孫 健

(遼寧天陽工程技術咨詢服務有限公司，沈陽 110003)

0 引 言

河道治理方案的優(yōu)化是河道治理實施的重要基礎，是保證河道治理效果的重要先期條件[1]。對于河道治理方案的選擇一般主要通過專家評議的方式進行，這種方式存在一定的主觀性。近些年來，對于河道治理方案優(yōu)選取得一定的研究成果[2-8]，這些研究成果均表明通過構建河道治理方案的優(yōu)選指標，可以實現(xiàn)河道治理方案客觀、合理選擇。但這些研究成果大都考慮單一指標的影響，而河道治理方案影響指標較多，需要構建多屬性指標對其方案進行優(yōu)選。當前，多屬性模糊決策模型在一些水利工程設計方案優(yōu)選中得到應用[10-15]，但是在河道治理方案優(yōu)選中應用還較少，為此文章以某河道治理工程為具體實例，通過構建河道治理方案優(yōu)選指標，采用多屬性模糊決策模型對不同治理方案進行定量優(yōu)選。研究成果對于河道整治方案優(yōu)選方法具有重要參考意義。

1 計算原理

多屬性模糊決策模型主要通過對不同河道治理方案優(yōu)選指標進行評估，并對不同指標隸屬度進行計算，確定各評估指標權重影響值，最后得到不同河道治理優(yōu)選方案的評估值，對各方案進行優(yōu)選度的定量分析。首選需要對評估模型進行相似矩陣的判定檢驗，檢驗方程為：

(1)

式中：CR為模型判定矩陣的隨機檢驗值；λmax為模型判定矩陣的特征系數(shù)最大值；N為判定指標數(shù)目；RI為判定矩陣的一致性檢驗值。在判定矩陣計算的基礎上，對各評估指標的權重系數(shù)進行計算：

(2)

式中：ω2i為不同指標的權重值；Ei為不同指標期望系數(shù)；N為評估指標數(shù)目。在確定不同指標權重基礎上對其綜合權重進行計算：

wi=αw1i+(1-α)w2i

(3)

式中：w1i和w2i分別各治理方案指標權重綜合值；wi為綜合評估權重；α表示為單一權重值。在綜合權重計算計算上，多屬性模糊矩陣對各方案進行集合域分析：

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

(4)

式中：P為各治理方案；m為治理方案的數(shù)目。模型對不同治理方案進行評價矩陣分析：

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

(5)

在方程中U為不同方案有限綜合評估度；(U1,U2,....Um)為不同方案的單一評估度。在評估矩陣建立的基礎上，模型對其進行綜合判定計算：

(6)

在方程中Bk為綜合判定矩陣；b為不同方案隸屬度。在綜合判定矩陣分析后，對各指標進行一致性轉(zhuǎn)換分析：

(7)

式中：rij表示為不同河道治理方案的綜合隸屬度；ri和rj分別為不同方案之間的單一隸屬度；m為河道治理方案的數(shù)目。通過指標方案一致性轉(zhuǎn)換后，得到綜合判定矩陣的一致性方程：

(8)

(9)

(10)

式中：m為治理方案的數(shù)目。對各指標權重進行加權計算，并在此基礎上建立評估矩陣：

T=S?AT=(Sij)m×n?(a)1×n

(11)

(12)

式中：T和Ti分別為決策矩陣和系數(shù)值。

2 實例應用

2.1 河道治理方案

以遼寧地區(qū)某河道治理工程為具體實例，該河道治理工程中主要以防洪、水環(huán)境治理作為綜合治理的設計目標。河道治理方案中對10km長度的左岸堤防進行安全加固，對右岸9km的堤防進行安全加高治理。治理工程右岸剖面示意圖，見圖1。工程治理方案中主要對右岸由于堤防防洪進行重新設計，擬制定4套工程治理的方案。

1)第1種方案為對單一河槽進行安全防護治理，并對兩岸堤防進行維護和加固治理，通過整體河段鉚接進行支護固定處理。

2)第2種方案為采用抗滑動支樁方式對其安全加固治理。

3)第3種方案為采用固定樁護方式進行治理。

4)第4種方案為地梁與全鉚接連桿相結(jié)合的方式進行綜合防護治理。

圖1 治理工程右岸剖面示意圖

2.2 不同治理方案的優(yōu)選評估

2.2.1 評估效益指標建立

為對不同河道治理方案進行優(yōu)選分析，從投入成本、生態(tài)治理效益以及環(huán)境綜合治理、洪水資源化、占地及土地利用小于建立綜合評估指標，對4種河道治理方案進行優(yōu)先分析。4種河道治理方案下的效益指標值，見表1。

表1 4種河道治理方案下的效益指標值

從4種河道治理方案指標分析可看出，工程投入以及占地面積指標越小對于河道治理效益越為有利。而其他幾項指標值越高對于治理方案的影響度越大。從各方案指標中可看出，對于方案1而言，其工程投入成本最低，且占地面積效益指標也在各方案中最低，因此其對于治理方案影響對相比于其他方案較低，但改方案其他效益指標值確較大，因此需要對各方案進行指標的綜合對比分析，才能判定其最優(yōu)治理的方案。而對于方案3而言，其工程投入以及占地面積效益指標在各方案中均最高，但其他指標均較低。綜上在各效益指標確定基礎上，需要對各指標進行綜合評估，才能對不同治理方案進行優(yōu)選分析。

2.2.2 評估指標權重系數(shù)的計算

在對不同河道治理方案效益指標計算的基礎上，采用前述指標權重確定方法對不同方案的指標權重進行計算。4種河道治理方案的指標權重計算結(jié)果，見表2。

表2 4種河道治理方案的指標權重計算結(jié)果

從不同治理方案的指標權重計算結(jié)果可看出，對于方案1而言，其各指標權重在0.005-0.856之間，工程治理投入成本的權重最大，洪水有效控制率和土地增值效益的權重最低。而對于方案2而言，其主要采用抗滑動支樁方式對其安全加固治理，因此其工程投入成本效益權重值較大，為0.533，而由于涉及土地增值影響程度較低，因此其土地增值效益權重值在各項指標中最低，為0.106.而對于方案3而言，其主要為采用固定樁護方式進行河道治理，使得其區(qū)域占地面積權重最大，而土地增值和生態(tài)性能指標權重較高。對于方案4而言，為采用地梁與全鉚接連桿相結(jié)合的方式進行綜合防護治理，從其各項指標和計算權重可看出，這種方式下的生態(tài)性能和土地增值效益指標權重較大，而相對工程投入成本權重較低。

2.2.3 判定矩陣的綜合計算

在對不同指標權重計算基礎上，對各方案之間的相對隸屬度進行判定，并得到綜合優(yōu)選評估結(jié)果，4種河道治理方案綜合判定值計算結(jié)果，見表4。

表3 4種河道治理方案綜合判定值計算結(jié)果

從不同河道治理方案的綜合判定矩陣計算結(jié)果可看出，通過計算治理方案1其土地增值和投入成本的效益判定系數(shù)最高，其他4項指標的判定系數(shù)值均為0，而對于治理方案2而言，其工程投入成本的綜合判定系數(shù)較大，明顯高于其他評估指標。方案3下生態(tài)性能指標的綜合判定系數(shù)最高，其次為環(huán)境綜合效益指標的判定系數(shù)，工程投入成本的判定系數(shù)最低。方案4下其環(huán)境綜合效益判定系數(shù)最大。通過4種河道治理方案的判定系數(shù)可計算各方案的綜合優(yōu)選值分別為2235.36(方案1)、1523.35(方案2、546.35(方案3)以及36.26(方案4)。通過綜合分析方案1的綜合優(yōu)選值最高，可選用為最優(yōu)的治理方案，方案4的優(yōu)選度最低為36.26。通過專家綜合對比分析，優(yōu)選結(jié)果客觀、合理。

6 結(jié) 論

1)在進行不同河道治理方案優(yōu)選時，建議從工程投入、生態(tài)性能指、環(huán)境綜合協(xié)調(diào)、區(qū)域占地面積、洪水有效利用率以及土地增值效益等方面建立方案優(yōu)選評估指標體系，各指標體系的權重應結(jié)合治理方案進行綜合設定。

2)在各項優(yōu)選評估指標中，工程投入以及占地面積指標越小對于河道治理效益越為有利。而其他幾項指標值越高對于治理方案的影響度越大，其中生態(tài)性能指和環(huán)境綜合協(xié)調(diào)的相對隸屬度最高。

3)在各指標綜合判定系數(shù)確定的基礎上，對各治理方案的優(yōu)選度進行綜合計算，優(yōu)選度最高的為最優(yōu)方案，在具體應用時在分析評估基礎上，還應加入專家綜合研判的方式確定最優(yōu)決策方案。