平原水网地区跨区域骨干河道堤防防洪风险综合评价

孙大勇

江河湖海堤防具有防御洪涝灾害等作用，是保障经济可持续发展、社会和谐稳定的重要基础设施，工程出险、失事往往造成较大的社会影响和经济损失。对堤防工程的安全性，我国制定了《堤防工程安全评价导则》（以下简称《安全评价导则》），指导堤防安全评价工作。堤防防洪风险与其安全性、防护对象的经济社会发展水平、外边界条件等诸多因素有关，已有的研究成果多从工程安全评价方面出发，防洪风险评价体系仍有待进一步研究。同时，跨区域堤防涉及不同的行政区，单一行政区的堤防安全评价会割裂区域防洪安全系统性，由于不同的防护对象及其防洪保安需求，现有安全评价体系研究成果也难以满足跨区域堤防防洪风险评价。此外，现有评价方法多采用层次分析法（以下简称AHP），但评价结论因认识不同而异，云模型能融合数据的随机性、模糊性，实现定性与定量转换，已在水利、生态环境等评价研究中得到应用，但在堤防防洪风险评价中的应用很少。本文采用AHP 与云模型评价方法，针对跨区域骨干河道堤防特性，建立防洪风险评价体系，对平原水网地区跨区域骨干河道堤防进行防洪风险综合评价。

一、堤防防洪风险综合评价方法

AHP 将有关决策的因素分解成目标、准则、指标等，并进行定性和定量分析，有效应用于难以定量解决的问题。AHP 是堤防防洪安全评价的常用方法之一，通常采用隶属函数表达要素之间的影响与隶属关系，往往令评价结论失去模糊性。对定性概念，云模型采用期望、熵、超熵表示定量特性，通过云发生器实现两者转换，是能融合数据的随机性、模糊性与实现定性与定量转换的模型，能够弥补AHP的缺点。

本文采用AHP 结合云模型评价方法，运用AHP 建立风险评价体系，将云模型引入到平原水网地区跨区域骨干河道堤防防洪风险综合评价方法，具体步骤：（1）分析堤防防洪风险的影响因子，建立分层风险评价体系。（2）构造判断矩阵，确定各指标权重，并进行判断矩阵的一致性检验。（3）根据防洪风险评价要求，确定评价分级标准及评价阈值[j，k]。（4）根据堤防工程、保护对象等状况，确定各评价指标值x。（5）计算云数字特征值，即期望Ex、熵En、超熵He，其中Ex=（j+k）/2，En=（k-j）/2；He 为常数；以熵En 为期望、超熵He 为标准差，计算正态随机数En'；计算各指标值隶属度w，w=exp[-1/2×（x-Ex）2/（En'）2]；重复若干次，取平均值，得到最终隶属度。（6） 根据评价分级标准，采用综合评价阈值均值表示级别特征值；根据级别特征值与各指标隶属度，以两者乘积计算指标评价值；根据指标评价值与权重，加权计算各层综合评价值，对照分级标准，确定综合评价等级。

二、堤防防洪风险综合评价体系

1.综合评价体系

本文以太湖流域跨区域骨干河道太浦河堤防为例进行研究，构建了防洪风险综合评价体系。评价体系一级指标层包括堤防防洪能力、防护对象、管理水平3 个指标。堤防防洪能力指标层包括6 项二级指标，以未达标段长度占比、未达标段平均欠高、未达标段防洪标准代表堤防未达标情况，以防洪屏障占比代表防洪保护线的闭合性，以防洪标准评价级别、综合评价级别代表整体的安全性。防护对象指标层包括防护区人口、GDP、土地面积、基础设施、堤岸植被覆盖率5 项二级指标，以体现防护区的经济社会发展水平。管理指标层，在常用的管理机构及制度评价指标的基础上，结合河湖空间管控和保护要求、水利工程信息化建设要求等，补充了岸线开发利用率、信息自动化监测2 项二级指标，以体现堤防工程的运行管理、空间管控及信息化等管理水平。本文通过专家咨询法、经一致性检验综合确定各项指标权重。评价体系见表1。

表1 堤防防洪风险综合评价体系及指标权重表

2.分级标准

根据流域、区域防洪规划对堤防防洪标准的要求、堤防现状防洪能力复核成果、各评价指标实际情况等，参考《安全评价导则》提出的分级方法以及相关研究成果，将堤防防洪风险划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4 个等级，分别代表优、良、中、差，并确定各风险分级评价阈值，见表2。

表2 堤防防洪风险综合评价指标分级标准表

三、案例应用

1.研究对象概况

太浦河位于太湖流域平原水网地区，是国务院批复的《太湖流域防洪规划》明确的流域性骨干行洪河道，沿线涉及江苏省、浙江省和上海市。太浦河工程是太湖流域综合治理骨干工程之一，于2006年竣工验收，在太湖流域防洪减灾等方面发挥了重要作用。太浦河两岸堤防是保障太湖流域阳澄淀泖和杭嘉湖水利分区防洪安全的重要屏障，根据行政区划分，江苏段、浙江段、上海段堤防长度占比分别为65.03%、11.06%、23.93%。

根据堤防长度、堤顶高程等现状特性分析，太浦河全线堤防未达标段总长62.98km，江苏、浙江、上海未达标段长度分别占比66.05%、21.24%、12.70%，未达标段设防高程总体为4.3～5.5m，仅满足5～20年一遇防洪标准。根据《安全评价导则》分析，江苏段、浙江段未达标段堤防总长分别为41.6km、13.38km，防洪标准为C 级，为三类（不安全）堤防；上海段未达标段堤防总长8km，防洪标准为B级，为二类（基本安全）堤防。太浦河沿岸地区经济发达，涉及江苏省苏州市吴江全区以及浙江省嘉善县陶庄和西塘、上海市青浦区金泽和练塘等城镇；太浦河岸线开发利用程度较高，平均开发利用率约14.7%，其中江苏段达到21.2%，浙江段和上海段分别为5.0%、0.8%；沿线堤防植被覆盖率江苏段为47%、浙江段、上海段达到85%左右。

2.堤防防洪风险综合评价

在调查分析太浦河两岸堤防现状特性、管理运行情况以及两岸地区经济社会发展状况等基础上，结合有关研究成果，采用本文提出的堤防防洪风险综合评价方法，综合评价太浦河两岸堤防防洪风险，具体成果见表3。

表3 太浦河堤防防洪风险综合评价结果表

由表3 可知，太浦河整体堤防防洪风险综合评价值为76.91，对照分级标准（表2），防洪风险整体状况等级为Ⅲ级，准则层各指标评价等级也均为Ⅲ级，各指标评价值由大到小排序为：防护对象78.90、管理水平77.57、堤防防洪能力75.72。分段堤防中，浙江段、上海段防洪风险综合评价值分别为81.74、82.85，评价等级均为Ⅱ级，优于江苏段；江苏段防洪风险综合评价值为73.90，评价等级均为Ⅲ级，准则层各指标评价等级均为Ⅲ级、评价值也小于浙江段、上海段。堤防防洪能力评价，上海段评价等级为Ⅱ级，江苏段、浙江段为Ⅲ级，与各分段现状堤防的防洪标准及综合类别相符，江苏段堤防总长度、未达标段长度、未达标段占比均高于浙江段、上海段，堤防防洪能力评价值最小；防护对象评价，江苏段保护区人口、面积等大于浙江段、上海段，评价等级为Ⅲ级，浙江段、上海段为Ⅱ级；管理水平评价，江苏段开发利用率高于浙江段、上海段，评价等级为Ⅲ级，浙江段、上海段为Ⅱ级。

评价结果基本符合太浦河堤防实际情况，防洪能力是导致太浦河堤防防洪风险的主导因素，江苏段防洪风险评价等级劣于其他两段，符合其堤防及未达标长度段最长、防洪标准偏低、岸线开发利用率高等实际情况。

四、结语

针对平原水网地区跨区域河道堤防防洪风险的特点，本文采用AHP 与云模型提出了堤防防洪风险综合评价方法，在堤防防洪能力的基础上，突出防护对象及管理水平等，构建了防洪风险评价体系，初步解决了跨区域河道堤防防洪风险评价时割裂区域防洪安全系统性的问题。太湖流域跨区域骨干河道太浦河全线堤防防洪风险综合评价的实例分析表明，本次提出的评价方法和评价体系，能够识别导致太浦河堤防防洪风险的主导因素，评价结果基本符合太浦河堤防实际情况，为跨区域河道堤防或其他同类研究提供了新的研究手段■