河道治理方案優選定量評估指標的建立與應用研究

孫 健

(遼寧天陽工程技術咨詢服務有限公司，沈陽 110003)

0 引 言

河道治理方案的優化是河道治理實施的重要基礎，是保證河道治理效果的重要先期條件[1]。對于河道治理方案的選擇一般主要通過專家評議的方式進行，這種方式存在一定的主觀性。近些年來，對于河道治理方案優選取得一定的研究成果[2-8]，這些研究成果均表明通過構建河道治理方案的優選指標，可以實現河道治理方案客觀、合理選擇。但這些研究成果大都考慮單一指標的影響，而河道治理方案影響指標較多，需要構建多屬性指標對其方案進行優選。當前，多屬性模糊決策模型在一些水利工程設計方案優選中得到應用[10-15]，但是在河道治理方案優選中應用還較少，為此文章以某河道治理工程為具體實例，通過構建河道治理方案優選指標，采用多屬性模糊決策模型對不同治理方案進行定量優選。研究成果對于河道整治方案優選方法具有重要參考意義。

1 計算原理

多屬性模糊決策模型主要通過對不同河道治理方案優選指標進行評估，并對不同指標隸屬度進行計算，確定各評估指標權重影響值，最后得到不同河道治理優選方案的評估值，對各方案進行優選度的定量分析。首選需要對評估模型進行相似矩陣的判定檢驗，檢驗方程為：

(1)

式中：CR為模型判定矩陣的隨機檢驗值；λmax為模型判定矩陣的特征系數最大值；N為判定指標數目；RI為判定矩陣的一致性檢驗值。在判定矩陣計算的基礎上，對各評估指標的權重系數進行計算：

(2)

式中：ω2i為不同指標的權重值；Ei為不同指標期望系數；N為評估指標數目。在確定不同指標權重基礎上對其綜合權重進行計算：

wi=αw1i+(1-α)w2i

(3)

式中：w1i和w2i分別各治理方案指標權重綜合值；wi為綜合評估權重；α表示為單一權重值。在綜合權重計算計算上，多屬性模糊矩陣對各方案進行集合域分析：

P=(P1,P2,....Pm)

(4)

式中：P為各治理方案；m為治理方案的數目。模型對不同治理方案進行評價矩陣分析：

U=(U1,U2,....Um)

(5)

在方程中U為不同方案有限綜合評估度；(U1,U2,....Um)為不同方案的單一評估度。在評估矩陣建立的基礎上，模型對其進行綜合判定計算：

(6)

在方程中Bk為綜合判定矩陣；b為不同方案隸屬度。在綜合判定矩陣分析后，對各指標進行一致性轉換分析：

(7)

式中：rij表示為不同河道治理方案的綜合隸屬度；ri和rj分別為不同方案之間的單一隸屬度；m為河道治理方案的數目。通過指標方案一致性轉換后，得到綜合判定矩陣的一致性方程：

(8)

(9)

(10)

式中：m為治理方案的數目。對各指標權重進行加權計算，并在此基礎上建立評估矩陣：

T=S?AT=(Sij)m×n?(a)1×n

(11)

(12)

式中：T和Ti分別為決策矩陣和系數值。

2 實例應用

2.1 河道治理方案

以遼寧地區某河道治理工程為具體實例，該河道治理工程中主要以防洪、水環境治理作為綜合治理的設計目標。河道治理方案中對10km長度的左岸堤防進行安全加固，對右岸9km的堤防進行安全加高治理。治理工程右岸剖面示意圖，見圖1。工程治理方案中主要對右岸由于堤防防洪進行重新設計，擬制定4套工程治理的方案。

1)第1種方案為對單一河槽進行安全防護治理，并對兩岸堤防進行維護和加固治理，通過整體河段鉚接進行支護固定處理。

2)第2種方案為采用抗滑動支樁方式對其安全加固治理。

3)第3種方案為采用固定樁護方式進行治理。

4)第4種方案為地梁與全鉚接連桿相結合的方式進行綜合防護治理。

圖1 治理工程右岸剖面示意圖

2.2 不同治理方案的優選評估

2.2.1 評估效益指標建立

為對不同河道治理方案進行優選分析，從投入成本、生態治理效益以及環境綜合治理、洪水資源化、占地及土地利用小于建立綜合評估指標，對4種河道治理方案進行優先分析。4種河道治理方案下的效益指標值，見表1。

表1 4種河道治理方案下的效益指標值

從4種河道治理方案指標分析可看出，工程投入以及占地面積指標越小對于河道治理效益越為有利。而其他幾項指標值越高對于治理方案的影響度越大。從各方案指標中可看出，對于方案1而言，其工程投入成本最低，且占地面積效益指標也在各方案中最低，因此其對于治理方案影響對相比于其他方案較低，但改方案其他效益指標值確較大，因此需要對各方案進行指標的綜合對比分析，才能判定其最優治理的方案。而對于方案3而言，其工程投入以及占地面積效益指標在各方案中均最高，但其他指標均較低。綜上在各效益指標確定基礎上，需要對各指標進行綜合評估，才能對不同治理方案進行優選分析。

2.2.2 評估指標權重系數的計算

在對不同河道治理方案效益指標計算的基礎上，采用前述指標權重確定方法對不同方案的指標權重進行計算。4種河道治理方案的指標權重計算結果，見表2。

表2 4種河道治理方案的指標權重計算結果

從不同治理方案的指標權重計算結果可看出，對于方案1而言，其各指標權重在0.005-0.856之間，工程治理投入成本的權重最大，洪水有效控制率和土地增值效益的權重最低。而對于方案2而言，其主要采用抗滑動支樁方式對其安全加固治理，因此其工程投入成本效益權重值較大，為0.533，而由于涉及土地增值影響程度較低，因此其土地增值效益權重值在各項指標中最低，為0.106.而對于方案3而言，其主要為采用固定樁護方式進行河道治理，使得其區域占地面積權重最大，而土地增值和生態性能指標權重較高。對于方案4而言，為采用地梁與全鉚接連桿相結合的方式進行綜合防護治理，從其各項指標和計算權重可看出，這種方式下的生態性能和土地增值效益指標權重較大，而相對工程投入成本權重較低。

2.2.3 判定矩陣的綜合計算

在對不同指標權重計算基礎上，對各方案之間的相對隸屬度進行判定，并得到綜合優選評估結果，4種河道治理方案綜合判定值計算結果，見表4。

表3 4種河道治理方案綜合判定值計算結果

從不同河道治理方案的綜合判定矩陣計算結果可看出，通過計算治理方案1其土地增值和投入成本的效益判定系數最高，其他4項指標的判定系數值均為0，而對于治理方案2而言，其工程投入成本的綜合判定系數較大，明顯高于其他評估指標。方案3下生態性能指標的綜合判定系數最高，其次為環境綜合效益指標的判定系數，工程投入成本的判定系數最低。方案4下其環境綜合效益判定系數最大。通過4種河道治理方案的判定系數可計算各方案的綜合優選值分別為2235.36(方案1)、1523.35(方案2、546.35(方案3)以及36.26(方案4)。通過綜合分析方案1的綜合優選值最高，可選用為最優的治理方案，方案4的優選度最低為36.26。通過專家綜合對比分析，優選結果客觀、合理。

6 結 論

1)在進行不同河道治理方案優選時，建議從工程投入、生態性能指、環境綜合協調、區域占地面積、洪水有效利用率以及土地增值效益等方面建立方案優選評估指標體系，各指標體系的權重應結合治理方案進行綜合設定。

2)在各項優選評估指標中，工程投入以及占地面積指標越小對于河道治理效益越為有利。而其他幾項指標值越高對于治理方案的影響度越大，其中生態性能指和環境綜合協調的相對隸屬度最高。

3)在各指標綜合判定系數確定的基礎上，對各治理方案的優選度進行綜合計算，優選度最高的為最優方案，在具體應用時在分析評估基礎上，還應加入專家綜合研判的方式確定最優決策方案。