柳江流域航道整治工程建筑物性能評價研究

摘要：由于水文地質條件復雜、使用年限較長等問題，柳江流域航道整治工程建筑物出現了損毀甚至失效等問題。為研究柳江流域航道整治工程建筑物服務性能情況，文章利用模糊分析法結合貝葉斯網絡法，對航道整治建筑物展開了全面評價研究。結果表明：2019年柳江流域航道整治工程建筑物的評分為70.75，評分等級為Ⅱ級;航道內主要存在的問題在于山區地貌復雜、河流速度大，導致大壩壩根及壩面出現較大程度的損毀，應當采取措施及時修復。

關鍵詞：模糊分析法;貝葉斯網絡;柳江流域;航道整治;工程性能評價

文獻標識碼：U617.9-A-52-182-4

0 引言

由于水文地質條件復雜、使用年限較長等問題，我國長江、珠江等流域內的航道整治工程建筑物出現了損毀甚至失效等問題[1-3]。因此，對流域整治建筑物展開全面評價并因地制宜采取措施進行處置，對保證航道順利通航具有重要意義。

模糊評價法是對航道工程及其他工程性能展開全面評價的重要方法。趙春鋒等[4]基于模糊層次分析法將建設項目的驗收工作分為多個指標，并結合使用“定性+定量”的評價方法方法，實現了項目驗收工作的準確評價。孫海波[5]依托于某水利工程建立該流域的水資源承載能力評價體系，并采用模糊綜合評價法對該地區的水資源承載能力進行準確評估，研究成果為區域水資源的合理利用和分配工作提供了重要支撐。

綜上所述，現有針對流域整治建筑物工程性能評價的研究較少。因此，本文利用模糊分析法結合貝葉斯網絡法，對航道整治建筑物展開了全面評價并提出具體的處置措施。研究成果可為我國各流域航道整治工程建筑物性能評價及修復工作提供一定的指導作用。

1 航道概況

為研究柳江流域航道整治工程建筑物的工程性能，本次研究選取柳江流域某區段為研究對象，該區段全長303 km，流經都勻市及黔東南苗族侗族自治州，是我國典型的山區河流。柳江流域在該航道段內的河床較為陡峭狹窄，且地形地貌落差大、河流流速快。由于該河段處于貴州山區，因此航道條件較為復雜。此外，為改善河道運輸條件，在該河段內共修建了20余座航道整治建筑物，以保證船只在該航道段內的順利通行。由于航道整治工程建筑物使用年限較長，且流域內水文地質條件復雜，部分航道整治工程建筑物出現了損毀甚至功能缺失問題。因此，利用模糊分析法對柳江流域航道整治工程建筑物性能展開評價并采取相應整治措施，對改善該航道水力運輸條件具有十分重要的意義。

2 航道整治工程建筑物評價模型構建

2.1 模糊分析法

貝葉斯網絡法是利用概率計算來表示各種因素的不確定性并利用概率計算方法進行推理，其主要結構如圖1所示。由圖1可知，在一個完整的貝葉斯網絡中存在一定數目的節點，各節點之間具有相互依賴性和獨立性，根據不同節點間的相互關系構成一個具有層次性的貝葉斯網絡。在貝葉斯網絡中，所有的節點可以具體劃分為根節點、中間節點和目標節點，每一個節點表示一個變量或因素，節點之間具有歸屬性，根節點層可以向中間節點層歸納，中間節點層可以向目標節點層歸納。貝葉斯網絡模型能夠利用節點概率和重要性準確判別某因素的相對權重，因此能夠應用于評價事物的重要性或性能。

2.2 航道整治工程建筑物評價指標體系

基于柳江流域航道整治工程建筑物性能的基本特性和現場調查結果，結合貝葉斯網絡法和層次分析法概念，將柳江流域航道整治工程建筑物性能評價體系中的影響要素劃分為4個層次：目標層、準則層、要素層和指標層，具體層遞劃分及要素情況如圖2所示。由圖2可知，本次研究的目標層是柳江流域航道整治工程建筑物的技術狀況和工程性能，準則層包含功能狀況和結構狀況兩個方面，其中，功能狀況是基于束水攻沙、河道分流及通航優化3個方面展開評價，結構狀況是基于結構局部損傷和結構整體損毀狀態進行評價的，這5個因素為要素層。進一步劃分指標層，束水攻沙可細分為深寬比、等深線寬度、航槽最小水深以及水流速共4個指標;通航優化則可以分為壅水高度、急流水速和水面比降共3個指標;局部損毀則是從壩頭、壩根、壩面和邊坡4個不同部位進行評價;整體損毀則是包括壩體體積和平均高程兩個指標。由此，柳江流域航道整治工程建筑物性能評價指標體系構建完成，主要包括目標層、準則層、要素層和指標層4個層次，準則層包含兩個準則，要素層包含5個要素，指標層包含14個指標。

2.3 指標評價分值劃分

文獻[6]和[7]中提出一種新型指標評價體系方法，并驗證了該指標評價方法的可行性。本文基于該評價方法，結合專家咨詢結果，最終確定了適用于柳江流域航道整治工程建筑物性能評價體系的指標評價方法如表1所示。由表1可知，該評價方法共分為5個層次，對應不同層次分別評價得到100、80、60、40和20分。此外，指標T9、T10、T11、和T12則需要通過現場調查其損毀程度給予評分，其中，結構完好則評分為100，結構輕微損毀或垮塌則評分80，結構嚴重損毀則評分60，結構大面積損毀且具有繼續破壞的趨勢則評分40，結構完全損毀以至于無法繼續發揮工程性能則評分20。

3 柳江流域航道整治工程建筑物性能評價

3.1 評價模型構建

基于貝葉斯模糊評價法構建航道整治工程建筑物評價模型，首先需要構建隸屬度矩陣S。其中，Sij為代表各個不同要素層下的指標因子;i表示第i個要素;j表示某一要素層下的第j個指標。隸屬度矩陣S如式（1）所示：

S=r11r12…r1mr21r22…r2mrn1rn2…rnm（1）

采用降半梯形分布函數計算隸屬度，降半梯形分布函數計算方法如式（2）所示：

rij=0，Ti≤Vi，j-1，Ti≥Vi，j+1Ti-Vi，j-1Vij-Vi，j-1，Vi，j-1

式中：Ti——實際取值;

Vij——指標Ti在第j評價等級的標準值;

m——評價等級數。

綜上，結合模糊評價理論可以將上述隸屬度矩陣轉化為根節點的先驗概率，先驗概率的計算方法如式（3）所示：

p=π（dij）∑jπ（dij）（3）

式中：p——某一要素出現的概率;

π（dij）——該要素隸屬于某模糊子集j的可能性。

3.2 數據采集與建筑物評分

本次研究通過深入收集查閱柳江流域各航道局、水務局及水文局等單位網站公布的資料，結合研究小組現場調查結果，獲得了2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物實際數據及所處情況，并對上述數據進行了合理篩選與處理，保留真實有效的研究數據，最終得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物實際評分如表2所示。

3.3 評價結果

基于表2數據及貝葉斯模糊評價法可以構建2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物評價隸屬度矩陣如式（4）所示：

S=1000100010000.20.8001000100000.40.6010000.20.80000.40.6000.40.6010000.20.8001000（4）

進一步由式（3）將其轉化為根節點模糊概率，轉化結果如表3所示。表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表根據《內河航道維護技術規范》[8]中的評級劃分標準，其中Ⅰ級為75～100分，Ⅱ級為50～75分，Ⅲ級為25～50分，Ⅳ級為0～25分。

根據前述章節評價方法，最終得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物綜合評價得分技術概率為D2019=（0.20，0.48，0.27，0.05），則可得到其綜合評價得分為k=0.20×100+0.48×75+0.27×50+0.05×25=70.75。由此可見，在2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物綜合評價得分<75分，其綜合評價等級為Ⅱ級。經過對航道實際情況的現場考證，認為評價結果與航道建筑物的實際情況符合。

綜上所述，柳江流域航道整治工程建筑物整體評分不高，存在航道運行不暢甚至受阻的風險。結合資料查閱及現場調查結果可知，柳江流域航道整治工程建筑物主要存在的問題在于航道段內地貌落差大、河流流速湍急。此外，由于航道段處于山區內，大范圍存在落石、滑坡等問題，導致航道建筑物尤其是大壩的壩根及壩面均出現了嚴重的損毀問題。因此，建議及時采取措施對大壩的壩根及壩面展開全面修復工作，以保障柳江流域航道的順利通航。

4 結語

為研究柳江流域航道整治工程建筑物性能實際情況，本次研究利用模糊分析法結合貝葉斯網絡法，對航道整治工程建筑物展開了全面評價，并進一步指出柳江流域航道整治建筑物存在的問題及應對措施。研究得到主要結論如下：

（1）柳江流域航道整治工程建筑物的評分為70.75，航道整治建筑物評分等級為Ⅱ級，評價結果與航道整治建筑物的實際情況相符合。

（2）柳江流域航道整治建筑物主要存在的問題是航道段內地貌落差大、河流流速湍急;大范圍存在落石、滑坡等問題，導致航道建筑物尤其是大壩的壩根及壩面均出現了嚴重的損毀問題。需要采取措施對大壩的壩根及壩面展開全面修復工作，以保證柳江流域航道的順利通航。

參考文獻

[1]徐鵬鵬，殷江勇，王 巖.無人機和三維激光掃描儀在長江航道整治建筑物測量中的結合應用[J].中國水運.航道科技，2020（5）：61-66.

[2]張 瑩，康路遙，許吉羊.航道整治建筑物水下檢測方法初探[J].中國水運，2020（9）：130-132.

[3]官志鑫，田紅偉，劉學著，等.湘江株洲與長沙樞紐共同影響下的壩間航道整治數值分析[J].水道港口，2020，41（4）：441-447.

[4]趙春鋒，林 陽，徐 峰，等.淺析層次分析-模糊綜合評價法在設備建設項目驗收中的應用[J].內燃機與配件，2020（22）：173-175.

[5]孫海波.基于模糊評價模型的遼陽市水資源承載能力綜合評估[J].黑龍江水利科技，2020，48（10）：187-191.

[6]范麗嬋.長江中下游丁壩技術狀況評價方法研究[D].南京：東南大學，2018.

[7]張夢成.長江中下游整治建筑物功能評估[D].南京：東南大學，2018.

[8]JTJ 287-2005，內河航道維護技術規范[S].

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：徐開春（1975—），碩士，工程師，主要從事航道工程管理工作。