陳雄波，王崇浩，陳松偉，王 彤

（1.黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003； 2.水利部黃河流域水治理與水安全重點實驗室（籌），河南 鄭州 450003； 3.中國水利水電科學研究院，北京 100048）

黃河河口位于渤海灣與萊州灣交匯處，由河流進口段、三角洲及濱海區(qū)組成，土地資源豐富，黃河挾帶巨量泥沙不斷淤積成陸。 黃河河口淤積延伸到一定程度時，若不提前布局流路，將發(fā)生自然改道，從整體上破壞已有黃河三角洲生產力布局。 1855 年黃河銅瓦廂決口改道奪大清河入渤海以來，黃河三角洲入海尾閭流路經9 次大的改道變遷，1976 年由刁口河流路改道至清水溝流路至今已45 a。 很多學者對黃河口流路運用及流路穩(wěn)定技術等進行了研究［1－4］，清水溝現行清8 汊、北汊、原河道3 條汊河與刁口河流路有計劃運用，可使黃河入海流路在百年尺度內保持相對穩(wěn)定，這對確保黃河河口安全與實現黃河三角洲生態(tài)保護和高質量發(fā)展具有重大意義。

然而，不同流路的人工計劃性改道運用涉及黃河下游減淤、河口地區(qū)防洪輸沙、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經濟社會發(fā)展、投資費用等多方面的因素，改道論證須極為周密，改道決策須極為慎重。 由此，需要一套相對完整的黃河口流路運用方案綜合評價系統(tǒng)。 本研究提出的黃河口流路運用方案綜合評價模型系統(tǒng)較全面考慮了影響黃河口流路改道與運用的綜合因素，選擇代表性的關鍵評價指標，利用德爾菲法開展專家評估確定各指標權重；采 用 層 次 分 析 法［5－6］、熵 權 法［7－8］、關 聯(lián) 度法［7］、主成分分析法［9］等多種方法評價計算與分析，滿足不同流路治理方案效益定量化評價需要；應用研發(fā)的模型系統(tǒng)，開展流路方案綜合評價，提出黃河口優(yōu)化的流路運行方案，以期為黃河口綜合治理與流路穩(wěn)定提供有力的技術支撐。

1 綜合評價模型系統(tǒng)構成和功能設計

所謂綜合評價（Comprehensive Evaluation，CE），指對以多屬性體系結構描述的對象系統(tǒng)做出全局性、整體性的評價，即對評價對象的全體，根據所給的條件，采用一定的方法給每個評價對象賦予一個評價值（又稱評價指數），再據此擇優(yōu)或排序。 從總體上可將目前常用的綜合評價方法分為以下幾類：專家評價法、經濟分析法、運籌學和其他數學方法、智能化評價方法［10］。

根據綜合評價的應用統(tǒng)計，經濟領域應用最為廣泛，同時覆蓋計算機科學、農業(yè)、工業(yè)、體育、交通等多個領域，充分顯示了綜合評價技術應用的普遍性及良好的兼容性，可以很好地與各個領域相結合［10］。

1.1 模型系統(tǒng)構成

黃河口流路運用方案綜合評價模型系統(tǒng)主要由指標體系管理、評價方案管理、評價計算與分析等三大功能模塊組成，見圖1。

1.2 模型系統(tǒng)功能

指標體系管理功能包括指標管理、指標體系構建、指標體系維護等模塊，主要實現對評價指標信息、評價指標體系的管理等。 其中：評價指標信息包括指標名稱、指標計量單位、指標類型（成本型／效益型）以及指標的簡短說明等；評價指標體系包括評價目標、評價準則、指標名稱、指標權重以及目標、準則、指標間的關系信息等。 指標管理模塊實現新指標信息的錄入／導入、修改和刪除已存在的指標信息等功能。 指標體系構建模塊實現指標體系的導入和構建功能，可以導入遵循本系統(tǒng)約定的指標體系文件標準格式建立的指標體系，并以列表形式將體系所含內容、結構展示給用戶進行修正和保存，也可以從系統(tǒng)提供的已存在的目標、準則、指標等信息中進行選擇，建立關系來構建并保存指標體系。 指標體系維護模塊實現對已存在的指標體系信息進行修改、刪除、保存等功能。

評價方案管理功能包括評價方案錄入、評價方案維護等模塊，主要實現對評價方案信息的管理功能。評價方案信息包括項目名稱、指標體系、指標名稱、方案名稱以及方案針對指標體系內各指標的數值。 評價方案錄入模塊實現評價方案的導入、新建、保存等功能。 評價方案維護模塊實現對已存儲的評價方案的數值進行修改維護的功能。

評價計算與分析功能是本系統(tǒng)的核心功能，集成了層次分析法、熵權法、關聯(lián)度分析法、主成分分析法4 種不同算法。 針對各評價方案，可以分別給出不同方法的綜合評價結果，通過對比分析，輔助決策各方案的綜合評價結論。

1.3 系統(tǒng)登錄和使用流程

點擊安裝目錄下的“黃河口流路運用方案綜合評價系統(tǒng)（YREPSES）.exe”文件，進入登錄界面。 輸入正確的賬號和對應的密碼，點擊“登錄”按鈕，進入系統(tǒng)主界面，詳見圖2。 界面頂部是該系統(tǒng)的菜單行，主界面默認顯示的是一級菜單項，包括“評價指標”“評價體系”“評價方案”“評價計算”“幫助”。 圖2 還顯示了用戶利用黃河口流路運用方案的綜合效益評價系統(tǒng)進行評價的流程。

（1）評價指標錄入和管理。 點擊菜單項“輸入評價指標”，系統(tǒng)進入評價指標管理界面。 如果數據庫中有數據，系統(tǒng)將自動將數據文件中存儲的各指標信息以列表形式展現給用戶，否則顯示空表，見圖3。 系統(tǒng)提供導入、添加、修改、刪除、保存功能。

（2）指標體系構建和管理。 點擊菜單項“構建評價體系”，進入指標體系構建和管理交互界面，用戶可以對指標體系列表進行添加新的評價指標體系；可以在指標體系列表中選中某一指標體系，系統(tǒng)將自動將該評價指標體系的評價指標寫入“評價指標列表”中，用戶可以通過點擊“指標體系明細”處的“添加”按鈕，構建新的評價指標體系。 用戶亦可對“指標體系列表”“指標體系明細”兩個表格中的數據進行修改、刪除等操作。 點擊按鈕“保存”，系統(tǒng)將表格中所有數據寫入數據文件中進行存儲。

（3）評價方案錄入和管理。 點擊菜單項“輸入評價方案”，系統(tǒng)進入評價方案管理界面。 用戶選擇或錄入評價項目后，根據選擇的評價體系，系統(tǒng)自動將該評價體系所包含的評價指標相關信息寫入“評價方案指標明細”，用戶輸入方案數量后，系統(tǒng)將自動給出以評價指標為縱軸、評價方案名稱為橫軸的表格，用戶可在此表格中錄入各方案相應指標的原始數值。

（4）評價計算與分析。 用戶可以通過選擇一級菜單“評價計算與分析”下不同的二級菜單項，對評價方案采用層次分析法、熵權法、關聯(lián)度分析法、主成分分析法4 種不同計算方法進行評價計算，不同評價方法得出的評價結果進行對比分析，以輔助決策評價結論。

2 綜合評價指標選擇與權重確定

2.1 指標與權重確定

從局部來講，黃河口地區(qū)流路穩(wěn)定和海岸侵蝕防護涉及流路運用方式、挖河減淤、堤防加高加寬、河道整治、防潮堤加固等多種措施及其組合，同時又影響著區(qū)域經濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境良性維持；從整體來講，流路穩(wěn)定和海岸侵蝕防護與黃河中游水庫運用、黃河下游河道水沙演進相關，影響著河口作為黃河重要容沙區(qū)作用的發(fā)揮。 兼顧區(qū)域與整體、技術與經濟、社會與生態(tài)的評價指標合理選擇和科學量化，是確定黃河流路穩(wěn)定運用和綜合治理措施的重要內容。

綜合評價模型分為目標層、準則層和指標層。 目標層是運用方案綜合評價值最優(yōu)；準則層將指標體系分為行洪輸沙安全、生態(tài)保障與經濟社會影響2 個層面；指標層是選取若干個定量化指標來進行描述，從黃河下游減淤、河口地區(qū)防洪、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經濟社會發(fā)展、海岸減蝕、投資費用等方面初選評價指標，采用德爾菲法向熟悉黃河口情況、擁有高級工程師（或副教授、副研究員）以上職稱的35 位專家（含中國科學院院士1 人、中國工程院院士1 人）發(fā)放“黃河口流路運用方案及評價指標”調查問卷，請他們打分。 經統(tǒng)計分析后選定尾閭河道淤積量、平灘流量、流路穩(wěn)定性、外海輸沙量為行洪輸沙安全準則層的指標，占2／3權重；選定滿足適宜生態(tài)需水的濕地面積、總投入、影響人口為生態(tài)保障與經濟社會影響準則層的指標，共占1／3 權重。 各指標及權重見表1。 屬于效益型（越大越好）的指標有平灘流量、流路穩(wěn)定性、外海輸沙量、滿足適宜生態(tài)需水的濕地面積，屬于成本型（越小越好）的指標有淤積量、總投入、影響人口。

表1 黃河口流路綜合運用方案評價指標

2.2 正確性檢驗

為了檢驗模型系統(tǒng)指標權重的正確性，利用層次分析法主流商業(yè)軟件（Yaahp）計算了7 個指標的權重值，結果見表1。 由表1 可見，專家調查法與Yaahp 軟件計算得到的7 個指標的權重值非常接近，絕對誤差都在0.001 以下，相對誤差最大0.078%，平均0.030%，可見本次模型計算方法是正確的。

2.3 一致性檢驗

層次分析法將建立一個自上而下包括目標層、準則層和指標層等的層次結構模型，再構造判斷矩陣，根據重要性排序后進行一致性檢驗［5－6］，結果見表2。 表2 中λmax為判斷矩陣的最大特征值，n為準則層指標個數，RI為隨機一致性指標，CI為一致性指標，CR為一致性比例。 當CR＜0.10 時，認為判斷矩陣的一致性可以接受，否則應對判斷矩陣適當修正［5］。

從表2 可見，一致性比例CR均小于0.10，因此判斷矩陣滿足一致性檢驗的要求。

表2 一致性檢驗結果匯總

3 綜合評價模型應用

3.1 流路運用方案設置及設計水沙序列

黃河每年挾帶大量的泥沙入海，可利用東部和北部海域容沙。 宋春榮溝以北、五號樁以南，可通過清水溝3 條汊河來輸沙；從五號樁以北至刁口碼頭的北部海域，可通過刁口河流路輸沙［11］。 本次評價考慮“單一流路、有計劃改道”（簡稱“單流路模式”）和“多流路、同時行河”（簡稱“多流路模式”）兩個模式。

單流路模式按照清水溝（現行清8 汊、北汊、原河道）、刁口河順序輪流使用，非行河流路維持生態(tài)流量運行；同時根據西河口10 000 m3／s 時水位達到12 m（大沽高程，下同）和流路穩(wěn)定指標作為改道條件設立兩個方案。 多流路模式需在西河口附近設置控制工程，開挖刁口河流路，使用清水溝（現行清8 汊、北汊、原河道）和刁口河兩條流路入海，每年6—10 月入海流量大于3 000 m3／s 時，刁口河按50%流量且最大3 000 m3／s 進 行 分 洪， 清 水 溝 流 路 流 量 不 小 于1 500 m3／s，以利于河口尾閭河道形態(tài)改善、維持較高的泄洪排沙能力［12］。 4 個流路運用方案見表3。

表3 流路運用方案設置

3.2 綜合評價結果與分析

為消除各評價指標量綱差異的影響和統(tǒng)一指標變化范圍，將黃河口流路運用方案綜合評價模型系統(tǒng)確定的7 個指標原始值進行歸一化處理。

效益型指標：

成本型指標：

式中：x（i，j） 為第i個方案第j個指標的歸一化指標值；x?（i，j） 為第i個方案第j個指標 的原始值；xmax（j） 、xmin（j） 分別為各方案第j個指標值的最大值和最小值。

堤防加固、汊道開挖、分洪閘等工程建設都認為是在1 a 內完成，且改道（或改汊）那一年河長變化很大，幾個指標值會突變，因此分年度計算指標值意義不大，按5 a 和20 a 統(tǒng)計平均值，計算各指標的歸一化值，再進行評價。 利用本研究提出的黃河口流路運用綜合評價模型系統(tǒng)4 種不同的評價計算分析法評價3 個水沙情景下4 個流路運用方案，各方案評價結果最大值分布情況見表4。 表4 中的數值表示不同評價方法下在100 a 序列中每5 a 平均和每20 a 平均情況同一水沙情景不同流路運用方案間評價得分最大值出現的次數。 按照指標值的歸一化處理方法可知，評價得分越高，方案越好；即百年序列中最大值分布越多，方案越好。 關聯(lián)度法中不同關聯(lián)系數下各方案計算結果有差別，但對排序沒有影響，表4 僅列出了關聯(lián)系數ρ為0.5的結果。

表4 各方案評價結果最大值分布情況

對于主成分分析法，根據給定數據計算出平灘流量這個單一指標，占總貢獻值的99%以上，其他6 個指標幾乎可以忽略不計，這與該領域專家調查達成的共識“流路穩(wěn)定性、平灘流量、影響人口3 個指標依次排在前3 位，各因子最大權重不超過1／3”矛盾很大，與其他3 種方法成果差別也較大，本次暫不考慮主成分分析法的結果。 層次分析法、熵權法、關聯(lián)度法結論相當一致，即年入黃沙量1.5 億、3 億、6 億t 情景，大部分情況下均是方案1 最優(yōu)。 從3 種方法計算結果進一步分析后還可以發(fā)現，對于前20 a（2017 年7 月—2037年6 月），方案1 明顯優(yōu)于其他方案。

在確保黃河入海流路穩(wěn)定100 a 條件下，入黃沙量較少（小于3 億t）時，方案1 為較優(yōu)運用方案，即現行清8 汊流路＋北汊流路＋原河道流路，以西河口10 000 m3／s 水位達到12 m 作為改道條件的運用方式可以實現穩(wěn)定行河百年，具有改道便利、工程投資小、不影響當地居民、能保障濕地需水的優(yōu)點。 年入黃沙量達到6 億t 情景，同樣方案1 為較優(yōu)流路運用方案，即現行清8 汊流路＋北汊流路＋原河道流路，同樣以西河口10 000 m3／s 水位達到12 m 作為改道條件的運用方式可以實現穩(wěn)定行河百年。

4 結 語

（1）以流路運用綜合效益評價值最優(yōu)為目標，通過引入綜合評價指標及其權重，建立了包括層次分析法、熵權法、關聯(lián)度法、主成分分析法等多種評價方法的黃河口流路運用方案綜合評價模型系統(tǒng)，該系統(tǒng)緊密結合黃河河口的生產實際，可為入海流路穩(wěn)定百年提供技術支撐。

（2）通過專家調查法確定的平灘流量、流路穩(wěn)定性、外海輸沙量、滿足適宜生態(tài)需水的濕地面積4 個效益性指標和淤積量、總投入、影響人口3 個成本性指標，能基本滿足流路運用綜合評價需求，指標權重與主流商業(yè)軟件計算結果相符。

（3）模型系統(tǒng)應用于不同水沙情景下黃河口各流路運用方案的綜合評價，認為在西河口10 000 m3／s 水位達到12 m 為改道標準下，現行清水溝流路（包括現行清8 汊、北汊、原河道）、刁口河流路單流路依次運用方案，能實現穩(wěn)定行河百年目標，具有改道便利、工程投資小、不影響當地居民、能保障濕地需水的優(yōu)點，可作為未來黃河口流路運用推薦方案。

（4）黃河口流路運用方案涉及面廣、社會影響大，本模型系統(tǒng)下一步擬豐富評價指標、優(yōu)化和升級軟件系統(tǒng)，以便更好地服務于黃河口地區(qū)生態(tài)保護與高質量發(fā)展。