平原水網地區跨區域骨干河道堤防防洪風險綜合評價

孫大勇

江河湖海堤防具有防御洪澇災害等作用，是保障經濟可持續發展、社會和諧穩定的重要基礎設施，工程出險、失事往往造成較大的社會影響和經濟損失。對堤防工程的安全性，我國制定了《堤防工程安全評價導則》（以下簡稱《安全評價導則》），指導堤防安全評價工作。堤防防洪風險與其安全性、防護對象的經濟社會發展水平、外邊界條件等諸多因素有關，已有的研究成果多從工程安全評價方面出發，防洪風險評價體系仍有待進一步研究。同時，跨區域堤防涉及不同的行政區，單一行政區的堤防安全評價會割裂區域防洪安全系統性，由于不同的防護對象及其防洪保安需求，現有安全評價體系研究成果也難以滿足跨區域堤防防洪風險評價。此外，現有評價方法多采用層次分析法（以下簡稱AHP），但評價結論因認識不同而異，云模型能融合數據的隨機性、模糊性，實現定性與定量轉換，已在水利、生態環境等評價研究中得到應用，但在堤防防洪風險評價中的應用很少。本文采用AHP 與云模型評價方法，針對跨區域骨干河道堤防特性，建立防洪風險評價體系，對平原水網地區跨區域骨干河道堤防進行防洪風險綜合評價。

一、堤防防洪風險綜合評價方法

AHP 將有關決策的因素分解成目標、準則、指標等，并進行定性和定量分析，有效應用于難以定量解決的問題。AHP 是堤防防洪安全評價的常用方法之一，通常采用隸屬函數表達要素之間的影響與隸屬關系，往往令評價結論失去模糊性。對定性概念，云模型采用期望、熵、超熵表示定量特性，通過云發生器實現兩者轉換，是能融合數據的隨機性、模糊性與實現定性與定量轉換的模型，能夠彌補AHP的缺點。

本文采用AHP 結合云模型評價方法，運用AHP 建立風險評價體系，將云模型引入到平原水網地區跨區域骨干河道堤防防洪風險綜合評價方法，具體步驟：（1）分析堤防防洪風險的影響因子，建立分層風險評價體系。（2）構造判斷矩陣，確定各指標權重，并進行判斷矩陣的一致性檢驗。（3）根據防洪風險評價要求，確定評價分級標準及評價閾值[j，k]。（4）根據堤防工程、保護對象等狀況，確定各評價指標值x。（5）計算云數字特征值，即期望Ex、熵En、超熵He，其中Ex=（j+k）/2，En=（k-j）/2；He 為常數；以熵En 為期望、超熵He 為標準差，計算正態隨機數En'；計算各指標值隸屬度w，w=exp[-1/2×（x-Ex）2/（En'）2]；重復若干次，取平均值，得到最終隸屬度。（6） 根據評價分級標準，采用綜合評價閾值均值表示級別特征值；根據級別特征值與各指標隸屬度，以兩者乘積計算指標評價值；根據指標評價值與權重，加權計算各層綜合評價值，對照分級標準，確定綜合評價等級。

二、堤防防洪風險綜合評價體系

1.綜合評價體系

本文以太湖流域跨區域骨干河道太浦河堤防為例進行研究，構建了防洪風險綜合評價體系。評價體系一級指標層包括堤防防洪能力、防護對象、管理水平3 個指標。堤防防洪能力指標層包括6 項二級指標，以未達標段長度占比、未達標段平均欠高、未達標段防洪標準代表堤防未達標情況，以防洪屏障占比代表防洪保護線的閉合性，以防洪標準評價級別、綜合評價級別代表整體的安全性。防護對象指標層包括防護區人口、GDP、土地面積、基礎設施、堤岸植被覆蓋率5 項二級指標，以體現防護區的經濟社會發展水平。管理指標層，在常用的管理機構及制度評價指標的基礎上，結合河湖空間管控和保護要求、水利工程信息化建設要求等，補充了岸線開發利用率、信息自動化監測2 項二級指標，以體現堤防工程的運行管理、空間管控及信息化等管理水平。本文通過專家咨詢法、經一致性檢驗綜合確定各項指標權重。評價體系見表1。

表1 堤防防洪風險綜合評價體系及指標權重表

2.分級標準

根據流域、區域防洪規劃對堤防防洪標準的要求、堤防現狀防洪能力復核成果、各評價指標實際情況等，參考《安全評價導則》提出的分級方法以及相關研究成果，將堤防防洪風險劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4 個等級，分別代表優、良、中、差，并確定各風險分級評價閾值，見表2。

表2 堤防防洪風險綜合評價指標分級標準表

三、案例應用

1.研究對象概況

太浦河位于太湖流域平原水網地區，是國務院批復的《太湖流域防洪規劃》明確的流域性骨干行洪河道，沿線涉及江蘇省、浙江省和上海市。太浦河工程是太湖流域綜合治理骨干工程之一，于2006年竣工驗收，在太湖流域防洪減災等方面發揮了重要作用。太浦河兩岸堤防是保障太湖流域陽澄淀泖和杭嘉湖水利分區防洪安全的重要屏障，根據行政區劃分，江蘇段、浙江段、上海段堤防長度占比分別為65.03%、11.06%、23.93%。

根據堤防長度、堤頂高程等現狀特性分析，太浦河全線堤防未達標段總長62.98km，江蘇、浙江、上海未達標段長度分別占比66.05%、21.24%、12.70%，未達標段設防高程總體為4.3～5.5m，僅滿足5～20年一遇防洪標準。根據《安全評價導則》分析，江蘇段、浙江段未達標段堤防總長分別為41.6km、13.38km，防洪標準為C 級，為三類（不安全）堤防；上海段未達標段堤防總長8km，防洪標準為B級，為二類（基本安全）堤防。太浦河沿岸地區經濟發達，涉及江蘇省蘇州市吳江全區以及浙江省嘉善縣陶莊和西塘、上海市青浦區金澤和練塘等城鎮；太浦河岸線開發利用程度較高，平均開發利用率約14.7%，其中江蘇段達到21.2%，浙江段和上海段分別為5.0%、0.8%；沿線堤防植被覆蓋率江蘇段為47%、浙江段、上海段達到85%左右。

2.堤防防洪風險綜合評價

在調查分析太浦河兩岸堤防現狀特性、管理運行情況以及兩岸地區經濟社會發展狀況等基礎上，結合有關研究成果，采用本文提出的堤防防洪風險綜合評價方法，綜合評價太浦河兩岸堤防防洪風險，具體成果見表3。

表3 太浦河堤防防洪風險綜合評價結果表

由表3 可知，太浦河整體堤防防洪風險綜合評價值為76.91，對照分級標準（表2），防洪風險整體狀況等級為Ⅲ級，準則層各指標評價等級也均為Ⅲ級，各指標評價值由大到小排序為：防護對象78.90、管理水平77.57、堤防防洪能力75.72。分段堤防中，浙江段、上海段防洪風險綜合評價值分別為81.74、82.85，評價等級均為Ⅱ級，優于江蘇段；江蘇段防洪風險綜合評價值為73.90，評價等級均為Ⅲ級，準則層各指標評價等級均為Ⅲ級、評價值也小于浙江段、上海段。堤防防洪能力評價，上海段評價等級為Ⅱ級，江蘇段、浙江段為Ⅲ級，與各分段現狀堤防的防洪標準及綜合類別相符，江蘇段堤防總長度、未達標段長度、未達標段占比均高于浙江段、上海段，堤防防洪能力評價值最小；防護對象評價，江蘇段保護區人口、面積等大于浙江段、上海段，評價等級為Ⅲ級，浙江段、上海段為Ⅱ級；管理水平評價，江蘇段開發利用率高于浙江段、上海段，評價等級為Ⅲ級，浙江段、上海段為Ⅱ級。

評價結果基本符合太浦河堤防實際情況，防洪能力是導致太浦河堤防防洪風險的主導因素，江蘇段防洪風險評價等級劣于其他兩段，符合其堤防及未達標長度段最長、防洪標準偏低、岸線開發利用率高等實際情況。

四、結語

針對平原水網地區跨區域河道堤防防洪風險的特點，本文采用AHP 與云模型提出了堤防防洪風險綜合評價方法，在堤防防洪能力的基礎上，突出防護對象及管理水平等，構建了防洪風險評價體系，初步解決了跨區域河道堤防防洪風險評價時割裂區域防洪安全系統性的問題。太湖流域跨區域骨干河道太浦河全線堤防防洪風險綜合評價的實例分析表明，本次提出的評價方法和評價體系，能夠識別導致太浦河堤防防洪風險的主導因素，評價結果基本符合太浦河堤防實際情況，為跨區域河道堤防或其他同類研究提供了新的研究手段■