崔宏艷，張恩典，王志鵬，李清富

（1.河南省趙口引黃灌區(qū)二期工程建設(shè)管理局，河南 開封 475000；2.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450000）

0 引言1

【研究意義】農(nóng)田灌溉渠道是水利建設(shè)的輸水工程，從河流、湖泊、水庫等水源引水以供農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、工業(yè)與民用等，是應(yīng)用最為普遍的水利工程。灌溉渠道形體結(jié)構(gòu)簡單，在修建時(shí)基本不會發(fā)生施工風(fēng)險(xiǎn)，但由于其多處于山川、河谷、農(nóng)田地帶，不明晰的地質(zhì)條件很有可能帶來潛在的危害，故在施工前應(yīng)主要考慮施工地帶的地質(zhì)環(huán)境影響。在我國豫東黃淮平原，區(qū)域地質(zhì)特性多為粉土，且之前有區(qū)域采砂留下的老采砂坑，同時(shí)豫東地區(qū)，由于過去長年的煤礦開采，在部分區(qū)域也存在采空區(qū)。因此，在不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素眾多的條件下修建灌溉渠道，其計(jì)劃是否可行，施工是否安全，亟須對其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，從而指導(dǎo)灌溉渠道的施工。【研究進(jìn)展】考慮當(dāng)前渠道工程建設(shè)主要的影響因素為采空區(qū)及采砂區(qū)不良地質(zhì)，故查閱相關(guān)文獻(xiàn)探究現(xiàn)階段采空區(qū)對于再建建筑的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究，其中汪云[1]基于AHP 和GIS 技術(shù)對礦山采空區(qū)地表塌陷風(fēng)險(xiǎn)影響進(jìn)行研究；靳昊等[2]將層次分析法結(jié)合屬性測度函數(shù)應(yīng)用于采空區(qū)塌陷風(fēng)險(xiǎn)評估；王新民等[3]運(yùn)用熵權(quán)法和物元分析建立采空區(qū)危險(xiǎn)性評價(jià)模型進(jìn)行評價(jià)；汪偉等[4]運(yùn)用物元可拓方法對采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行了評估；郭慶彪等[5]基于云模型與模糊層次分析法評價(jià)了老采空區(qū)建設(shè)場地的穩(wěn)定性。陳曉偉[6]采用正交設(shè)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，研究了不同采砂坑參數(shù)對堤防穩(wěn)定的影響，得出采砂坑離堤腳的距離和采砂坑的深度對堤防安全的影響最為顯著。同時(shí)在渠道施工中，還應(yīng)考慮渠道邊坡的穩(wěn)定性。李志強(qiáng)等[7]基于組合賦權(quán)-可拓理論建立基于孕險(xiǎn)環(huán)境的靜態(tài)評價(jià)模型和基于致災(zāi)因子的動(dòng)態(tài)評價(jià)模型進(jìn)行邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)；趙博等[8]結(jié)合物元可拓法和馬爾科夫鏈法,從風(fēng)險(xiǎn)的概念出發(fā),提出了一種新的邊坡風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型；方前程等[9]建立了基于博弈論-云模型的邊坡穩(wěn)定性分級評價(jià)方法?！厩腥朦c(diǎn)】對于以上提到的層次分析法及物元理論等數(shù)值與數(shù)學(xué)方法雖取得了較好的評價(jià)結(jié)果，但評估指標(biāo)因素具有不確定性，包含了指標(biāo)的模糊性、隨機(jī)性及相互的不相容性，導(dǎo)致上述方法具有一定的局限性，故需找到一種可以綜合考慮不確定性影響因素的評價(jià)方法。【擬解決的關(guān)鍵問題】層次分析法中的“3 標(biāo)度”法操作簡單、系統(tǒng)簡潔，但無法解決多人決策沖突時(shí)的綜合評價(jià)問題，構(gòu)建的判斷矩陣不夠客觀全面，不能準(zhǔn)確地反映出決策者的主觀偏好關(guān)系；利用云模型對判斷矩陣中的兩兩風(fēng)險(xiǎn)元素的比較標(biāo)度賦值可以體現(xiàn)隨機(jī)性，并且云模型的集結(jié)算法可以將多人決策的賦值全部帶入計(jì)算公式，方便決策。物元理論是通過關(guān)聯(lián)函數(shù)對事物的特征進(jìn)行定量計(jì)算，能解決評價(jià)對象內(nèi)容不相容的問題，但由于其是將特征量值通過具體數(shù)值區(qū)間來確定，因而忽略了量值的隨機(jī)性和模糊性。將云模型參數(shù)代替物元理論中的固定事物特征值，進(jìn)行重新定義和構(gòu)造，并在關(guān)聯(lián)度計(jì)算時(shí)引入期望值及正態(tài)隨機(jī)數(shù)，使評價(jià)結(jié)果更加合理、可信。

1 材料與方法

1.1 風(fēng)險(xiǎn)辨識

進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的首要步驟是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因子辨識，本文通過搜索相關(guān)文獻(xiàn)對待評指標(biāo)進(jìn)行初步篩選，對其中起重要影響作用的風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行提取，并確定為不良地質(zhì)渠道風(fēng)險(xiǎn)的最終待評指標(biāo)。最終得到影響渠道施工的風(fēng)險(xiǎn)因素，分為采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)[10-11]V1、外在因素V2、采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)[12-14]V3、渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)[15-16]V4；其中采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)包括采空區(qū)停采時(shí)間V1-1、采空區(qū)跨度V1-2、采空區(qū)面積V1-3、采空區(qū)埋深V1-4；外在因素包括人類活動(dòng)V2-1、降雨量V2-2；采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)包括采砂區(qū)離坡角距離V3-1、采砂坑形狀V3-2、采砂坑深度V3-3；渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)包括地質(zhì)構(gòu)造V4-1、地下水V4-2、地基土的粘聚力V4-3、邊坡坡度V4-4。由此得到影響渠道施工的風(fēng)險(xiǎn)致因?qū)哟文Ｐ鸵妶D1。

圖1 不良地質(zhì)渠道施工的風(fēng)險(xiǎn)致因?qū)哟文Ｐ虵ig.1 The hierarchical model of risk causes in construction of poor geological channels

1.2 評價(jià)方法

層次分析法[17]是運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty 構(gòu)建的一種定性和定量相結(jié)合的分析方法，因操作簡單、系統(tǒng)簡潔而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但因其評價(jià)的主觀性使評價(jià)結(jié)果有可能不滿足一致性檢驗(yàn)。相關(guān)學(xué)者對其傳統(tǒng)“9 標(biāo)度法”進(jìn)行了“3 標(biāo)度法”[18-19]的改進(jìn)，通過相應(yīng)兩兩方案指標(biāo)比較建立比較矩陣，計(jì)算最優(yōu)傳遞矩陣進(jìn)而確定判斷矩陣，提高了準(zhǔn)確性。該方法的使用自然滿足一致性要求，不需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。但該改進(jìn)方法也沒考慮到評價(jià)指標(biāo)的模糊性和隨機(jī)性等不確定性問題。

物元可拓理論[20]是我國學(xué)者蔡文首創(chuàng)，將物元理論的核心觀點(diǎn)融入可拓學(xué)中，以物元作為描述事物的基本元，形成一個(gè)有序三元組，記為R=（N,C,V），其中N是所描述事物的名稱，C是事物特征，V是事物特征值。通過將需要評價(jià)的事物通過可拓變化，確定經(jīng)典域和節(jié)域，并計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度，以此進(jìn)行定量和定性相結(jié)合的評價(jià)過程。但其是將特征量值通過具體數(shù)值區(qū)間確定，忽略了量值的隨機(jī)性和模糊性。

云模型理論[21]是中國工程院院士李德毅提出，釆用自然語言來描述定性概念，并與其給出的數(shù)值之間建立不確定性的轉(zhuǎn)化模型，有效集成了客觀事物或者是人類知識中的隨機(jī)性和模糊性，較好地反映了具有隨機(jī)性和模糊性的客觀現(xiàn)象的普遍規(guī)律。

根據(jù)引言部分對相關(guān)文獻(xiàn)研究的描述，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段的研究方法大多是上述3 種方法的單獨(dú)使用，本文旨在發(fā)揮云模型的優(yōu)點(diǎn)來改進(jìn)“3 標(biāo)度”AHP及物元理論，使得在確定權(quán)重及進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算時(shí)運(yùn)用不確定性和隨機(jī)性推理機(jī)制使評價(jià)結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確。具體步驟如下。

1.2.1 云模型改進(jìn)AHP

1）利用云模型改造AHP 中的判斷矩陣。通過“3標(biāo)度法”，建立數(shù)值判斷矩陣，以量化表示決策信息。假設(shè)存在論域U={i},i=-1,0,1，用Ai表示3 朵云模型，結(jié)構(gòu)為Ai=(Exi,Eni,Hei)，Exi,Eni,Hei分別為期望、熵和超熵，參考文獻(xiàn)[22]使用黃金分割法計(jì)算上述Ai參數(shù)。黃金分割法的基本原理為：根據(jù)對稱性將論域分成2 部分，一段線段的起點(diǎn)與終點(diǎn)分別用前一朵云和最后一朵云的期望值表示，取接近中心云的線段的0.382 倍作為后一朵云的期望值，這樣前后兩朵云的熵與超熵的比例遵循黃金比例準(zhǔn)則，最終得到了特征值表達(dá)式：

式中：xmax=1，xmin=-1，α為調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取0.858[23]。

2）由上式得到3 朵云模型后，進(jìn)行兩兩重要性比較，得到重要性標(biāo)度云模型的數(shù)字特征見表1。由表可以看出期望Exi數(shù)值越大，表明越重要。

表1 重要性標(biāo)度Table 1 Importance scale

3）根據(jù)上述決策方法建立云化AHP 的標(biāo)度比較矩陣，形式如式（3）：

根據(jù)文獻(xiàn)[18-19]所述，并根據(jù)云模型特征，確定上式對角線上元素的期望，熵和超熵為0，n為待評指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

4）計(jì)算最優(yōu)傳遞矩陣R，形式如式（4）：

5）將最優(yōu)傳遞矩陣R轉(zhuǎn)為判斷矩陣D，形式如式（5）：

式中：Dij=exp(Rij)，轉(zhuǎn)換后矩陣具有較好的一致性，故無需再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

6）對矩陣進(jìn)行歸一化，引入云計(jì)算的乘法運(yùn)算[24]并采用方根法[23]計(jì)算得到要素期望、模糊性和隨機(jī)性的權(quán)重Dwi=(Exi,Eni,Hei)和相對權(quán)重各參數(shù)的計(jì)算見式（6）—式（8）。

1.2.2 云化物元模型

在計(jì)算得到權(quán)重后，就可以進(jìn)行項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。本文運(yùn)用的云化物元模型[23]在于利用云模型對物元可拓理論進(jìn)行重新定義和構(gòu)造，并保持可拓評價(jià)的一般步驟對事物進(jìn)行描述和評價(jià)。利用正態(tài)云模型（Ex,En,He)取代固定數(shù)值的事物特征值V，從而實(shí)現(xiàn)對評估過程中隨機(jī)性和模糊性的數(shù)學(xué)描述。具體可表示為式（9）：

式中：Ex為期望，代表云重心的位置；En為熵，表示云代表的定性概念的模糊程度；He為超熵，主要體現(xiàn)樣本的隨機(jī)性，即云圖上云滴的厚度。云模型用這3個(gè)數(shù)字特征反映定性概念整體的定量特征。

云化物元模型在劃分安全風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間時(shí)通過自身的模糊性和隨機(jī)性特征將評估指標(biāo)的分類等級界限作為雙約束空間（Cmin,Cmax）處理。根據(jù)云期望的定義，約束區(qū)間的中心值最能代表該等級概念，則云期望Ex的表達(dá)式為Ex=(Cmin+Cmax) /2 ，等級云超熵He一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況取常數(shù)，其值越小，云滴隸屬度的隨機(jī)性越小，結(jié)果更有可比性，但會漏掉很多邊界處的點(diǎn)；其值越大，云滴離散度越大，隸屬度的隨機(jī)性越大，能包容更多的點(diǎn)，但可比性較差，各等級隸屬云之間分隔越不明顯，綜合考慮本文定為0.08[25]。云熵En作為狀態(tài)等級概念模糊度的度量，反映了所能接受的數(shù)值范圍，影響著等級判定的準(zhǔn)確性。對于云熵的確定目前有2 種計(jì)算方法，分別為基于“3En”規(guī)則的En(1)=(Cmax-Cmin) /6 和基于“50%關(guān)聯(lián)度”規(guī)則的En(2)=(Cmax-Cmin) /2.3548；前者得到的相鄰等級可拓云在邊界處分隔清晰，體現(xiàn)了等級劃分的分明性，后者得到的相鄰等級可拓云在邊界處分隔模糊，表示臨界值同時(shí)隸屬于上下2 個(gè)等級，體現(xiàn)了等級劃分的模糊性。在指標(biāo)評價(jià)時(shí)，對于劃分危險(xiǎn)和安全這類有清晰邊界的等級采用前者，安全以下的各個(gè)危險(xiǎn)程度的級別劃分采用后者[25]。

由于改進(jìn)了等級界限確定時(shí)的模糊性和隨機(jī)性，結(jié)合云模型的可拓物元模型關(guān)聯(lián)度的計(jì)算也發(fā)生了變化。對于數(shù)值與云物元之間的關(guān)聯(lián)度，把評價(jià)指標(biāo)x視為一個(gè)云滴，將其帶入一個(gè)正態(tài)云發(fā)生器，可計(jì)算出該數(shù)值x與該正態(tài)云模型的關(guān)聯(lián)度k，見式（10）：

式中：x為安全評價(jià)指標(biāo)的量值；En'為期望值為En、標(biāo)準(zhǔn)差為He的一個(gè)正態(tài)隨機(jī)數(shù)。

在計(jì)算出待評估樣本各項(xiàng)指標(biāo)分量與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)云之間的關(guān)聯(lián)度后，得出綜合評判矩陣K，其形式為式（11）：

式中：kij為評估指標(biāo)與安全風(fēng)險(xiǎn)等級之間的云關(guān)聯(lián)度；i=1,2,…,n，為評估指標(biāo)數(shù)目，本文n取為13，j為安全風(fēng)險(xiǎn)等級序號，本文為1-5的整數(shù)。

結(jié)合權(quán)重系數(shù)得出評判向量B，見式（12）：

式中：評估指標(biāo)權(quán)重向量由各評估指標(biāo)的權(quán)重組成，本研究取用第一個(gè)參數(shù)，K為待評估指標(biāo)與安全風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)云之間的云關(guān)聯(lián)度矩陣。

利用加權(quán)平均得出綜合評判分?jǐn)?shù)r[26]為式（13）：

式中：bj為向量B對應(yīng)的分量；fj為等級j的得分值，評判等級Ⅰ-Ⅴ對應(yīng)的分?jǐn)?shù)依次取值為5,4,3,2,1[25]。

需要說明的是在計(jì)算關(guān)聯(lián)度時(shí)，正態(tài)隨機(jī)數(shù)的存在會使計(jì)算結(jié)果變得不唯一，因此需經(jīng)多次運(yùn)算后[26]求取綜合評判分?jǐn)?shù)的期望值Erx和熵Ern，計(jì)算式如式（14）—式（15）。

式中：m為運(yùn)算次數(shù)，本文取為100；rh(x)為第h次運(yùn)算得出的綜合評判分?jǐn)?shù)。最終得到的期望值越接近哪個(gè)數(shù)值，安全風(fēng)險(xiǎn)等級就評判為與該數(shù)值對應(yīng)的等級；熵是對評估結(jié)果分散度的衡量，其值越大評判結(jié)果越分散。

最后定義可信度因子θ[26]為式（16）：

θ值越大，表示評判結(jié)果的分散度越大，可信度就越??；反之，評判結(jié)果的可信度就越大。具體評價(jià)方法應(yīng)用的流程見圖2。

圖2 評價(jià)方法流程Fig.2 Flow chart of evaluation met hod

2 結(jié)果與分析

2.1 工程背景

河南省趙口引黃灌區(qū)二期工程途徑開封尉氏縣，通許縣，杞縣以及商丘睢縣，分布情況見圖3。本文主要研究位于杞縣施工2標(biāo)的躍進(jìn)干渠，主要包括總干渠渠道總長14.4741km（設(shè)計(jì)樁號17+745～32+219.1）。本標(biāo)段渠道為梯形斷面，其中樁號17+745～27+613.9渠道設(shè)計(jì)為單式梯形斷面，底寬23 m，邊坡1∶2.5；樁號27+613.9～27+702.6渠道設(shè)計(jì)為單式梯形斷面，此段為漸變段底寬23～15.5m，邊坡1∶2；樁號27+702.6～32+219.1渠道設(shè)計(jì)為單式梯形斷面，底寬15.5m，邊坡1∶2.5。當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)氣候的不穩(wěn)定性和天氣系統(tǒng)的多變性，造成灌區(qū)年際間降水量差別很大，最大與最小降水量相差懸殊和年際間豐枯變化頻繁等特點(diǎn)。渠道經(jīng)過地段穿過部分采空區(qū)及采砂區(qū)，區(qū)域地質(zhì)多為粉土，砂壤土等，地下水類型為第四系松散層孔隙水。渠道分布及采空區(qū)、采砂區(qū)影響范圍見圖4。

圖3 引黃灌區(qū)分布位置Fig.3 Distribution of the Yellow River irrigation district

圖4 渠道分布及空區(qū)影響范圍Fig.4 Distributionof channels andscope ofinfluence of empty areas

2.2 評估指標(biāo)的權(quán)重確定

通過項(xiàng)目的相關(guān)資料及咨詢相關(guān)專家對影響渠道施工的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)重要性程度進(jìn)行排序，得到一級指標(biāo)的重要性排序?yàn)椋翰煽諈^(qū)風(fēng)險(xiǎn)V1＞采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)V3＞渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)V4＞外在因素V2，風(fēng)險(xiǎn)因子比較矩陣見表2。

表2 不良地質(zhì)渠道一級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子相對重要度比較矩陣Table 2 Comparative matrix of relative importance of risk factors for the first-level indicators of adverse geological channels

通過式（4）將判斷矩陣轉(zhuǎn)化為最優(yōu)傳遞矩陣R，見表3。通過式（5）把矩陣R轉(zhuǎn)化為一致矩陣D，見表4。

表3 不良地質(zhì)渠道一級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子最優(yōu)傳遞矩陣Table 3 Optimal transfer matrix of first-level index risk factors for poor geological channels

表4 不良地質(zhì)渠道一級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子一致矩陣Table 4 Consistent matrix of risk factors for first-level indicators of poor geological channels

通過式（6）—式（8）計(jì)算得到的權(quán)重及相對權(quán)重見表5：

表5 風(fēng)險(xiǎn)因子的相對權(quán)重Table 5 Relative weights of risk factors

因此得到一級指標(biāo)采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)V1，外界因素V2，采砂區(qū)不良誘因V3，渠道內(nèi)在因素V4的權(quán)重向量為（0.455，0.101，0.276，0.167）。

對于采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下的二級指標(biāo)，得到4 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的相對重要度排序?yàn)椴煽諈^(qū)停采時(shí)間V1-1＞采空區(qū)跨度V1-2＞采空區(qū)深度V1-4＞采空區(qū)面積V1-3；外在因素下的二級指標(biāo)，相對重要度排序?yàn)槿祟惢顒?dòng)V2-1＞降雨量V2-2；采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下的二級指標(biāo)，相對重要度排序?yàn)椴缮皡^(qū)離坡角距離V3-1＞采砂坑深度V3-3＞采砂坑形狀V3-2；渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)下的二級指標(biāo)，相對重要度排序?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造V4-1＝黏聚力V4-3＞邊坡坡度V4-4＞地下水V4-2。各級指標(biāo)的比較矩陣見表6—表9。

表6 采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子相對重要度比較矩陣Table 6 Comparison matrix of relative importance of secondary index risk factors under mined-out area risk

表7 外在因素下二級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子相對重要度比較矩陣Table 7 Comparison matrix of relative importance of secondary index risk factors under external factors

表8 采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子相對重要度比較矩陣Table 8 Comparison matrix of relative importance of secondary index risk factors under sand mining area risk

表9 渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)因子相對重要度比較矩陣Table 9 Comparison matrix of relative importance of secondary index risk factors under channel internal risk

采用相同的方法依次對不同指標(biāo)下的風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，得到采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)采空區(qū)停采時(shí)間V1-1、采空區(qū)跨度V1-2、采空區(qū)面積V1-3、采空區(qū)埋深V1-4的權(quán)重向量為0.455、0.276、0.101、0.167；外在因素下二級指標(biāo)人類活動(dòng)V2-1，降雨量V2-2的權(quán)重向量為0.731，0.269；采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)采砂區(qū)離坡角距離V3-1，采砂坑形狀V3-2，采砂坑深度V3-3的權(quán)重向量為0.563，0.148，0.289；渠道內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)下二級指標(biāo)地質(zhì)構(gòu)造V4-1，地下水V4-2，黏聚力V4-3，邊坡坡度V4-4的權(quán)重向量為0.394,0.198,0.211,0.198。最終得到綜合權(quán)重見表10。

表10 不良地質(zhì)渠道施工風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重Table 10 Construction risk factor weights of poor geological channels

2.3 云化物元對項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)性評估

經(jīng)過查閱《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03—2011）[27]，《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386—2007）[28]，《河道采砂規(guī)劃編制及實(shí)施監(jiān)督管理技術(shù)規(guī)范》（SL 423—2008）[29]等相關(guān)規(guī)范及對相關(guān)文獻(xiàn)的研究，確定不良地質(zhì)渠道施工的風(fēng)險(xiǎn)致因因子的危險(xiǎn)性為Ⅰ-Ⅴ級，分別對應(yīng)于高度危險(xiǎn)，危險(xiǎn)，較危險(xiǎn)，較安全，安全，具體等級劃分見表11。對于定量指標(biāo)，以規(guī)定數(shù)值為劃分標(biāo)準(zhǔn)，對于定性指標(biāo)對Ⅰ-Ⅴ級分別賦予5,10,15,20,25[25]。

表11 不良地質(zhì)渠道施工風(fēng)險(xiǎn)致因因子的危險(xiǎn)性等級劃分Table 11 Dangerous grade division of risk-causing factors for construction of poor geological channels

在得到等級劃分指標(biāo)后，根據(jù)最優(yōu)云熵的確定方法求取不良地質(zhì)灌溉渠道施工各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)等級云模型，具體的數(shù)字特征值結(jié)果見表12。

表12 渠道風(fēng)險(xiǎn)等級的云模型數(shù)字特征Table 12 Digital characteristics of cloud model of channel risk level

渠道不同區(qū)段風(fēng)險(xiǎn)因子實(shí)測值見表13。針對每個(gè)評估區(qū)段，分別輸入表13 中13 個(gè)評估指標(biāo)的實(shí)測值或評分值，根據(jù)公式（10）計(jì)算求得各評估指標(biāo)與安全風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)云之間的云關(guān)聯(lián)度。本文以區(qū)段P1為例，在計(jì)算得到云關(guān)聯(lián)度矩陣后。根據(jù)式（12）求得樣本的評估結(jié)果向量B（0.025 5，0.121 7，0.230 1，0.333 0，0.299 5），進(jìn)而通過式（13）運(yùn)用加權(quán)平均法得到單次的綜合評估分?jǐn)?shù)為2.248。為了減少隨機(jī)因素的影響，按上述步驟重復(fù)計(jì)算100 次，根據(jù)式（14）—式（15）計(jì)算得到綜合評估分?jǐn)?shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.348 和0.021，最后根據(jù)式（16）求得置信度因子為0.009，置信度因子較小，表明評估結(jié)果的可信度較高。其他2 個(gè)區(qū)段的計(jì)算方法相同，最終得到3 個(gè)區(qū)段的評估結(jié)果見表14。同時(shí)為了驗(yàn)證本文方法的實(shí)用性，與傳統(tǒng)的層次分析法和物元理論模型的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比[31]，最終得到評價(jià)結(jié)果表14。

表13 渠道不同區(qū)段風(fēng)險(xiǎn)因子實(shí)測值Table 13 Measured values of risk factors in different sections of the channel

表14 3 個(gè)區(qū)段不同評價(jià)方法風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果Table 14 3 Risk assessment results of different assessment methods in the segments

由表14可知，本文所用方法與文獻(xiàn)[31]的方法評價(jià)結(jié)果基本吻合，并且本文方法得到的置信度因子均較小，表明本文提出的云模型結(jié)合AHP和物元評價(jià)方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估可信度較高。對比各項(xiàng)評估結(jié)果，發(fā)現(xiàn)區(qū)段P3的最終評價(jià)結(jié)果略有差異，根據(jù)區(qū)段P3的期望均值可知，評價(jià)結(jié)果距Ⅲ級和Ⅳ級的分值均較近，同時(shí)求得的標(biāo)準(zhǔn)差較小，說明最終結(jié)果更加接近Ⅲ級。而且本文的權(quán)重計(jì)算在對傳統(tǒng)層次分析法標(biāo)度改進(jìn)的基礎(chǔ)上，融入云模型，同時(shí)評價(jià)模型考慮了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因子的隨機(jī)性和模糊性，總體來說，本文方法得到的評估結(jié)果可信度更高。最終得到的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級為：區(qū)段P1風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅳ級（較安全），區(qū)段P2和P3風(fēng)險(xiǎn)等級為Ⅲ級（較危險(xiǎn)）。

3 討論

汪云[1]所用研究方法主觀性較強(qiáng)，沒考慮到評價(jià)過程中各因子的不確定性，所得評價(jià)結(jié)果不夠準(zhǔn)確；王新民等[3]所用客觀評價(jià)方法也沒考慮到評價(jià)過程中可能產(chǎn)生的因子變化影響，對于一定時(shí)期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化不能較好的預(yù)測；張軍等[31]所用傳統(tǒng)評價(jià)方法得到的評價(jià)結(jié)果接近本文改進(jìn)方法的評價(jià)結(jié)果，而本文所用方法先進(jìn)之處在于將云模型融入“3標(biāo)度”AHP-物元理論中，克服了傳統(tǒng)AHP法依靠主觀經(jīng)驗(yàn)確定因子權(quán)重的不足和可拓物元理論無法全面考慮渠道施工風(fēng)險(xiǎn)分級界限值的隨機(jī)性和模糊性問題。最終使得農(nóng)田灌溉渠道施工各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重的確定更加客觀、可靠，并得到滿意的綜合評估結(jié)果及其可信度信息，而且模型算法簡單、適應(yīng)性較強(qiáng)、便于編程實(shí)現(xiàn)，為渠道施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評估提供了一種新方法，對于指導(dǎo)渠道施工提供了一定的幫助。具體創(chuàng)新內(nèi)容為：層次分析法中的“3標(biāo)度”法操作簡單、系統(tǒng)簡潔，但主要依據(jù)專家給出評價(jià)結(jié)果，主觀性較強(qiáng)，同時(shí)無法解決多人決策沖突時(shí)的綜合評價(jià)問題，構(gòu)建的判斷矩陣不夠客觀全面，不能準(zhǔn)確地反映出決策者的主觀偏好關(guān)系；利用云模型對“3標(biāo)度”AHP改進(jìn)，在判斷矩陣的構(gòu)造時(shí)，采用黃金分割法并結(jié)合云模型數(shù)字特征值使兩兩風(fēng)險(xiǎn)元素的比較標(biāo)度賦值體現(xiàn)隨機(jī)性，并且云模型的集結(jié)算法可以將多人決策的賦值全部帶入計(jì)算公式，方便決策。物元理論是通過關(guān)聯(lián)函數(shù)對事物的特征進(jìn)行定量計(jì)算，能解決評價(jià)對象內(nèi)容不相容的問題，但由于其是將特征量值通過具體數(shù)值區(qū)間來確定，因而忽略了量值的隨機(jī)性和模糊性；本文將云模型參數(shù)代替物元理論中的固定事物特征值，進(jìn)行重新定義和構(gòu)造，在建立標(biāo)準(zhǔn)可拓云模型時(shí)，直接利用原始數(shù)據(jù)，省去了數(shù)據(jù)的歸一化處理過程，避免了可能出現(xiàn)的信息丟失，并在關(guān)聯(lián)度計(jì)算時(shí)引入期望值及正態(tài)隨機(jī)數(shù)，使結(jié)果更合理可信。

但是本文在權(quán)重確定的時(shí)候采用云模型改進(jìn)基礎(chǔ)的層次分析法，對于本文的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)情況，則更加偏向于使用可以較好處理網(wǎng)狀因素系統(tǒng)能力的網(wǎng)絡(luò)分析法（Analytic Network Process）。同時(shí)需要指出的是，各評估指標(biāo)安全風(fēng)險(xiǎn)等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)和評估指標(biāo)的評分取值是否合理也會對評估結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。因此，在后續(xù)的研究中，還需進(jìn)一步改進(jìn)研究方法并補(bǔ)充和完善不良地質(zhì)下多項(xiàng)影響因素的安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，并研究評估指標(biāo)評分取值及其安全風(fēng)險(xiǎn)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)等問題，以進(jìn)一步提高評估指標(biāo)體系的科學(xué)性，增強(qiáng)評估結(jié)果的全面性和客觀性。

4 結(jié)論

1）河南省趙口引黃灌區(qū)二期工程的風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)結(jié)果為區(qū)段1較安全，區(qū)段2、區(qū)段3較危險(xiǎn)；在規(guī)劃范圍內(nèi)施工應(yīng)提前預(yù)防、做好準(zhǔn)備、防止風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，以促進(jìn)項(xiàng)目施工安全進(jìn)行。

2）根據(jù)權(quán)重來看，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注采空區(qū)及采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，而對于采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)則需重點(diǎn)關(guān)注采空區(qū)停采時(shí)間，采砂區(qū)風(fēng)險(xiǎn)需重點(diǎn)考慮采砂區(qū)距離渠道邊坡的距離；從單向因子風(fēng)險(xiǎn)評估情況來看，需重點(diǎn)考慮采空區(qū)埋深及當(dāng)?shù)氐鼗琉ぞ哿Φ挠绊憽?/p>

3）在規(guī)劃施工前應(yīng)采用工程地球物理勘探、鉆探和坑探工程等措施先進(jìn)行地質(zhì)勘測，掌握地下空區(qū)參數(shù)及地質(zhì)條件，分析再建工程的可行性；設(shè)計(jì)采空區(qū)的處理方法保障地基穩(wěn)定，以保障灌溉渠道的建設(shè)，具體可采用帷幕注漿、地下沉管注漿等地基加固措施。最終，根據(jù)專項(xiàng)施工方案在保證安全的前提下進(jìn)行渠道施工。