層次分析法在某工程生態(tài)護(hù)坡選型研究中的應(yīng)用

柴先墩

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

作為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要組成部分，生態(tài)型河道建設(shè)近些年在全國受到了高度重視，尤其是生態(tài)護(hù)岸[1]的理念在水利工程中得到了大力弘揚(yáng)。為改善生態(tài)環(huán)境，提升城市水平，廣州市南沙區(qū)政府實(shí)施了某河涌綜合整治工程。整治河涌全長5 524.3 m，河道須采用生態(tài)護(hù)坡。以往對于具體工程中生態(tài)護(hù)坡選型一直有主觀性強(qiáng)、各因子權(quán)重不科學(xué)等問題。因此，此工程采用層次分析法對生態(tài)護(hù)坡選型進(jìn)行研究，為生態(tài)護(hù)坡的選型提供依據(jù)。

1 層次分析法[2-4]

以深入分析問題為基礎(chǔ)，將分析對象的因素建立起彼此相關(guān)因素的層次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以清晰反映出相關(guān)因素（目標(biāo)、準(zhǔn)則、對象）的彼此關(guān)系，使決策者能夠把復(fù)雜的問題進(jìn)行逐一比較、判斷，從中選擇最優(yōu)方案。運(yùn)用層次分析法大體分成四個步驟：建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造比較判別矩陣、單準(zhǔn)則下層次排序及其一致性檢驗(yàn)、層次總排序及其一致性檢驗(yàn)。

步驟1 建立層次結(jié)構(gòu)模型[5]：層次分析法先將決策的目標(biāo)、評價準(zhǔn)則和行動方案按它們之間的相互關(guān)系分為最高層、中間層和最低層，給出層次結(jié)構(gòu)模型圖，模型中目標(biāo)、評價準(zhǔn)則和行動方案處于不同層次，彼此之間關(guān)系用線段表示，評價準(zhǔn)則可細(xì)分多層。典型層次結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

圖1 典型層次結(jié)構(gòu)模型圖

步驟2 構(gòu)造判別矩陣：對每一層級因素集A=｛A1，A2，A3，…，An｝，請有經(jīng)驗(yàn)的專家按照1～9 標(biāo)度法進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)成判斷矩陣a。

其中，aii=1，aij＞0，aji=1/aij，n 為因素的個數(shù)。

步驟3 單準(zhǔn)則下層次排序及其一致性檢驗(yàn)：單準(zhǔn)則下層次排序及其一致性檢驗(yàn)就是求解同一層次各要素對于其上一層次要素的相對重要性的排序權(quán)值，并對各判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。

將判斷矩陣的列向量歸一化，即：

式中：λ 為A 的最大特征值；ω 為歸一化特征矩陣列向量。

步驟4 總排序一致性檢驗(yàn)：層次總排序就是從最高層到最低層，逐層確定同一層次各要素對于最高層要素的排序權(quán)值，并檢驗(yàn)各判斷矩陣的一致性。計(jì)算方法與層次單排序及其一致性檢驗(yàn)相同，只是將式中的層次ωk替換為層次總排序權(quán)值ωkA。依此類推，直至最后一層指標(biāo)為止。

步驟5 確定評價指標(biāo)的權(quán)重值：最后一層要素的總排序權(quán)值計(jì)算結(jié)果，即可作為評價管理等實(shí)際問題的決策依據(jù)。

2 工程應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

該工程為特色水上居住區(qū)的水系重構(gòu)和景觀建設(shè)，為更好的營造居住生活區(qū)奠定基礎(chǔ)，建設(shè)河涌總長度5 524.3 m。

景觀水位：4.70~5.30 m。

設(shè)計(jì)高水位：6.30 m。

規(guī)劃河口寬度：50 m。

設(shè)計(jì)河底高程：1.90 m。

該工程河涌整治工程設(shè)計(jì)與生態(tài)、景觀工程設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，著重進(jìn)行分區(qū)、分段設(shè)計(jì)。護(hù)岸滿足河道的基本功能要求的同時，更注重對原有河道自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，改善了河道水質(zhì)，有效提升了濱水生態(tài)景觀，并與城市生活有機(jī)融合，力圖成為內(nèi)水整治工程的典范。因此，護(hù)坡型式最終采用生態(tài)型護(hù)坡。

2.2 建設(shè)理念

（1）疏通水系，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)防洪補(bǔ)強(qiáng)。

（2）結(jié)合周邊環(huán)境特點(diǎn)，明確河段功能定位，制定河涌護(hù)岸設(shè)計(jì)方案。

（3）結(jié)合景觀規(guī)劃，豐富河道斷面要素。

（4）結(jié)合沿河生態(tài)景觀建設(shè)，打造貫通濱水廊道。

2.3 生態(tài)型護(hù)坡基本型式[6-7]

目前，國內(nèi)生態(tài)型護(hù)坡主要以有以下幾種型式：

（1）生態(tài)混凝土護(hù)坡

生態(tài)混凝土護(hù)坡以水泥、單粒級碎石、摻合料等為原料，制備出滿足25%～30%孔隙率和強(qiáng)度要求的無砂大孔隙混凝土，在用復(fù)合改性營養(yǎng)材料進(jìn)行處理后，在面層種植植物，植物在混凝土孔隙內(nèi)發(fā)芽和生長。生態(tài)混凝土厚度為180 mm，強(qiáng)度等級為C15。該類型護(hù)坡表面可植草綠化，但綠化效果一般，且二次播種難度大（見圖2）。

圖2 生態(tài)混凝土護(hù)坡

（2）格賓石籠護(hù)坡

格賓石籠護(hù)坡是在網(wǎng)片中填石構(gòu)成的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。該類型護(hù)坡整體性好，可有效適應(yīng)地基變形，抗沖刷能力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。石籠鋼絲通過特殊的防腐處理，強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)使用壽命長。石塊間隙內(nèi)可長草，有效改善護(hù)岸綠化效果。配合新穎的金屬網(wǎng)格及石塊元素，大氣現(xiàn)代，景觀效果良好（見圖3）。

圖3 格賓石籠護(hù)坡

（3）生態(tài)袋護(hù)坡

生態(tài)袋護(hù)坡是通過生態(tài)袋三維排水聯(lián)結(jié)扣把抗紫外線生態(tài)袋緊密聯(lián)結(jié)，形成三角復(fù)合內(nèi)摩擦緊鎖的柔性護(hù)坡結(jié)構(gòu)。該護(hù)坡有生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)。這種護(hù)坡結(jié)構(gòu)對岸坡的坡度適應(yīng)性能力較強(qiáng)，可用于較陡的邊坡防護(hù)，綠化效果好，生態(tài)景觀良好。但該型護(hù)坡施工維護(hù)期景觀效果稍差，且工程投資偏高（見圖4）。

圖4 生態(tài)袋護(hù)坡

（4）三維水土保護(hù)毯護(hù)坡

三維水土保護(hù)毯護(hù)坡是新型柔性生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)度高（不低于2.0 kN/m）、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。三維水土保護(hù)毯鋪設(shè)在土坡上，并通過一定間距布置的鋼釘與土坡完全貼合，確保土體穩(wěn)定。保護(hù)毯表面覆土，并在上部種植綠化植物，植物生長完全后根系會和保護(hù)毯纏繞在一起，可達(dá)到較好的抗沖刷效果（見圖5）。

圖5 三維水土保護(hù)毯護(hù)坡

（5）塑筋水保抗沖椰墊護(hù)坡

塑筋水保抗沖椰墊是以椰絲纖維為原材料的一種柔性生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)。其采用簡單實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有透水、透氣保水，植物根系便于穿過，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。同時，它能夠使邊坡具有良好的抗沖能力，從而能夠很好的防止土壤砂石流失，使設(shè)備具有良好的保護(hù)效果，能夠有效的提高土壤滲透力、保土保肥。塑筋水保抗沖椰墊施工簡便，施工周期短，施工技術(shù)不復(fù)雜，投資較省，具有較高的性價比（見圖6）。

圖6 塑筋水保抗沖椰墊

2.4 工程應(yīng)用

（1）層次結(jié)構(gòu)模型圖

將AHP 法應(yīng)用于某工程生態(tài)護(hù)坡選型進(jìn)行研究，首先建立層次結(jié)構(gòu)模型，如下圖7 所示。

圖7 生態(tài)護(hù)坡層次結(jié)構(gòu)模型圖

其中，B1 為生態(tài)性；B2 為經(jīng)濟(jì)性；B3 為抗沖刷性；P1 為生態(tài)混凝土護(hù)坡；P2 為格賓石籠護(hù)坡；P3為生態(tài)袋護(hù)坡；P4 為三維水土保護(hù)毯護(hù)坡；P5 為塑筋水保抗沖椰墊護(hù)坡。

（2）構(gòu)造比較判別矩陣

本工程屬于內(nèi)河涌，河涌為排澇、調(diào)蓄和景觀型河道，河涌護(hù)坡以生態(tài)、經(jīng)濟(jì)性為主，抗沖刷性為輔，通過業(yè)主單位及專家打分對方案評價準(zhǔn)則層、方案層價值矩陣進(jìn)行賦值：

（3）層次單排序、總排序及其一致性檢驗(yàn)

依表1 中的數(shù)據(jù)，通過進(jìn)一步計(jì)算可得CR（3）=0.076＜0.1，因此，四個層次單排序CR 的值及總排序一致性檢驗(yàn)均滿足要求。第三層（P 層）相對于總目標(biāo)的排序向量為：

表1 生態(tài)護(hù)坡選型計(jì)算結(jié)果表

=（0.087，0.108，0.184，0.321，0.300）T

式中：W 為準(zhǔn)則層矩陣歸一化特征列向量。

（4）結(jié)論

對生態(tài)護(hù)坡的選型這一總目標(biāo)，所考慮五種方案的相對優(yōu)先排序?yàn)椋?/p>

a. P4（三維水土保護(hù)毯護(hù)坡），權(quán)重為0.321；

b. P5（塑筋水保抗沖椰墊護(hù)坡），權(quán)重為0.300；

c. P3（生態(tài)袋護(hù)坡），權(quán)重為0.184；

d. P2（格賓石籠護(hù)坡），權(quán)重為0.108；

e. P1（生態(tài)混凝土護(hù)坡），權(quán)重為0.087。

綜上，本工程生態(tài)護(hù)坡型式選用三維水土保護(hù)毯護(hù)坡。

3 結(jié)語

（1）在生態(tài)護(hù)坡的選型中引入層次分析法，用以解決工程中生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)選形，能提高生態(tài)護(hù)坡在具體工程中選型的科學(xué)性，減少由設(shè)計(jì)人員主觀性帶來的局限，提高決策的合理性。

（2）實(shí)例應(yīng)用表明，該算法計(jì)算方便，結(jié)果穩(wěn)定，在生態(tài)護(hù)坡的選型中具有可行性和適用性。