浅谈模糊综合评价方法在桥涵水文计算中的应用

李素兰

摘要：为了满足道路高标准的平直度和平整度等指标要求，目前在公路建设过程中大量增设桥涵，而桥涵水文计算工作是保证道路安全的关键所在，本文通过对桥涵水文计算的基本内容和传统方法的分析，并结合模糊综合评价法的特征，对桥涵水文计算方法进行创新研究，对桥涵设计工作具有一定的参考价值。

关键词：模糊综合评价法；桥涵设计；水文计算；创新应用

中图分类号：TU74文献标识码： A

随着科技的发展，桥涵设计建造的技术指标在不断提高，而桥涵水文计算是保证桥涵设计合理的重要依据，是桥涵设计的首要工作。桥涵水文计算需要在实地勘探的基础上，因地制宜设计流量等指标，以此来推算桥涵设计的所需基本数据，其工作量和难度都很大，由于传统的桥涵水文计算方法存在一定的局限性，因而对其计算方法的创新研究已成为业界专家学者关注的重点。

一、桥涵水文计算的基本内容及方法

桥涵水文计算主要是参考历史水文观测资料和经验数据等，运用相关方法确定桥位和桥型以及桥涵设计的洪水位和流量，然后反推出桥涵设计的标高、水位和桥长，最后确定桥墩埋置深度等技术指标。目前依据有无水文观测资料情况，桥涵水文计算通常采用如下三种方法：

1.在有水文资料参考的情况采用水文统计法

水文具有周期性、地域性和偶然性等特点，因而可以利用已有的水文资料对桥涵所在的水文现象进行统计分析，以便发现相关规律和预测未来变化趋势。由于有依据可参考，计算结果相应较正确，因而目前水文统计法是最基本的水文计算方法。但是该方法具有一定的局限性，其要求桥涵所在河流有水文站或者水位站来提供观测资料；另外还要求桥涵建设前后，所在河流的自然地理条件应一致，以保证河流流量变化具有一致的规律性。

水文统计方法的基本原理：首先是进行资料收集和整理，主要包括了解桥涵所处的地理位置和所属河流的水系特征、收集相关水文站和水位站多年的流量与水位以及基本气象资料等、通过调查法与分析法等对观测资料进行整理。其次是对历史洪水情况的分析研究，主要包括通过历史文献的记录都对所选断面附近的河段进行洪痕确认、对洪水成因和规模进行判断以及根据洪水排位进行深入分析。最后，将运用经验频率曲线对统计资料进行分析，推算桥涵设计所需的数据。

2.在无水文观测资料参考的情况下通常采用形态断面法

在无水文观测资料可参考的情况下，通常采用形态断面法来计算历史洪水流量数据，来弥补水文观测资料的缺少，提高桥涵水文计算的正确度。由于形态断面法所需的所有参数都可以通过实地勘察获得，因此形态断面法成为最常用的水文计算方法。具体断面位置的选择、洪水位的测量以及水面比降的调查是形态断面法的关键所在。

形态断面法的基本原理：首先是按照如下要求选择断面，一是所选断面的河道应顺直，河滩与河槽分界清晰，河槽中没有岛屿和沙洲；二是断面位置应便于洪水位测量，且与桥涵之间没有支流存在。然后是根据洪水位和水面比降的测量数据绘制相关图示（如图1-3所示），最后换算出桥涵设计所需的相关数据。

图1 断面实地勘探过程示意图

图2 形态断面图

图3 水面比降图

3.在无水文观测资料和经验数据的情况下采用经验公式法

在没有水文观测资料可参考的情况下，通常是根据历史洪水调查资料推算相关数据，皮尔逊Ⅲ型曲线是采用的主要公式。而在既没有观测资料，又没有经验数据的情况下，通过采用经验公式来推算相关数据，涉及到全国和地区的多种经验公式，应根据实际情况选择利用相关行业和相应区域的经验公式来推算。

二、模糊综合评价方法的原理及特征

（一）模糊综合评价方法的原理

模糊综合评价方法是将多种定性评价因素依据模糊数学的隶属度理论转化为多种定量评价因素，得出清晰的总体评价，有效解决难以量化的非确定性问题。模糊综合评价方法主要包括不同隶属性的评价因素、评价因素的具体数值以及优劣程度和重要程度、因素评价的平均值和加权平均值以及综合评价值等基本内容。

（二）模糊综合评价方法的步骤

首先，确定模糊综合评价指标。评价指标体系的构建是进行综合评价的关键，因为指标的选取直接影响最终评价结果的准确性。其次是构建权重向量，主要是运用层析分析法对各种评价因素两两比较确定相对权重。再次是确定隶属度函数构建评价矩阵模型。最后，通过矩阵和向量的合成，得出最终的评价结果。

（三）模糊综合评价方法的特征

模糊综合评价方法具有两个显著特征：一是各种评价因素之间进行相互比较，设定最优的评价因素评价值为1，然后依次类推欠优评价因素的评价值，对评价因素进行量化分析。二是可以根据各种评价因素的技术指标，运用数理统计、分布函数等方式确定隶属度函数，或者通过德尔菲方法直接确定评价值。模糊综合评价方法在桥涵水文设计中运作用时，无论是否有观测资料和经验数据可参考，都可以依据实际情况，筛选重要的评价因素，根据隶属度函数，科学地确定最优方案。

三、模糊综合评价方法在桥涵水文计算中的创新应用实例

修建桥涵的首要水文计算设计工作是根据交通规划的实际情况以及河岸连接的功能定位，确定桥涵的位置和桥型，此项工作对桥涵设计的经济性、社会性和安全性起决定性作用。本部分以某高速公路桥涵水文设计为例，说明模糊综合评价方法在桥型选择中的创新运用。

某高速公路桥涵选定的桥位处于河道下游的最窄处，河道微弯，河槽有变动趋势，初步拟选的桥型设计方案有主跨600米连续刚构桥、主跨620米的斜拉桥、主跨590米的悬索桥、主跨580米的箱肋拱桥和主跨570米的中承钢管拱桥、五种方案，每个方案的技术指标依次是：承载能力为一级、三级、三级、二级、二级；总造价为7050万元、7430万元、6453万元、3486万元、4006万元；工程造价为200万元、320万元、220万元、240万元、270万元；施工风险为较小、较大、较小、较小、一般；美观程度为一般、很好、一般、较好、很好；工期为25个月、33个月、26个月、19个月和25个月；后期养护难度为一般、很难、较难、一般、较难；通航要求为较高、高、较高、一般、一般。

运用模糊综合评价法计算步骤如下：

第一步，将上述技术指标量化定性得出特征值矩阵F如下：

F=

第二步，结合隶属度函数得出各指标的隶属度矩阵R如下：

R=

R0=

第三步，运用模糊综合评价法求出加权系数矩阵A如下：

A=[]

第四步，运用模糊变换法得出模糊评价矩阵B如下：

B=A·R0=[0.19670.05120.16100.32280.2674]

第五步，得出五个方案的优劣结果是主跨580米的箱肋拱桥为最优方案。

结束语：

桥涵水文设计计算涉及到诸多变量，有些变量可以依据历史水文观测资料获取，但是还有一些变量是无依据可参考的，只能凭借经验来估算，导致水文计算结果具有明显的不确定性，也给桥涵设计工作带来很大的困难。针对传统方法中存在的诸多不确定性因素，将模糊综合评价方法创新性运用到桥涵水文设计中，可以将多种相关的变量有机结合，综合考虑各种因素，显著提高了水文计算的准确性，进而得到最佳的桥涵设计方案。

参考文献：

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