趙 提

(新民市金緣水利水建工程有限公司，遼寧 沈陽 110300)

1 模糊綜合評價模型

1.1 圍堰導流方式影響因素

圍堰的選擇主要取決于導流設計流量、水位變幅、洪枯流量比等因素，其中不過水和過水圍堰導流方式選擇的決定性因素為洪枯流量比。山區(qū)性河流存在水位變化顯著、洪枯明顯的特點，河道汛期流量大且歷時短，而非汛期歷時長且流量較小。根據現有的基坑淹沒導流方式及圍堰統(tǒng)計資料，不過水導流方式通常應用于洪枯流量比不超過20的河流，過水導流方式往往應用于洪枯流量比超過50的河流，結合實際情況合理判斷洪枯流量比在20～50的導流方式[1-4]。水位變幅在很大程度上決定著圍堰導流方式的選擇，結合相關統(tǒng)計數據，不過水圍堰比較適用于水位變幅不超過6 m的河道，過水圍堰一般適用于變幅超過12 m 的河道。相對而言，河道來水流量對圍堰導流方式的影響較低，過水圍堰通常適用于來水量非常小的河流。然而，河道來水流量對淹沒基坑導流方式的影響較為明顯。不同因素條件下圍堰導流方式的優(yōu)選區(qū)間，如表1。

1.2 評判模型

本文采用有效度和置信度準則合理選擇不過水或過水圍堰導流方式，該方法較以往判定法有所創(chuàng)新，能夠保證圍堰導流優(yōu)選的準確性、可靠性，其實現流程為：

表1 圍堰導流的優(yōu)選區(qū)間

(1) 構造因素集。集成各影響因子構造圍堰導流因素集U：U={u1,u2,…,um}，其中ui(i=1，2，…，m)代表圍堰導流的參評因素。

(2) 構造目標集。結合圍堰導流評語構造目標集V：V={v1,v2,…,vn}，其中vj(j=1，2，…，n)代表對應于各評語的評價等級，由此構造的評判模型如表2。

表2 梯階層次模型

(3) 確定權重集。根據權重集反映評價結果受各影響因子的重要度，從而構造權重集A：A={a1,a2,…,am}，其中ai(i=1，2，…，m)代表不同因素的相對重要度。目前，比較常用的權重計算法有層次分析法、二元比較決策法、等加權、熵值法等，條件允許時還可選擇專家經驗法。本文利用1～9標度法兩兩比較不同指標的重要程度，并以此構造相應的判斷矩陣，標度準則如表3。

表3 標度準則

設rij、ui代表評價等級vj的隸屬度和圍堰導流影響因素，則按照各等級構造對應于每個因素的評價集R，即：

(1)

(4) 重要度排序。通過求解判斷矩陣確定各層次因素相對于上一層級因素的相對重要度，并按照標度準則評判n個因素C1、C2、…、Cn的權重，求解矩陣A的最大特征根。經歸一化處理非零特征根p所對應的特征向量獲取一致矩陣的權向量，最大特征根λmax對應的特征向量即為非一致矩陣的權向量W，其約束條件為：

AW=λmaxW

(2)

對不過水和過水圍堰導流方式利用以上公式構造A～U判斷矩陣，結果如表4。

表4 判斷矩陣

(5)一致性檢驗。采用判斷矩陣數學化、定量化轉換評審專家意見時，為準確衡量評判矩陣的偏離一致性程度，利用除最大特征根以外的其他特征值的平均值CI(一致性指標)，其表達式為：

(3)

CR=CI/RI

(4)

式中：CI、RI為不同階數矩陣的平均隨機一致性指標和離散一致性程度指標，矩陣一致性程度隨CI值的減少而增強，按照表5確定相應的RI值；CR為比率值，n為矩陣階數。

表5 離散一致性指標值RI

判斷矩陣符合一致性檢驗要求的評判標準為CR<0.100，如果符合該條件則層次排序科學合理；若不符合該條件則重新調整判斷矩陣，直至符合檢驗要求。經一致性檢驗，過水圍堰導流方式的判斷矩陣最大特征根λmax=3.022，CI、RI、CR值依次為0.016、0.560、0.031，符合CR<0.100的檢驗要求，該條件下所求解的特征向量W的分項就是各參評因子權重，即A=(0.257，0.635，0.108)。

(6) 確定隸屬函數。將其他各項指標和恩格爾系數的相對隸屬度分別利用“升半梯形”“降半梯形”隸屬度函數進行求解，并采用下式揭示上、下限分布規(guī)律，即：

(5)

(6)

采用單因子模糊評價和權重子集A綜合確定模糊綜合評價集B，其數學公式如式(7)：

(b1,b2,…,bn)

(7)

式中：bj(j=1，2，…，n)為圍堰導流方式綜合評價指數。

遵循最大隸屬度準則確定水利工程圍堰導流的最終評價等級。

2 實例應用

2.1 工程概況

遼寧省雙臺子河閘工程設計防洪標準100 a一遇，堤防級別1級，干砌石護坡、草皮護坡設置于圍堰導流迎水坡下半段和上半段，外側面設置大方腳拋石護坡；背水面外側建成石渣平臺且為干砌塊石界墻，以沙壤土回填背水坡。洪枯流量比25，最大水位變化1.82 m，導流按照10 a一遇設計流量3120 m3/s。該圍堰導流工程存在投資額度高、工期長、工程量大的特點，導流方式的合理選擇直接決定著后期的施工組織設計和工程項目的順利開展[5-8]。導流方案設計需要充分考慮水利工程的外界環(huán)境、水文特征、地貌條件等因素，并按照一定的程序進行設計，通過分析汛期水流情況選擇合適的導流方案，施工建設人員還要確保水流量檢測數據的可靠性、準確性。

2.2 結果分析

采用層次分析法計算各因子權重，由此構造的權重集A=(0.257，0.635，0.108)，結合單因素判斷矩陣和隸屬度函數確定u11、u12、u21、u22、u31、u32，依次為0.66、0.34、0.18、0.82、0.55、0.45。然后利用公式B=A·R構造模糊數學評判模型，即B=(0.328，0.672)，考慮最大隸屬準則確定b*=0.672。可見，淹沒基礎的導流方式在該圍堰導流工程中具有較好適用性與可行性。

3 結 論

(1) 考慮最大隸屬準則確定b*=0.672，可見淹沒基礎的導流方式在該圍堰導流工程中具有較好適用性與可行性。對于不確定性、模糊性問題的處理模糊綜合法具有較強的適用性，能夠簡單、明確的處理多因素復雜問題，為圍堰導流工程設計及其方案優(yōu)選提供科學依據。

(2) 為創(chuàng)設良好的施工條件應做好水利工程施工導流與圍堰工作，結合實際情況選擇合適的圍堰技術和導流方案。此外，為促進水利事業(yè)的發(fā)展和提升工程建設水平，還要不斷加強新型基礎創(chuàng)新、先進技術的引進和人才培養(yǎng)等。