基于围堰导流方式的选择

2021-05-17赵提

水利科学与寒区工程 2021年2期

赵提

(新民市金缘水利水建工程有限公司，辽宁沈阳 110300)

1 模糊综合评价模型

1.1 围堰导流方式影响因素

围堰的选择主要取决于导流设计流量、水位变幅、洪枯流量比等因素，其中不过水和过水围堰导流方式选择的决定性因素为洪枯流量比。山区性河流存在水位变化显著、洪枯明显的特点，河道汛期流量大且历时短，而非汛期历时长且流量较小。根据现有的基坑淹没导流方式及围堰统计资料，不过水导流方式通常应用于洪枯流量比不超过20的河流，过水导流方式往往应用于洪枯流量比超过50的河流，结合实际情况合理判断洪枯流量比在20～50的导流方式[1-4]。水位变幅在很大程度上决定着围堰导流方式的选择，结合相关统计数据，不过水围堰比较适用于水位变幅不超过6 m的河道，过水围堰一般适用于变幅超过12 m 的河道。相对而言，河道来水流量对围堰导流方式的影响较低，过水围堰通常适用于来水量非常小的河流。然而，河道来水流量对淹没基坑导流方式的影响较为明显。不同因素条件下围堰导流方式的优选区间，如表1。

1.2 评判模型

本文采用有效度和置信度准则合理选择不过水或过水围堰导流方式，该方法较以往判定法有所创新，能够保证围堰导流优选的准确性、可靠性，其实现流程为：

表1 围堰导流的优选区间

(1) 构造因素集。集成各影响因子构造围堰导流因素集U：U={u1,u2,…,um}，其中ui(i=1，2，…，m)代表围堰导流的参评因素。

(2) 构造目标集。结合围堰导流评语构造目标集V：V={v1,v2,…,vn}，其中vj(j=1，2，…，n)代表对应于各评语的评价等级，由此构造的评判模型如表2。

表2 梯阶层次模型

(3) 确定权重集。根据权重集反映评价结果受各影响因子的重要度，从而构造权重集A：A={a1,a2,…,am}，其中ai(i=1，2，…，m)代表不同因素的相对重要度。目前，比较常用的权重计算法有层次分析法、二元比较决策法、等加权、熵值法等，条件允许时还可选择专家经验法。本文利用1～9标度法两两比较不同指标的重要程度，并以此构造相应的判断矩阵，标度准则如表3。

表3 标度准则

设rij、ui代表评价等级vj的隶属度和围堰导流影响因素，则按照各等级构造对应于每个因素的评价集R，即：

(1)

(4) 重要度排序。通过求解判断矩阵确定各层次因素相对于上一层级因素的相对重要度，并按照标度准则评判n个因素C1、C2、…、Cn的权重，求解矩阵A的最大特征根。经归一化处理非零特征根p所对应的特征向量获取一致矩阵的权向量，最大特征根λmax对应的特征向量即为非一致矩阵的权向量W，其约束条件为：

AW=λmaxW

(2)

对不过水和过水围堰导流方式利用以上公式构造A～U判断矩阵，结果如表4。

表4 判断矩阵

(5)一致性检验。采用判断矩阵数学化、定量化转换评审专家意见时，为准确衡量评判矩阵的偏离一致性程度，利用除最大特征根以外的其他特征值的平均值CI(一致性指标)，其表达式为：

(3)

CR=CI/RI

(4)

式中：CI、RI为不同阶数矩阵的平均随机一致性指标和离散一致性程度指标，矩阵一致性程度随CI值的减少而增强，按照表5确定相应的RI值；CR为比率值，n为矩阵阶数。

表5 离散一致性指标值RI

判断矩阵符合一致性检验要求的评判标准为CR<0.100，如果符合该条件则层次排序科学合理；若不符合该条件则重新调整判断矩阵，直至符合检验要求。经一致性检验，过水围堰导流方式的判断矩阵最大特征根λmax=3.022，CI、RI、CR值依次为0.016、0.560、0.031，符合CR<0.100的检验要求，该条件下所求解的特征向量W的分项就是各参评因子权重，即A=(0.257，0.635，0.108)。

(6) 确定隶属函数。将其他各项指标和恩格尔系数的相对隶属度分别利用“升半梯形”“降半梯形”隶属度函数进行求解，并采用下式揭示上、下限分布规律，即：

(5)

(6)

采用单因子模糊评价和权重子集A综合确定模糊综合评价集B，其数学公式如式(7)：

(b1,b2,…,bn)

(7)

式中：bj(j=1，2，…，n)为围堰导流方式综合评价指数。

遵循最大隶属度准则确定水利工程围堰导流的最终评价等级。

2 实例应用

2.1 工程概况

辽宁省双台子河闸工程设计防洪标准100 a一遇，堤防级别1级，干砌石护坡、草皮护坡设置于围堰导流迎水坡下半段和上半段，外侧面设置大方脚抛石护坡；背水面外侧建成石渣平台且为干砌块石界墙，以沙壤土回填背水坡。洪枯流量比25，最大水位变化1.82 m，导流按照10 a一遇设计流量3120 m3/s。该围堰导流工程存在投资额度高、工期长、工程量大的特点，导流方式的合理选择直接决定着后期的施工组织设计和工程项目的顺利开展[5-8]。导流方案设计需要充分考虑水利工程的外界环境、水文特征、地貌条件等因素，并按照一定的程序进行设计，通过分析汛期水流情况选择合适的导流方案，施工建设人员还要确保水流量检测数据的可靠性、准确性。

2.2 结果分析

采用层次分析法计算各因子权重，由此构造的权重集A=(0.257，0.635，0.108)，结合单因素判断矩阵和隶属度函数确定u11、u12、u21、u22、u31、u32，依次为0.66、0.34、0.18、0.82、0.55、0.45。然后利用公式B=A·R构造模糊数学评判模型，即B=(0.328，0.672)，考虑最大隶属准则确定b*=0.672。可见，淹没基础的导流方式在该围堰导流工程中具有较好适用性与可行性。