寒區堤防護坡方案熵權系數評價
——以黑龍江省哈爾濱市阿什河干流道外香坊段為例

于 洋，侯新月，袁安麗，高 月

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150000；2.黑龍江省綏化市發展和改革委員會，黑龍江 綏化 152000)

1 工程概況

黑龍江省哈爾濱市阿什河的徑流補給主要依靠降雨，2000年以來，由于徑流減少，阿什河常出現間歇性枯水，因此其泄洪能力沒有得到重視。阿什河泄洪能力較差，夏秋暴雨之后容易沖刷邊坡、形成洪水災害，對人民群眾生命財產安全造成威脅。阿什河干流道外香坊段需要建設或改造的堤防段總長28.64 km，河道周邊居民多，因此，堤防護坡方案的目標不僅是增強防洪排澇能力、控制水土流失，改善河道周邊生態環境、建設濱水景觀、改善河道水質、保護區域生物多樣性同樣也是重要任務。

2 堤防護坡方案及其優缺點

依據阿什河干流道外香坊段所處位置的寒區特點，提出以下五種堤防護坡方案。

方案一：干砌石護坡。干砌石護坡的優點在于施工技術成熟、有一定的適應凍脹的能力和抗沖刷能力；缺點在于施工質量存在難以控制地問題，后期維護存在一定難度，透水性強，反濾層易被破壞。

方案二：拋石護坡。拋石護坡在施工上沒有技術難度，拋投簡單，注意好集配可解決坡面不平整問題，維護要求低；缺點在于需要較多石塊因而提升了工程造價，外觀不一影響景觀性，生態環境價值低。

方案三：植被護坡。植被護坡優點是生態環境效益好，景觀價值高、符合國家綠色發展理念和要求，噴播法等技術也已日趨成熟；缺點在于單使用植被護坡對于抗沖刷要求高的河段不適用，后期維護成本也相對高昂。由于阿什河干流道外香坊段強沖刷出現頻率低、河段周邊居民多，植被護坡也作為可以考慮的選項，但考慮寒區特點宜選擇紫花苜蓿、草木犀、波斯菊等植被[1-2]。

方案四：鉸鏈生態護坡。鉸鏈生態護坡的優點是可以很好適應地形變化，可預制后在施工時集中配裝，抗凍脹和冰撞擊的能力強，生態景觀效益均較好；缺點是抗水淘刷能力弱，且需要一定的維護成本。

方案五：混凝土護坡。混凝土護坡的優點是占地面積小，抗風化、抗沖刷能力強，施工難度小；缺點在于投資耗費高，自重大，在某些區域反而更容易造成地基失穩，抗凍張能力相對較差[3]。

3 熵權系數建模

3.1 評價指標體系建立

根據阿什河干流道外香坊段堤防護坡的目標要求，設計施工難度、耐久性、經濟性、景觀性、生態效益為主要指標，由于河道周邊居民多，為確保施工順利，選取群眾支持力度作為補充指標，如表1所示。則所構建的指標體系共有5個方案、6個指標。

為確保量綱統一，表1中指標的賦值均采用專家打分法。其中，施工難度、耐久性、經濟性由工程和工程造價領域16位具有高級職稱的專家賦分求均值得出，耐久性除傳統考慮的因素外，還充分考慮寒區特點，即凍脹破壞、靜冰壓力破壞、流冰撞擊破壞、風浪淘刷等；景觀性和生態效益由風景和生態環境領域16位具有高級職稱的專家賦分求均值得出；群眾支持力度在充分調研民意基礎上，由各區總計12個群眾代表賦分求均值得出。賦分標準為：90～100表明該項指標較優；80～90表明良好；60～80表明一般；60以下表示較差。

表1 指標與指標值

3.2 熵權系數模型

以表1中指標與指標值為基礎，構建熵權系數評價模型，設本研究中的評價指標共有n個，寒區堤防方案共有m種，可得到如下評價矩陣(本研究中n=6，m=5)如式(1)[4-5]：

R=(rij)m×n

(1)

式中：rij為第i種寒區護坡方案下第j個指標值;i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n。對指標rij，有信息熵Ej如式(2)：

(2)

第j個指標值的客觀權重θj按式(3)計算：

(3)

(4)

設矩陣R中每列最優的數值為，根據最優值對R矩陣中的數據進行歸一化處理，數值優劣與指標性質有密切關聯。指標性質分為兩類：數值越大越優稱為收益指標、數值越小越優稱為損失性指標(本研究在賦分過程中已統一量綱且將所有指標均處理稱為越大越優指標)。整理可得式(5)：

(5)

不同寒區護坡方案的綜合效益評價的熵權系數值λi可通過如式(6)計算：

(6)

3.3 計算結果

由于耐久性是考察堤防護坡方案的重要指標，因此主觀賦權0.3；考慮周邊居民多，景觀性和群眾支持力度賦予較高權重，均為0.2；其他指標均賦權0.1。根據熵權系數評價模型，計算結果如圖1 所示。圖1中可看出，鉸鏈生態護坡熵權系數評價值最高，為0.993，表明鉸鏈生態護坡綜合效益最優；植被護坡次之，熵權系數評價值為0.957；混凝土護坡熵權系數評價值最低，僅為0.922，表明綜合效益相對最差。綜上，鉸鏈生態護坡可作為阿什河干流道外香坊段堤防護坡的最優方案。

圖1 不同堤防護坡方案的熵權系數評價值

4 結 語

從上述分析可知，熵權系數評價在考慮主觀經驗的情況下，在計算時充分遵循了其他要素的客觀信息，避免了單獨采用主觀經驗造成的片面性。綜合施工難度、耐久性、經濟性、景觀性、生態效益、群眾支持力度，及寒區堤防護坡抗凍脹破壞、抗靜冰壓力破壞、抗流冰撞擊破壞、抗風浪淘刷的要求后，鉸鏈生態護坡為阿什河干流道外香坊段最適宜的堤防護坡方案。本研究熵權系數模型理論和實踐可為類似區域堤防護坡方案的優選提供有益參考。