因子賦予相應的分值，見表4。

表4 遼河昌圖縣河段防洪安全評分

3.2 計算指標權重

依據0.1～0.9標度準則和各要素間的相對貢獻率，采用專家評分法，構造防洪工程安全評價優先判斷矩陣：

采用熵權耦合改進的FAHP法，計算各項指標的組合權重如下：A-B:(0.720,0.280)T、B1-C:(0.315,0.277,0.246,0.162)T、B2-C:(0.632,0.368)T、C1-D:(0.310,0.217,0.266,0.207)T、C2-D:(0.245,0.447,0.308)T、C3-D:(0.192,0.448,0.360)T、C4-E:(0.566,0.434)T、C5-E:(0.470,0.530)T、C6-E:(0.405,0.321,0.274)T。

3.3 防洪安全評價

利用專家打分法，按照工程現場調查資料，對各風險因子賦予相應的評分值；然后利用熵權耦合改進的FAHP法，計算各項指標組合權重，通過加權運算獲取能夠反映防洪工程安全狀況的綜合評價值為85.748，見表5。

表5 遼河建昌縣河段防洪安全綜合評價值

根據求解的綜合評價值和劃分的安全評價標準，上饒市三江導托渠防洪工程達到較好安全等級。結合各風險因子排序情況，渠系工程安全主要受保灘護堤、堤頂高程、滲控措施、水位、風暴潮等因素影響，同時與生態防護、施工質量和堤基處理等因素相關。采用熵權耦合改進的FAHP法能夠客觀、準確地反映渠系工程運行情況，保證安全評價的準確性和可靠性，可為區域防洪規劃和堤防加固整治提供決策依據。

4 結 語

1) 本文以上饒市三江導托渠改擴建工程為例，結合淤泥對渠系工程長期影響的特點，并依據工程現場調查資料和區域氣候條件，在大量總結工程案例及廣泛調研的基礎上，從荷載特性、施工質量、堤基特性、堤身特性等方面構建多目標多層次評價體系，對各風險因子權重利用熵權耦合改進的FAHP法確定。

2) 依據大壩安全評價通用標準和堤防安全評價導則，結合渠系工程實際情況以及導托渠保護范圍內的目標，考慮區域防洪規劃合理確定安全評價等級，然后利用專家打分法按照百分制和現場調查情況賦予相應的分值，最終獲取能夠客觀、全面反映渠系工程現狀的綜合評價值。通過分類識別各種風險因子構建的多目標評價體系，可為科學化、定量化論證導托渠改擴建工程方案提供指導。