上饶市三江导托渠改扩建工程安全评价研究

罗建辉

(江西省水利水电开发有限公司，南昌 330001)

0 引 言

渠系工程是保障人民财产安全及有效抵御洪水灾害的基础设施。外界环境、施工质量、荷载特性等因素均可对渠系工程安全产生影响，一旦出现垮坡导致渠道杂物、淤泥过多，导致城市部分区域无法排水、排污等将造成巨大的经济损失。为了全面掌握渠系工程的运行现状，就需要评价分析各类风险的灾害程度以及潜在或固有的危险。目前，国内外学者评价分析防洪工程安全的研究较多，考虑不同地区的实际情况以及自身的防洪特点，荷兰、日本等国家构建了适用于本国的评价体系。然而，由于工程特征、自然环境和气候条件的差异，加之复杂多变的防洪工程广泛分布于我国各个地区，截止当前还未建立成熟完善的安全评价体系，也缺乏科学适用的技术标准与调查方法。因此，国内主要采用大坝的相关方法评价防洪工程安全，综合考虑定量与定性指标构建防洪安全评价体系。

内河堤防属于现有研究的主要对象，针对上饶市三江导托渠防洪工程，因其独特的地理位置和气候环境，淤泥对渠道产生较大影响，较内河堤防其所受荷载、渠道结构均具有明显差异。通过对影响上饶市三江导托渠防洪安全相关资料的收集，全面了解渠道历史和现状损坏情况，从内部、外部两个角度分类识别各种风险因素，并遵循系统性、层次性、科学性和独立性等原则构建综合评价体系，然后对所有参评因子权重利用熵权耦合改进的FAHP法确定，采用专家打分法，结合工程现场调查资料确定各因子评价值，最终给出能够系统反映防洪工程安全状况的综合评价值。

1 风险因子拟定

在大量总结工程案例及广泛调研的基础上，充分考虑三江导托渠的破坏特点，初步识别各种风险因素。通过对各种失事模式下渠系工程影响因素的归纳分析，从内部、外部两个角度分析各类风险，其中施工质量、保滩护坡、堤基特性、堤身特性和护坡等属于内部因素，而其他因素及荷载特性属于外部因素。本文将识别的各种风险因素按照层次网络结构的形式组合，由此构造防洪工程梯阶层次综合评价体系，见表1。

表1 防洪工程综合评价体系

2 改进的AHP-熵权耦合法

2.1 耦合权重的确定

科学合理地确定指标权重是防洪工程安全评价的重要环节，总体上可以将常用的权重计算方法分为主观、客观权重法两类。主观权重法体现了决策者的知识经验与个人偏好，如AHP法、专家咨询法和乘积标度法等，这类方法往往导致评价结果存在明显的偏差；客观权重法以客观实际为载体，提取参数的有效信息，并且具有成熟完善的运算流程和理论体系，如因子分析法、投影寻踪法、BP网络法和熵权法等，此类方法未考虑决策者的主观判断，致使评价结果通常存在较大误差。为了综合考虑主观的经验判断以及客观的数据信息，本文对所有参评因子权重利用熵权耦合改进的模糊层次分析法(FAHP法)确定。

对于多目标决策问题的分析，改进的模糊层次分析法具有更好的适用性，该方法存在迭代速度快、理论清晰、结构简单等优点，能够有效规避传统的层次分析法存在的主观随意性。采用改进的FAHP法求解各参评因子权重时，主要依据0.1～0.9标度法评定优先判断矩阵F={fij}n×n的因素重要度，评定标准见表2。

表2 重要性标度准则

熵权法确定指标权重的主要依据为各参评因子能够提供有效信息量的多少，而熵是衡量信息系统离散程度的重要参数。采用熵权法确定指标权重时，参评因子提供的有效信息量越大则该指标的信息熵值越小，其重要度越高赋予的权值就越大；反之，参评因子提供的有效信息量越小则其信息熵值越大，其重要度越低赋予的权值越小。熵权法能够最大程度地降低主观因素的干扰，保证防洪工程安全评价的客观真实性。

将n个防洪工程安全评价指标利用改进的模糊层次分析法和熵权法分别进行计算，如Ws=[ws1,ws2,…,wsn]T、Wo=[wo1,wo2,…,won]T。为了使得组合权重的偏差达到最小，对熵权耦合改进的FAHP法按照最小相对信息熵原理构造目标函数，即：

(1)

然后利用拉格朗日乘法算子对熵权法、改进FAHP法求解的权值相耦合，以目标函数为约束条件获取所有参评因子的综合权重，其计算式为：

(2)

2.2 安全评价等级

根据大坝安全评价通用标准以及《堤防工程安全评价导则》，结合防洪工程实际情况合理划分安全评价等级，见表3。

表3 堤防安全评价等级

2.3 防洪安全综合评价

结合工程现场检查情况，利用专家打分法确定所有参评指标的初始数值，按百分制赋予相应的数值Li，并运用熵权耦合改进的FAHP法获取各因子组合权重。然后利用以下公式，求解能够综合反映防洪工程安全现状的评价值S，即：

(3)

式中：Li、Zi分别为各项参评因子的评分值及其组合权重；S为反映防洪工程安全水平的综合评价值。

3 工程案例

3.1 工程概况

在保护沿河居民安全、改善周边景观环境、推动生态文明建设等方面，三江导托渠防洪工程发挥着重要作用。为进一步提升渠道的防内涝能力以及更好地控制河流走势，上饶市水利部门批准实施了三江导托渠改扩建工程。

三江导托渠改扩建工程位于上饶市区内，工程对外交通条件良好，距离市中心10 km。工程改扩建渠道总长7 212 m，新建进口闸、拦水堰(闸)各一座，进口与丰溪河连通，下游与已实施的三江导托渠延伸段连通。拦水堰(闸)为宽22.5 m的溢流堰和宽6.0 m的水力自控翻板门，新建6座人行便桥、24座公路桥及3座水闸上部桥；下洲调蓄池总面积为6.667 hm2，主要建筑物有出口闸、拦水闸、隔堤、岸线、下洲支渠闸、排水涵管和下洲调蓄池(含下洲支渠)。根据景观设计，调蓄池岸线长0.93 km，隔堤长150 m，排水涵管长420 m，内径1.5 m，隔堤设孔口尺寸宽4 m×高2.5 m的拦水闸。项目沿渠线进行雕塑、绿化、景观和灯光照明等设计，绿地、园路、铺装、休闲商业街与游客中心面积分别为257 378.1、77 330、57 726和14 328.84 m2，配套建设码头7处、停车场、指示牌、警示牌及垃圾箱等设施。

上饶市三江导托渠工程存在全线监测难度大、堤线较长、覆盖范围广、影响因素多、情况复杂等特点，结合调查分析资料和现场监测相关数据，采用专家打分法对所有风险因子赋予相应的分值，见表4。

表4 辽河昌图县河段防洪安全评分

3.2 计算指标权重

依据0.1～0.9标度准则和各要素间的相对贡献率，采用专家评分法，构造防洪工程安全评价优先判断矩阵：

采用熵权耦合改进的FAHP法，计算各项指标的组合权重如下：A-B:(0.720,0.280)T、B1-C:(0.315,0.277,0.246,0.162)T、B2-C:(0.632,0.368)T、C1-D:(0.310,0.217,0.266,0.207)T、C2-D:(0.245,0.447,0.308)T、C3-D:(0.192,0.448,0.360)T、C4-E:(0.566,0.434)T、C5-E:(0.470,0.530)T、C6-E:(0.405,0.321,0.274)T。

3.3 防洪安全评价

利用专家打分法，按照工程现场调查资料，对各风险因子赋予相应的评分值；然后利用熵权耦合改进的FAHP法，计算各项指标组合权重，通过加权运算获取能够反映防洪工程安全状况的综合评价值为85.748，见表5。

表5 辽河建昌县河段防洪安全综合评价值

根据求解的综合评价值和划分的安全评价标准，上饶市三江导托渠防洪工程达到较好安全等级。结合各风险因子排序情况，渠系工程安全主要受保滩护堤、堤顶高程、渗控措施、水位、风暴潮等因素影响，同时与生态防护、施工质量和堤基处理等因素相关。采用熵权耦合改进的FAHP法能够客观、准确地反映渠系工程运行情况，保证安全评价的准确性和可靠性，可为区域防洪规划和堤防加固整治提供决策依据。

4 结 语

1) 本文以上饶市三江导托渠改扩建工程为例，结合淤泥对渠系工程长期影响的特点，并依据工程现场调查资料和区域气候条件，在大量总结工程案例及广泛调研的基础上，从荷载特性、施工质量、堤基特性、堤身特性等方面构建多目标多层次评价体系，对各风险因子权重利用熵权耦合改进的FAHP法确定。

2) 依据大坝安全评价通用标准和堤防安全评价导则，结合渠系工程实际情况以及导托渠保护范围内的目标，考虑区域防洪规划合理确定安全评价等级，然后利用专家打分法按照百分制和现场调查情况赋予相应的分值，最终获取能够客观、全面反映渠系工程现状的综合评价值。通过分类识别各种风险因子构建的多目标评价体系，可为科学化、定量化论证导托渠改扩建工程方案提供指导。