河道治理方案优选定量评估指标的建立与应用研究

孙 健

(辽宁天阳工程技术咨询服务有限公司，沈阳 110003)

0 引 言

河道治理方案的优化是河道治理实施的重要基础，是保证河道治理效果的重要先期条件[1]。对于河道治理方案的选择一般主要通过专家评议的方式进行，这种方式存在一定的主观性。近些年来，对于河道治理方案优选取得一定的研究成果[2-8]，这些研究成果均表明通过构建河道治理方案的优选指标，可以实现河道治理方案客观、合理选择。但这些研究成果大都考虑单一指标的影响，而河道治理方案影响指标较多，需要构建多属性指标对其方案进行优选。当前，多属性模糊决策模型在一些水利工程设计方案优选中得到应用[10-15]，但是在河道治理方案优选中应用还较少，为此文章以某河道治理工程为具体实例，通过构建河道治理方案优选指标，采用多属性模糊决策模型对不同治理方案进行定量优选。研究成果对于河道整治方案优选方法具有重要参考意义。

1 计算原理

多属性模糊决策模型主要通过对不同河道治理方案优选指标进行评估，并对不同指标隶属度进行计算，确定各评估指标权重影响值，最后得到不同河道治理优选方案的评估值，对各方案进行优选度的定量分析。首选需要对评估模型进行相似矩阵的判定检验，检验方程为：

(1)

式中：CR为模型判定矩阵的随机检验值；λmax为模型判定矩阵的特征系数最大值；N为判定指标数目；RI为判定矩阵的一致性检验值。在判定矩阵计算的基础上，对各评估指标的权重系数进行计算：

(2)

式中：ω2i为不同指标的权重值；Ei为不同指标期望系数；N为评估指标数目。在确定不同指标权重基础上对其综合权重进行计算：

wi=αw1i+(1-α)w2i

(3)

式中：w1i和w2i分别各治理方案指标权重综合值；wi为综合评估权重；α表示为单一权重值。在综合权重计算计算上，多属性模糊矩阵对各方案进行集合域分析：

P=(P1,P2,....Pm)

(4)

式中：P为各治理方案；m为治理方案的数目。模型对不同治理方案进行评价矩阵分析：

U=(U1,U2,....Um)

(5)

在方程中U为不同方案有限综合评估度；(U1,U2,....Um)为不同方案的单一评估度。在评估矩阵建立的基础上，模型对其进行综合判定计算：

(6)

在方程中Bk为综合判定矩阵；b为不同方案隶属度。在综合判定矩阵分析后，对各指标进行一致性转换分析：

(7)

式中：rij表示为不同河道治理方案的综合隶属度；ri和rj分别为不同方案之间的单一隶属度；m为河道治理方案的数目。通过指标方案一致性转换后，得到综合判定矩阵的一致性方程：

(8)

(9)

(10)

式中：m为治理方案的数目。对各指标权重进行加权计算，并在此基础上建立评估矩阵：

T=S•AT=(Sij)m×n•(a)1×n

(11)

(12)

式中：T和Ti分别为决策矩阵和系数值。

2 实例应用

2.1 河道治理方案

以辽宁地区某河道治理工程为具体实例，该河道治理工程中主要以防洪、水环境治理作为综合治理的设计目标。河道治理方案中对10km长度的左岸堤防进行安全加固，对右岸9km的堤防进行安全加高治理。治理工程右岸剖面示意图，见图1。工程治理方案中主要对右岸由于堤防防洪进行重新设计，拟制定4套工程治理的方案。

1)第1种方案为对单一河槽进行安全防护治理，并对两岸堤防进行维护和加固治理，通过整体河段铆接进行支护固定处理。

2)第2种方案为采用抗滑动支桩方式对其安全加固治理。

3)第3种方案为采用固定桩护方式进行治理。

4)第4种方案为地梁与全铆接连杆相结合的方式进行综合防护治理。

图1 治理工程右岸剖面示意图

2.2 不同治理方案的优选评估

2.2.1 评估效益指标建立

为对不同河道治理方案进行优选分析，从投入成本、生态治理效益以及环境综合治理、洪水资源化、占地及土地利用小于建立综合评估指标，对4种河道治理方案进行优先分析。4种河道治理方案下的效益指标值，见表1。

表1 4种河道治理方案下的效益指标值

从4种河道治理方案指标分析可看出，工程投入以及占地面积指标越小对于河道治理效益越为有利。而其他几项指标值越高对于治理方案的影响度越大。从各方案指标中可看出，对于方案1而言，其工程投入成本最低，且占地面积效益指标也在各方案中最低，因此其对于治理方案影响对相比于其他方案较低，但改方案其他效益指标值确较大，因此需要对各方案进行指标的综合对比分析，才能判定其最优治理的方案。而对于方案3而言，其工程投入以及占地面积效益指标在各方案中均最高，但其他指标均较低。综上在各效益指标确定基础上，需要对各指标进行综合评估，才能对不同治理方案进行优选分析。

2.2.2 评估指标权重系数的计算

在对不同河道治理方案效益指标计算的基础上，采用前述指标权重确定方法对不同方案的指标权重进行计算。4种河道治理方案的指标权重计算结果，见表2。

表2 4种河道治理方案的指标权重计算结果

从不同治理方案的指标权重计算结果可看出，对于方案1而言，其各指标权重在0.005-0.856之间，工程治理投入成本的权重最大，洪水有效控制率和土地增值效益的权重最低。而对于方案2而言，其主要采用抗滑动支桩方式对其安全加固治理，因此其工程投入成本效益权重值较大，为0.533，而由于涉及土地增值影响程度较低，因此其土地增值效益权重值在各项指标中最低，为0.106.而对于方案3而言，其主要为采用固定桩护方式进行河道治理，使得其区域占地面积权重最大，而土地增值和生态性能指标权重较高。对于方案4而言，为采用地梁与全铆接连杆相结合的方式进行综合防护治理，从其各项指标和计算权重可看出，这种方式下的生态性能和土地增值效益指标权重较大，而相对工程投入成本权重较低。

2.2.3 判定矩阵的综合计算

在对不同指标权重计算基础上，对各方案之间的相对隶属度进行判定，并得到综合优选评估结果，4种河道治理方案综合判定值计算结果，见表4。

表3 4种河道治理方案综合判定值计算结果

从不同河道治理方案的综合判定矩阵计算结果可看出，通过计算治理方案1其土地增值和投入成本的效益判定系数最高，其他4项指标的判定系数值均为0，而对于治理方案2而言，其工程投入成本的综合判定系数较大，明显高于其他评估指标。方案3下生态性能指标的综合判定系数最高，其次为环境综合效益指标的判定系数，工程投入成本的判定系数最低。方案4下其环境综合效益判定系数最大。通过4种河道治理方案的判定系数可计算各方案的综合优选值分别为2235.36(方案1)、1523.35(方案2、546.35(方案3)以及36.26(方案4)。通过综合分析方案1的综合优选值最高，可选用为最优的治理方案，方案4的优选度最低为36.26。通过专家综合对比分析，优选结果客观、合理。

6 结 论

1)在进行不同河道治理方案优选时，建议从工程投入、生态性能指、环境综合协调、区域占地面积、洪水有效利用率以及土地增值效益等方面建立方案优选评估指标体系，各指标体系的权重应结合治理方案进行综合设定。

2)在各项优选评估指标中，工程投入以及占地面积指标越小对于河道治理效益越为有利。而其他几项指标值越高对于治理方案的影响度越大，其中生态性能指和环境综合协调的相对隶属度最高。

3)在各指标综合判定系数确定的基础上，对各治理方案的优选度进行综合计算，优选度最高的为最优方案，在具体应用时在分析评估基础上，还应加入专家综合研判的方式确定最优决策方案。