即墨区岔河灌区渠道防渗优化研究

摘 要：针对夏季汛期暴雨导致的雨水集中、内涝以及灌区渠道防渗效果不佳的问题，本文利用模糊综合评判法对即墨区岔河灌区的渠道防渗工程进行优化研究。结果表明，通过评估不同防渗方案，发现采用一侧有挡土板的形式是最优方案，最差的方案是砌石浆砌形式。本研究的创新之处是应用模糊数学处理不确定性，提高了评价的准确性。研究结果为灌区防渗工程提供了科学优化方法，便于提高农业灌溉效率，保护生态，为同类工程的渠道防渗优化措施提供了一定的参考价值。

关键词：渠道防渗；层次分析法；模糊综合评判

中图分类号：TV 22" 文献标志码：A

我国一些城市在夏季的主汛期间容易出现涝灾等灾害，而建立灌区是主要的解决方法之一。张梦娇[1]主要对华北平原区防渗渠道进行优化，采用SQP算法对不同形式防渗渠道的横断面进行优化。徐淑琴等[2]基于黑龙江省大型灌区项目工程，利用模糊综合判别法对该工程试验方案优越性进行判定，总结了适合在寒区运行的渠道防渗工程优化模式。赵多明[3]主要针对高寒区渠道防渗工程中，新旧防渗体连接和防渗体极易破损等问题进行研究，最终得出适合在高寒区渠道防渗工程中适用的连接胶及应用场景。邓升等[4]基于苏北平原区渠道防渗工程，采用熵权模糊方法对4种不同的渠道防渗方案进行评估，并根据评估结果综合选出最佳的渠道防渗方案。乔永梅等[5]依托实际工程对灌区节水改造中防渗渠道进行优化，发现选择弧形坡脚的梯形断面形式可以使灌区防渗渠道达到最佳效果。王俊发[6]将理论分析与实际工程相结合，采用有限元仿真软件对渠道防渗主要材料物理力学特性进行分析，为实现机械化铺膜提供了理论支持。

1 工程概况

即墨区位于山东半岛西南部，在青岛市所属的县级市，南距青岛市中心约30km，素有“青岛后院”之称。总面积1780km²，耕地面积为733.33km²，是青岛市主要的粮、油生产基地，也是青岛市的蔬菜生产基地。

即墨区岔河灌区建于1959年，后经续建配套，至20世纪70年代，有效灌溉面积达到39.33km²，灌区内耕地集中，土壤肥沃，农业生产自然条件优越，是即墨区的粮食主产区之一，对当地农业生产发展起到了很大作用，曾带动水稻种植业和其他种植业发展，从根本上改变了洼区低产落后面貌，促进了农村经济发展。但限于修建时经济、社会、技术等条件，灌区工程建设标准低，施工质量差，出现主渠淤积坍塌严重、部分堤段堤防被破坏、渠道局部渗漏严重等问题，全灌区实灌面积仅有24km²，占有效灌溉面积的61%，灌区整体效益发挥受到严重影响，制约了即墨区经济社会发展。因此，实施岔河灌区节水配套改造，有利于改善灌区农业生产条件，提高灌区农田抗御旱涝灾害的能力和当地农业特别是粮食综合生产能力，对促进灌区农业及农村经济社会可持续发展，推动社会主义新农村建设和构建和谐社会具有重大意义。

2 渠道防渗工程主要方案

渠道防渗工程形式多种多样，不同的方案所适用的场景也有差别。在选择渠道防渗工程中，应注意以下几个方面。1）选择的渠道防渗工程应符合当地的水文地质条件和工程技术标准，保证工程的可行性和长期稳定性。2）材料选择：根据具体情况选择合适的防渗材料，考虑其密封性能、抗老化性能和环境适应性等因素。3）考虑渠道防渗工程的投资成本，包括材料、施工和维护等方面，并权衡其与预期效益的关系。4）评估渠道防渗工程对周围环境的影响，包括对土壤、地下水和生态系统的影响，以保护环境和生态平衡。5）考虑渠道防渗工程的维护需求和周期，保证工程长期有效运行并避免发生渗漏问题。选择合适的渠道防渗工程需要综合考虑上述因素，保证工程的可靠性、经济性和环境友好性。防渗优化方案评价体系如图1所示。

3 渠道防渗优化方法

模糊现象是没有准确的信息去描述的一种现象。模糊数学是一种用来处理不确定性和模糊性问题的数学工具和方法。它的核心思想是引入模糊集合和模糊逻辑，更好地描述和处理无法明确划分为真或假、具有不确定性或模糊性的现象和概念。

模糊综合评判是模糊数学的一种应用技术，用来确定事物或方案的综合评价。在传统的综合评判中，通常基于明确的准则和权重来进行判断和决策。然而，在现实生活中，很多情况下准则和权重是模糊的、不确定的或主观的。模糊综合评判将模糊集合、模糊关系和模糊逻辑引入评价过程中，能够更好地处理这类问题。模糊综合评判的应用非常广泛，它可以用于决策支持系统、人工智能、控制系统、模式识别、风险评估、工程管理等领域。例如，在决策支持系统中，模糊综合评判可以帮助确定最佳的决策方案，考虑到各种模糊的因素和限制条件。在控制系统中，模糊综合评判能够处理模糊输入和模糊输出，提高系统对不确定性和变化的适应性。在模式识别中，模糊综合评判可以用于处理模糊和不完整的信息，提高识别的准确性和鲁棒性。总之，模糊综合评判在许多领域中都能够更好地处理不确定性和模糊性问题，做出更准确和可靠的决策，步骤如下。1）定义评判准则：确定评判问题的准则体系，并对每个准则进行定义和量化。2）确定权重：权重值反映了各个评价指标在决策过程中的重要性。可以使用专家判断、层次分析法等方法来确定权重。3）建立模糊评判矩阵：根据评判准则和评判指标，建立模糊评判矩阵。模糊评判矩阵的元素是模糊数，表示每个评判指标在每个准则下的模糊评价。4）模糊评判矩阵转化：将模糊评判矩阵转化为数值评判矩阵，可以使用模糊数的降阶法、对模糊数求期望值、模糊设置法等方法进行转化。5）模糊综合评判：将转化后的数值评判矩阵进行综合评判，可以使用加权平均法、熵权法等方法进行综合。6）结果分析与决策：对综合评判结果进行分析，根据评判目标确定决策方案。7）敏感性分析：对评判准则的权重进行敏感性分析，分析权重变化对评判结果的影响。

4 渠道防渗优化分析

4.1 确定模型评价因子

需要确定模糊综合评判模型的评价因子。当确定评价因子时，需要考虑渠道防渗的关键因素，根据实际情况选择适合的评价因子，保证评价因子能够全面、准确地反映渠道防渗的性能和效果。明确评价的对象，即灌区的渠道防渗工程。这包括对现有渠道的渗漏问题、地质条件、气候特征等进行详细分析。基于评价对象的分析结果，选择一系列能够反映渠道防渗性能的指标。这些指标可能包括投资成本、使用寿命、施工方法、抗冻性、技术先进性、适用性和维修管理等。同时，还要根据渠道防渗的具体要求和目标来确定评价因子的权重，保证评价结果的准确性，使评价过程中各个指标的重要性得到合理分配。主要考虑防渗效果、渠道材料投资、渠道材料使用寿命、施工方案、耐水压性、渠道先进性、渠道适用性7个方面作为评价因子。因此评价对象：A={a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7}={防渗效果、渠道材料投资、渠道材料使用寿命、施工方案、耐水压性、渠道先进性、渠道适用性}。对灌区渠道防渗段各种防渗方案进行模糊打分，采用0～1打分法。灌区渠道防渗段各评价因子分值见表1。

4.2 确定权重值

使用层次分析法（AHP）确定每个评价指标的权重。层次分析法（AHP）是一种结构化的决策支持工具，它将复杂的决策问题分解为更小、更易于管理的部分，采用定量和定性相结合的方式，对这些部分进行比较和排序，确定最终的决策方案。它的优点是能够将主观判断与客观分析相结合，使决策过程更加系统化和科学化。在渠道防渗优化模式研究中，层次分析法可以帮助研究者确定不同评价指标的相对重要性，为选择最合适的防渗方案提供依据。将渠道材料的使用寿命作为基准，确定其他各评价因子的权重值，各评价因子权重值见表2。

表2 各评价因子权重值

ai/a2 a1/a2 a2/a2 a3/a2 a4/a2 a5/a2 a6/a2 a7/a2

Ai2 4 1 1 2 1 2 3

由表2可知，Ai2={4，1，1，2，1，2，3}，不同因素的权重值具体表现如图2所示。

可以看出在专家指标评测过程中，专家对防渗效果最为看重，其次是渠道方案适用性。其他的指标权重值大致在同一区间内。

4.3 建立隶属度矩阵

根据每个评价指标在不同防渗方案下的表现，建立隶属度矩阵。建立隶属度矩阵的过程是为了在模糊综合评价中量化评价指标，将定性的评价转化为定量的数据。根据收集的数据，将每个评价对象在每个评价指标上的表现与设定的评价标准进行比较，确定其在各个评价等级上的隶属度。隶属度表示评价对象属于某个等级的可能性。最终确定最优指标集=x*{0.8，.06，25，0.7，0.7，0.7，0.7}，将所有评价对象在各个评价指标上的隶属度整理成一个矩阵。这个矩阵的每一行代表一个评价对象，每一列代表一个评价等级，矩阵中的元素是对应评价对象在该等级上的隶属度。根据表1数据确定隶属度矩阵E，如公式（1）所示。

（1）

为了保证隶属度矩阵的一致性和可比性，对矩阵E进行归一化处理得到矩阵E1，如公式（2）所示。

（2）

利用灰色理论中的灰色关联度分析方法，计算各防渗方案与最优方案之间的关联度。代入公式（3），计算灰色关联系数。

（3）

式中：minjmini|x*（i）-x（i）|为x（i）与x*（i）最小绝对值之差；maxjmaxi|x*（i）-x（i）|为x*（i）与x（i）最大绝对值之差。一般ρ=0.5。最终确定关系矩阵R如公式（4）所示。

（4）

4.4 计算优化模式结果

将权重值与隶属度矩阵相结合，通过模糊综合评价公式计算各防渗方案的综合评价值。这个步骤可以量化所有评价指标的综合效果，为最终的决策提供依据。用权重值乘以关系矩阵得到最终的模糊综合评判值B，如公式（5）所示。

（5）

最终根据模糊综合评价的结果，选择关联度最高、综合评价值最优的防渗方案，将其作为灌区渠道防渗的优化模式。根据模糊综合评判的结果可知，对灌区渠道防渗段来说，最差的防渗方案是砌石浆砌形式，最好的防渗方案是采用一侧有挡土板形式，其次是埋铺膜料形式。

本文公式主要用于描述模糊综合评判的过程、权重值计算以及灰色关联度分析。这些公式相互关联，共同构成一个完整的决策支持系统。确定权重值的公式可以保证评价指标的合理性，而模糊综合评判的公式（隶属函数和模糊合成规则）则用于综合这些权重值，得出最终的评价结果。在实际应用中，用这些公式和方法研究灌区的渠道防渗优化。通过建立评价指标体系，确定权重值，应用模糊综合评判，研究者能够评估不同防渗材料和技术方案的性能，从而为实际工程提供科学合理的决策依据。

5 结论

本文对即墨区岔河灌区渠道防渗优化进行研究分析，首先，该研究简单介绍了该灌区的工程概况，对目前主要使用的渠道防渗方案进行总结，其次，通过模糊综合评判模型对该灌区渠道防渗方式进行优化研究，最后，得出以下结论。1）不同的评价因子指标会影响最终模糊评判模型的结果，对不同的实际工程的渠道防渗段来说，考察的评价因子不同，因此计算的优化模式结果也不同。2）根据最终灌区防渗渠道的模糊综合评判模型结果可知，对该工程渠道防渗段来说，最优的防渗方案是采用一侧有挡土板形式，最差的方案是砌石浆砌形式。

参考文献

[1]张梦娇. 华北平原区防渗渠道优化设计研究[D].天津：天津农学院，2020.

[2]徐淑琴，王丽学，宋军.寒区渠道防渗工程优化模式研究[J].灌溉排水学报，2004（4）：67-70.

[3]赵多明.高寒区渠道新旧防渗体连接材料的优化选择[J].工程建设与设计，2022（14）：186-188.

[4]邓升，邵光成，卜昊，等.苏北平原区渠道防渗工程评价和方案优选方法[J].排灌机械工程学报，2014，32（3）：225-230.

[5]乔永梅，赵健.灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计[J].江苏建材，2022（5）：33-34，61.

[6]王俊发. 渠道塑膜防渗理论与机械化铺膜的关键技术研究[D].长春：吉林大学，2006.