淤地坝工程可持续能力评价

2013-02-28王理想

华北水利水电大学学报(自然科学版) 2013年2期

王理想，何影

（1．华北水利水电学院，河南郑州 450045;2．东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040）

在黄土高原地区，2003—2010年累计建成各类淤地坝8 100多座，形成总库容约32亿m3，拦泥库容约18亿m3，可淤地约48万亩．但是淤地坝也面临着“只建设不管理”、“工程老旧失修”、“配套设施不完备、利用率低下”等一系列问题，需要对已建淤地坝工程的可持续能力进行全面分析和评价．

淤地坝工程的可持续性评价是淤地坝在建成一段时间后，通过对外部条件和内部条件的分析，并运用系统的评价指标体系和评价标准、科学的评价方法来评价淤地坝的发展度、协调度、持续度等，以此对淤地坝的可持续性进行诊断，并预测其发展趋势，找出影响淤地坝可持续能力的风险因素，提出改善措施和建议［1－2］．关于淤地坝的可持续能力评价的体系、标准及方法鲜有文献报道，可借鉴有关水利建设项目的可持续能力评价的相关研究．如黄劲梅［3］论证筛选了橡胶坝的评价指标、构建评价体系，运用层次分析法并结合MATLAB软件确定指标的权重值，利用模糊数学评价方法对橡胶坝进行工程建设后评价研究．葛冰等［4］提出水利建设项目可持续性评价的指标体系，构建了基于网络分析法与模糊综合评价法的评价模型并对临淮岗洪水控制工程进行了可持续能力评价．崔世彬等［5］对农田水利工程可持续性运行管理进行了研究，将二元语义层次分析法引入到可持续性运行管理的评价中．在前人研究的基础上，对淤地坝建设项目进行可持续能力评价，提出淤地坝可持续性评价指标体系与标准，应用网络分析法并结合超级决策软件建立模型，计算淤地坝各指标的权重，结合模糊数学的理论方法得出淤地坝可持续能力综合评价结果．并以甘肃省称钩河坝系为例，对该坝系进行可持续能力评价，验证了所提出的评价理论与方法的合理性．

1 淤地坝可持续能力评价体系

1．1 评价指标建立原则

①科学性、针对性原则．指标体系既要科学又要概念明确，还要能结合淤地坝工程的特点，客观、真实地反映坝系可持续能力的基本特征．②全面系统性原则．淤地坝可持续性受多方面因素影响，评价指标应综合反映淤地坝在评价时段的总体情况，同时，每个指标应尽可能边界分明，减少对同一内容的重复评价，构成具有内在联系的若干组、若干层次的指标体系．③可操作性原则．指标的定义应当尽量清晰、明确，数据便于获取，易于赋值，指标统计口径尽可能与计划、统计、会计核算口径相一致，各项评价指标及其相应的计算方法、各项数据能够标准化、规范化［6］．

1．2 可持续能力评价指标体系

遵循以上原则，通过 Delphi法征询专家意见［7］，建立淤地坝可持续能力评价指标体系，见表1．

表1 可持续性评价指标体系

1．3 指标值的确定

①目标偏离程度．采用工程建成、安全建成、经济效益建成、环境影响建成、社会影响建成5项指标的得分来计算，设得分为S，公式如下：

②拦沙蓄水可持续能力．拦沙蓄水可持续能力=剩余拦洪库容/设计拦洪库容．

③淤地坝建设支持率．支持率=支持项目的人数/被调查人总数×100%．

④水土流失治理程度．水土流失治理程度=治理面积/水土流失面积总数．

⑤水资源利用情况，即水资源利用率．

⑥管理形式．乡，村，承包或租赁，个人管护，无人管护．

⑦养护情况．专职人员养护、年维修经费情况等．

1．4 指标的评价标准

淤地坝可持续能力评价的定性指标与定量指标的评价标准分别见表2和表3．

表2 定性指标评价标准

表3 定量指标评价标准%

2 权重值的计算

2．1 指标关系

通过Delphi法征询专家意见，建立淤地坝建设项目可持续能力评价指标关系．与评价指标A1相关联的指标有：B1，C1，D1，D2，E1，E2;与B1相关联的指标有：C1，D1，D2，E1，E2;与C1相关联的指标有：A1，B1，D1，D2，E1;与D1相关联的指标有：B1，D2，E1，E2;与E2相关联的指标有：B1，E1，E2;与E1相关联的指标有：C1，D2;与E2相关联的指标有：C1，D2，E1．

2．2 判断矩阵

通过专家的2轮打分，得出各指标的判断矩阵．由于篇幅原因，这里仅给出目标层为准则下的判断矩阵M，其他不再一一列出．

2．3 模型的建立

由于网络分析法（Analytic Network Process，ANP）涉及计算过程太复杂，给ANP的推广和应用带来了巨大的限制．美国Expert Choice公司开发的Super Decisions软件（即超级决策软件，简称SD软件）是一个典型的ANP计算软件，也是目前最实用、最精确的商业化软件［8－9］．SD软件可以构造一个具有依存和反馈的决策模型，还可以利用ANP的超矩阵计算得出结果．根据指标之间关系和判断矩阵建立的模型如图1所示．

图1 淤地坝可持续能力评价ANP权重计算模型

由判断矩阵，对各指标之间的优势度进行打分，并进行一致性检验，即每步打分的一致性系数λ＜0．1．运行SD软件，根据专家打分结果计算出权重值，见表4．

表4 指标权重值

3 综合评价方法

运用模糊综合评价方法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE）对淤地坝进行可持续能力的综合评价，具体步骤［10－11］如下．

步骤1：根据具体情况确定评价的对象集、因素集和评语集．对象集O={o1，o2，…，on}，因素集U={u1，u2，…，um}，评语等级标准V={v1，v2，…，vn}．

步骤2：建立m个评价因素的权重分配向量A．表4即为应用网络分析法确定的权重值，则A=［0．045，0．302，0．228，0．078，0．157，0．120，0．070］．

步骤3：计算隶属度，建立模糊关系矩阵．

每一个评价对象都应建立一个综合评价矩阵R，即

．在确定Ri中，定性指标采用专家打分法，邀请10位专家对各个定性指标打分确定评语集．对于定量指标，采用可持续评价中广泛应用的半梯形和梯形分布函数作为隶属度函数，计算出各个定量指标的评语集Ri=（r1，r2，…，rn）．

步骤4：经复合运算得到评价对象的综合评价结果B=AR．

4 工程实例

4．1 项目区概况

称钩河流域位于甘肃省安定区西北45 km，流域面积118 km2．属黄土丘陵沟壑区第五副区，是祖历河水系二级支流．行政区域包括8个行政村，2 500农户，人口密度96．02人/km2．该地区沟壑密度2．72 km/km2，侵蚀形式以水蚀为主，兼有重力侵蚀，年径流模数 2．5万 m3/km2，年侵蚀模数5 600 t/km2．该流域已建淤地坝中骨干坝为20座，中型坝为26座，小型坝为39座，水土流失治理面积53．66 hm2，占流域面积的 45．47%．

4．2 可持续能力评价

应用模糊综合评价方法对称钩河坝系工程进行可持续能力评价．由于各指标之间的计算过程类似，现仅以目标偏离程度、管理形式、养护情况3个具有代表性的指标给出计算过程和评语集．

1）目标偏离程度．采用工程建成、安全建成、经济效益建成、环境影响建成、社会影响建成5项指标，打分结果见表5，并按式（1）计算指标值．

由式（1）计算出称钩河坝系工程的目标偏离程为0．56．其评语等级标准V=［0．4，0．3，0．2，0．1，0．0］，隶属度矩阵各分量的计算结果为：r1=1;r2=r3=r4=r5=0．因此，目标偏离程度评语集为［1．000，0．000，0．000，0．000，0．000］．

表5 目标实现程度打分表

2）管理形式．邀请10位专家对称钩河坝系工程的管理形式进行打分，专家打分得到的评语集为［0．000，0．300，0．400，0．300，0．000］，即 10 人中，有3位专家认为称钩河坝系工程为弱可持续，4位专家认为基本可持续，3位专家认为较强可持续．

同理，养护情况的评语集为［0．000，0．300，0．400，0．300，0．000］．其他的指标赋值见表 6．其评语集分别为：［0．000，0．000，0．250，0．750，0．000］，［0．000，0．000，0．000，0．100，0．900］，［0．000，0．453，0．547，0．000，0．000］，［0．000，0．410，0．590，0．000，0．000］．

由B=AR计算出称钩河坝系工程可持续能力综合评价结果，见表7．