藍(lán)茂富

(深圳市光明區(qū)環(huán)境水務(wù)有限公司,廣東 深圳 518000)

0 引 言

在實(shí)際工程中,經(jīng)常采用生態(tài)護(hù)坡來(lái)提高邊坡穩(wěn)定性及生態(tài)性,而生態(tài)護(hù)坡的種類(lèi)眾多,為選擇適合的護(hù)坡形式,需建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)模型,并對(duì)其進(jìn)行分析。

為此,許多專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究。穆奎等[1]以某植物護(hù)坡工程為研究對(duì)象,通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)及數(shù)值模型,分析了不同植被的力學(xué)作用機(jī)理,選擇合適該工程護(hù)坡的植被,結(jié)果表明植被的根系可顯著提高護(hù)坡的穩(wěn)定性。王思瑞等[2]以某水利工程為研究對(duì)象,分析不同護(hù)岸襯砌方案的優(yōu)勢(shì)與缺陷,研究了不同襯砌方案的經(jīng)濟(jì)性、力學(xué)性能及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,研究結(jié)果可為類(lèi)似工程選擇襯砌方案提供相關(guān)參考依據(jù)。羅再根等[3]以某地區(qū)河道綜合整治工程為研究對(duì)象,對(duì)比土工材料植草護(hù)坡及生態(tài)袋護(hù)坡的差異性,并根據(jù)以上兩種護(hù)坡形式的優(yōu)劣勢(shì),并結(jié)合工程實(shí)際情況,選擇了合適的護(hù)坡方案。武治遠(yuǎn)等[4]以某河道綜合治理工程為研究對(duì)象,對(duì)比分析了5種不同防護(hù)形式方案,分析不同方案對(duì)該工程的適用性,結(jié)果表明采用堤岸防護(hù)型式為最優(yōu)方案。李濤等[5]以某鐵路環(huán)線工程為研究對(duì)象,分析了不同形式生態(tài)護(hù)坡的差異性,通過(guò)對(duì)生態(tài)、施工工期、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明采用新型護(hù)坡形式在滿(mǎn)足護(hù)坡穩(wěn)定性的同時(shí),還具有一定的生態(tài)效益。

本文以白花河為研究對(duì)象,基于層次分析法,建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型,綜合分析不同生態(tài)護(hù)坡形式的優(yōu)勢(shì)與缺陷,并對(duì)其穩(wěn)定性、環(huán)保性、適用性及建設(shè)成本進(jìn)行分析。

1 工程概況

本研究以白花河為研究對(duì)象,該河道源于禾槎澗水庫(kù)、畔坑水庫(kù)的發(fā)源地打石窩,由西南流向東北轉(zhuǎn)而由西向東,流經(jīng)光明農(nóng)場(chǎng)的黃屋排村、白花社區(qū)后,進(jìn)入龍華區(qū)匯入觀瀾河,白花河(光明段)干流長(zhǎng)5.49 km,白花河光明境內(nèi)流域面積36.28km2。在水流作用下,該河道的護(hù)岸工程發(fā)生嚴(yán)重的沖刷破壞,庫(kù)岸穩(wěn)定性較差,且該河道的水土流失情況嚴(yán)重,存在水體污染現(xiàn)象,水質(zhì)較差。

針對(duì)以上問(wèn)題,為了提高該河道的生態(tài)性及穩(wěn)定性,對(duì)其開(kāi)展生態(tài)護(hù)坡治理。目前,生態(tài)護(hù)坡形式主要分為生態(tài)植被護(hù)坡、土工格柵固土種植基護(hù)坡、預(yù)制混凝土護(hù)坡、石籠-灌叢層插護(hù)坡及生態(tài)混凝土護(hù)坡。為了分析以上生態(tài)護(hù)坡形式的優(yōu)勢(shì)與缺陷,建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型,對(duì)其穩(wěn)定性、抗沖刷性、環(huán)保性、適用性及建設(shè)成本進(jìn)行分析。

2 生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型

為了綜合分析不同生態(tài)護(hù)坡形式的優(yōu)勢(shì)與缺陷,基于層次分析法,建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型。首先,構(gòu)造生態(tài)護(hù)坡評(píng)價(jià)判斷矩陣,計(jì)算判斷矩陣的最大特征根和對(duì)應(yīng)的特征向量,并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。然后根據(jù)層次分析法,計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重、綜合評(píng)價(jià)指數(shù),對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理,加權(quán)平均計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù),計(jì)算指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析,比選護(hù)坡方案,進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析,評(píng)價(jià)方法的合理性論證,比較其差異性。

根據(jù)上述生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)模型,得出不同生態(tài)護(hù)坡的評(píng)價(jià)指標(biāo),見(jiàn)表1。由表1可知,不同類(lèi)型生態(tài)護(hù)坡的穩(wěn)定性及生態(tài)性具有一定的差異性。其中,生態(tài)植被護(hù)坡的穩(wěn)定安全系數(shù)最大,其值為2.12;生態(tài)混凝土護(hù)坡的穩(wěn)定安全系數(shù)最小,其值為1.58。預(yù)制混凝土護(hù)坡對(duì)于生態(tài)環(huán)境無(wú)明顯的改善效果,且其建設(shè)及維護(hù)成本較高;而其他護(hù)坡對(duì)于生態(tài)環(huán)境均存在不同程度的改善效果,且其建設(shè)及維護(hù)成本較低。其中,生態(tài)植被護(hù)坡的成本最低,其值為15～25元/m2。

根據(jù)式(1),對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行對(duì)比,兩兩比較打分,得出kij,結(jié)果采用層次分析法進(jìn)行分析。

(1)

根據(jù)式(2)、式(3),得出判斷矩陣A=(aij)m×m,其中aij為判斷矩陣的參數(shù)。

(2)

(3)

根據(jù)式(4),計(jì)算得優(yōu)化矩陣B=(bij)m×m,其中bij為優(yōu)化矩陣的參數(shù)。

(4)

根據(jù)式(5),計(jì)算指標(biāo)因子值wi。

(5)

3 結(jié)果分析

為了綜合分析各因素對(duì)生態(tài)護(hù)坡整體指標(biāo)的影響,依據(jù)調(diào)查問(wèn)卷的評(píng)語(yǔ)集,進(jìn)行定性指標(biāo)量化計(jì)算。將生態(tài)護(hù)坡的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、施工、生態(tài)指標(biāo),不同生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值見(jiàn)表2。由表2可知,預(yù)制混凝土護(hù)坡與生態(tài)混凝土護(hù)坡在結(jié)構(gòu)指標(biāo)方面存在一定優(yōu)勢(shì),其結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均大于8。但以上兩種護(hù)坡的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較低,預(yù)制混凝土護(hù)坡與生態(tài)混凝土護(hù)坡的建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分別為10.19、11.64,表明以上兩種護(hù)坡雖然穩(wěn)定性較高,但其建設(shè)成本也較高。對(duì)比分析以上兩種護(hù)坡在生態(tài)效益方面的優(yōu)劣可知,預(yù)制混凝土護(hù)坡的各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)較小,且其水質(zhì)凈化性、蓋度、綠期均為0,表明預(yù)制混凝土護(hù)坡對(duì)于生態(tài)環(huán)境的改善效果并不顯著;而生態(tài)混凝土護(hù)坡的各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)值較大,尤其是在透水性和涵水性、水文調(diào)蓄和水土保持方面,均具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。

表2 不同生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值

對(duì)于生態(tài)植被護(hù)坡而言,其結(jié)構(gòu)指標(biāo)較低,建設(shè)成本也較低,且施工難度不大,還具有一定的生態(tài)效益,可有效改善河道的生態(tài)環(huán)境。但其防洪排澇能力較差,在雨季或洪澇季節(jié),護(hù)坡穩(wěn)定性及安全性較低。

對(duì)于土工格柵固土種植基護(hù)坡而言,其結(jié)構(gòu)指標(biāo)較大,穩(wěn)定性較高,但其建設(shè)及施工成本較高。對(duì)于產(chǎn)生的生態(tài)效益而言,其對(duì)水質(zhì)凈化方面的改善效果較小,對(duì)水土保持的治理效果較好,該護(hù)坡在結(jié)構(gòu)、生態(tài)方面存在一定的優(yōu)勢(shì),但其建設(shè)施工成本較高。

對(duì)于石籠-灌叢層插護(hù)坡而言,該護(hù)坡的結(jié)構(gòu)指標(biāo)較大,尤其在護(hù)坡穩(wěn)定性方面的結(jié)構(gòu)指標(biāo)較高,但其在生態(tài)指標(biāo)方面的優(yōu)勢(shì)較不明顯,尤其對(duì)于水質(zhì)凈化方面,指標(biāo)僅為1.69。

由于不同指標(biāo)對(duì)于生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)的影響程度不同,所以需要對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。生態(tài)護(hù)坡準(zhǔn)則層與目標(biāo)層的權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,在準(zhǔn)則層中,結(jié)構(gòu)特性對(duì)生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)的權(quán)重最大,其值為0.400 5;其次為生態(tài)特性,其值為0.295 3;再次為經(jīng)濟(jì)特性,其值為0.188 5;施工特性的綜合評(píng)價(jià)權(quán)重最小,其值為0.126 0。表明在對(duì)生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),結(jié)構(gòu)特性對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果的影響最大,施工特性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響最小。

根據(jù)表2、表3,計(jì)算得出不同生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,見(jiàn)表4和圖1。根據(jù)表4和圖1可知,生態(tài)混凝土護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最大,其值為7.784 9;石籠-灌叢層插護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)次之,其值為7.031 4;再次為土工格柵固土種植基護(hù)坡、生態(tài)植被護(hù)坡,其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為6.680 6、6.644 3;預(yù)制混凝土護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最小,其值為5.621 3。結(jié)果表明,在本工程中,采用生態(tài)混凝土護(hù)坡的生態(tài)效果及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最優(yōu);采用預(yù)制混凝土護(hù)坡的效果最差。

圖1 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 不同生態(tài)護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié) 論

為了綜合分析不同生態(tài)護(hù)坡形式的優(yōu)勢(shì)與缺陷,本文以白花河為研究對(duì)象,基于層次分析法,建立生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型,對(duì)其穩(wěn)定性、環(huán)保性、適用性及建設(shè)成本進(jìn)行分析。結(jié)論如下:

1)不同類(lèi)型生態(tài)護(hù)坡的穩(wěn)定性及生態(tài)性具有一定的差異性。其中,生態(tài)植被護(hù)坡的穩(wěn)定安全系數(shù)最大,其值為2.12;生態(tài)混凝土護(hù)坡的穩(wěn)定安全系數(shù)最小,其值為1.58。預(yù)制混凝土護(hù)坡對(duì)于生態(tài)環(huán)境無(wú)明顯的改善效果,且其建設(shè)及維護(hù)成本較高;而其他護(hù)坡對(duì)于生態(tài)環(huán)境均存在不同程度的改善效果,且其建設(shè)及維護(hù)成本較低。其中,生態(tài)植被護(hù)坡的成本最低,其值為15～25元/m2。

2)在準(zhǔn)則層中,結(jié)構(gòu)特性對(duì)于生態(tài)護(hù)坡綜合評(píng)價(jià)的權(quán)重最大,其值為0.400 5;其次為生態(tài)特性,其值為0.295 3;再次為經(jīng)濟(jì)特性,其值為0.188 5;施工特性的綜合評(píng)價(jià)權(quán)重最小,其值為0.126 0。表明在對(duì)生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),結(jié)構(gòu)特性對(duì)其評(píng)價(jià)結(jié)果的影響最大;施工特性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響最小。

3)生態(tài)混凝土護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最大,其值為7.849;石籠-灌叢層插護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)次之,其值為7.031 4;再次為土工格柵固土種植基護(hù)坡、生態(tài)植被護(hù)坡,其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為6.680 6、6.644 3;預(yù)制混凝土護(hù)坡的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最小,其值為5.621 3。