柳江流域航道整治工程建筑物性能评价研究

摘要：由于水文地质条件复杂、使用年限较长等问题，柳江流域航道整治工程建筑物出现了损毁甚至失效等问题。为研究柳江流域航道整治工程建筑物服务性能情况，文章利用模糊分析法结合贝叶斯网络法，对航道整治建筑物展开了全面评价研究。结果表明：2019年柳江流域航道整治工程建筑物的评分为70.75，评分等级为Ⅱ级;航道内主要存在的问题在于山区地貌复杂、河流速度大，导致大坝坝根及坝面出现较大程度的损毁，应当采取措施及时修复。

关键词：模糊分析法;贝叶斯网络;柳江流域;航道整治;工程性能评价

文献标识码：U617.9-A-52-182-4

0 引言

由于水文地质条件复杂、使用年限较长等问题，我国长江、珠江等流域内的航道整治工程建筑物出现了损毁甚至失效等问题[1-3]。因此，对流域整治建筑物展开全面评价并因地制宜采取措施进行处置，对保证航道顺利通航具有重要意义。

模糊评价法是对航道工程及其他工程性能展开全面评价的重要方法。赵春锋等[4]基于模糊层次分析法将建设项目的验收工作分为多个指标，并结合使用“定性+定量”的评价方法方法，实现了项目验收工作的准确评价。孙海波[5]依托于某水利工程建立该流域的水资源承载能力评价体系，并采用模糊综合评价法对该地区的水资源承载能力进行准确评估，研究成果为区域水资源的合理利用和分配工作提供了重要支撑。

综上所述，现有针对流域整治建筑物工程性能评价的研究较少。因此，本文利用模糊分析法结合贝叶斯网络法，对航道整治建筑物展开了全面评价并提出具体的处置措施。研究成果可为我国各流域航道整治工程建筑物性能评价及修复工作提供一定的指导作用。

1 航道概况

為研究柳江流域航道整治工程建筑物的工程性能，本次研究选取柳江流域某区段为研究对象，该区段全长303 km，流经都匀市及黔东南苗族侗族自治州，是我国典型的山区河流。柳江流域在该航道段内的河床较为陡峭狭窄，且地形地貌落差大、河流流速快。由于该河段处于贵州山区，因此航道条件较为复杂。此外，为改善河道运输条件，在该河段内共修建了20余座航道整治建筑物，以保证船只在该航道段内的顺利通行。由于航道整治工程建筑物使用年限较长，且流域内水文地质条件复杂，部分航道整治工程建筑物出现了损毁甚至功能缺失问题。因此，利用模糊分析法对柳江流域航道整治工程建筑物性能展开评价并采取相应整治措施，对改善该航道水力运输条件具有十分重要的意义。

2 航道整治工程建筑物评价模型构建

2.1 模糊分析法

贝叶斯网络法是利用概率计算来表示各种因素的不确定性并利用概率计算方法进行推理，其主要结构如图1所示。由图1可知，在一个完整的贝叶斯网络中存在一定数目的节点，各节点之间具有相互依赖性和独立性，根据不同节点间的相互关系构成一个具有层次性的贝叶斯网络。在贝叶斯网络中，所有的节点可以具体划分为根节点、中间节点和目标节点，每一个节点表示一个变量或因素，节点之间具有归属性，根节点层可以向中间节点层归纳，中间节点层可以向目标节点层归纳。贝叶斯网络模型能够利用节点概率和重要性准确判别某因素的相对权重，因此能够应用于评价事物的重要性或性能。

2.2 航道整治工程建筑物评价指标体系

基于柳江流域航道整治工程建筑物性能的基本特性和现场调查结果，结合贝叶斯网络法和层次分析法概念，将柳江流域航道整治工程建筑物性能评价体系中的影响要素划分为4个层次：目标层、准则层、要素层和指标层，具体层递划分及要素情况如图2所示。由图2可知，本次研究的目标层是柳江流域航道整治工程建筑物的技术状况和工程性能，准则层包含功能状况和结构状况两个方面，其中，功能状况是基于束水攻沙、河道分流及通航优化3个方面展开评价，结构状况是基于结构局部损伤和结构整体损毁状态进行评价的，这5个因素为要素层。进一步划分指标层，束水攻沙可细分为深宽比、等深线宽度、航槽最小水深以及水流速共4个指标;通航优化则可以分为壅水高度、急流水速和水面比降共3个指标;局部损毁则是从坝头、坝根、坝面和边坡4个不同部位进行评价;整体损毁则是包括坝体体积和平均高程两个指标。由此，柳江流域航道整治工程建筑物性能评价指标体系构建完成，主要包括目标层、准则层、要素层和指标层4个层次，准则层包含两个准则，要素层包含5个要素，指标层包含14个指标。

2.3 指标评价分值划分

文献[6]和[7]中提出一种新型指标评价体系方法，并验证了该指标评价方法的可行性。本文基于该评价方法，结合专家咨询结果，最终确定了适用于柳江流域航道整治工程建筑物性能评价体系的指标评价方法如表1所示。由表1可知，该评价方法共分为5个层次，对应不同层次分别评价得到100、80、60、40和20分。此外，指标T9、T10、T11、和T12则需要通过现场调查其损毁程度给予评分，其中，结构完好则评分为100，结构轻微损毁或垮塌则评分80，结构严重损毁则评分60，结构大面积损毁且具有继续破坏的趋势则评分40，结构完全损毁以至于无法继续发挥工程性能则评分20。

3 柳江流域航道整治工程建筑物性能评价

3.1 评价模型构建

基于贝叶斯模糊评价法构建航道整治工程建筑物评价模型，首先需要构建隶属度矩阵S。其中，Sij为代表各个不同要素层下的指标因子;i表示第i个要素;j表示某一要素层下的第j个指标。隶属度矩阵S如式（1）所示：

S=r11r12…r1mr21r22…r2mrn1rn2…rnm（1）

采用降半梯形分布函数计算隶属度，降半梯形分布函数计算方法如式（2）所示：

rij=0，Ti≤Vi，j-1，Ti≥Vi，j+1Ti-Vi，j-1Vij-Vi，j-1，Vi，j-1

式中：Ti——实际取值;

Vij——指标Ti在第j评价等级的标准值;

m——评价等级数。

综上，结合模糊评价理论可以将上述隶属度矩阵转化为根节点的先验概率，先验概率的计算方法如式（3）所示：

p=π（dij）∑jπ（dij）（3）

式中：p——某一要素出现的概率;

π（dij）——该要素隶属于某模糊子集j的可能性。

3.2 数据采集与建筑物评分

本次研究通过深入收集查阅柳江流域各航道局、水务局及水文局等单位网站公布的资料，结合研究小组现场调查结果，获得了2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物实际数据及所处情况，并对上述数据进行了合理筛选与处理，保留真实有效的研究数据，最终得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物实际评分如表2所示。

3.3 评价结果

基于表2数据及贝叶斯模糊评价法可以构建2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物评价隶属度矩阵如式（4）所示：

S=1000100010000.20.8001000100000.40.6010000.20.80000.40.6000.40.6010000.20.8001000（4）

进一步由式（3）将其转化为根节点模糊概率，转化结果如表3所示。表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表根据《内河航道维护技术规范》[8]中的评级划分标准，其中Ⅰ级为75～100分，Ⅱ级为50～75分，Ⅲ级为25～50分，Ⅳ级为0～25分。

根据前述章节评价方法，最终得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物综合评价得分技术概率为D2019=（0.20，0.48，0.27，0.05），则可得到其综合评价得分为k=0.20×100+0.48×75+0.27×50+0.05×25=70.75。由此可见，在2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物综合评价得分<75分，其综合评价等级为Ⅱ级。经过对航道实际情况的现场考证，认为评价结果与航道建筑物的实际情况符合。

综上所述，柳江流域航道整治工程建筑物整体评分不高，存在航道运行不畅甚至受阻的风险。结合资料查阅及现场调查结果可知，柳江流域航道整治工程建筑物主要存在的问题在于航道段内地貌落差大、河流流速湍急。此外，由于航道段处于山区内，大范围存在落石、滑坡等问题，导致航道建筑物尤其是大坝的坝根及坝面均出现了严重的损毁问题。因此，建议及时采取措施对大坝的坝根及坝面展开全面修复工作，以保障柳江流域航道的顺利通航。

4 结语

为研究柳江流域航道整治工程建筑物性能实际情况，本次研究利用模糊分析法结合贝叶斯网络法，对航道整治工程建筑物展开了全面评价，并进一步指出柳江流域航道整治建筑物存在的问题及应对措施。研究得到主要结论如下：

（1）柳江流域航道整治工程建筑物的评分为70.75，航道整治建筑物评分等级为Ⅱ级，评价结果与航道整治建筑物的实际情况相符合。

（2）柳江流域航道整治建筑物主要存在的问题是航道段内地貌落差大、河流流速湍急;大范围存在落石、滑坡等问题，导致航道建筑物尤其是大坝的坝根及坝面均出现了严重的损毁问题。需要采取措施对大坝的坝根及坝面展开全面修复工作，以保证柳江流域航道的顺利通航。

参考文献

[1]徐鹏鹏，殷江勇，王 岩.无人机和三维激光扫描仪在长江航道整治建筑物测量中的结合应用[J].中国水运.航道科技，2020（5）：61-66.

[2]张 莹，康路遥，许吉羊.航道整治建筑物水下检测方法初探[J].中国水运，2020（9）：130-132.

[3]官志鑫，田红伟，刘学著，等.湘江株洲与长沙枢纽共同影响下的坝间航道整治数值分析[J].水道港口，2020，41（4）：441-447.

[4]赵春锋，林 阳，徐 峰，等.浅析层次分析-模糊综合评价法在设备建设项目验收中的应用[J].内燃机与配件，2020（22）：173-175.

[5]孙海波.基于模糊评价模型的辽阳市水资源承载能力综合评估[J].黑龙江水利科技，2020，48（10）：187-191.

[6]范丽婵.长江中下游丁坝技术状况评价方法研究[D].南京：东南大学，2018.

[7]张梦成.长江中下游整治建筑物功能评估[D].南京：東南大学，2018.

[8]JTJ 287-2005，内河航道维护技术规范[S].

收稿日期：2021-03-18

作者简介：徐开春（1975—），硕士，工程师，主要从事航道工程管理工作。