摘 要：針對夏季汛期暴雨導致的雨水集中、內(nèi)澇以及灌區(qū)渠道防滲效果不佳的問題，本文利用模糊綜合評判法對即墨區(qū)岔河灌區(qū)的渠道防滲工程進行優(yōu)化研究。結(jié)果表明，通過評估不同防滲方案，發(fā)現(xiàn)采用一側(cè)有擋土板的形式是最優(yōu)方案，最差的方案是砌石漿砌形式。本研究的創(chuàng)新之處是應用模糊數(shù)學處理不確定性，提高了評價的準確性。研究結(jié)果為灌區(qū)防滲工程提供了科學優(yōu)化方法，便于提高農(nóng)業(yè)灌溉效率，保護生態(tài)，為同類工程的渠道防滲優(yōu)化措施提供了一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：渠道防滲；層次分析法；模糊綜合評判

中圖分類號：TV 22" 文獻標志碼：A

我國一些城市在夏季的主汛期間容易出現(xiàn)澇災等災害，而建立灌區(qū)是主要的解決方法之一。張夢嬌[1]主要對華北平原區(qū)防滲渠道進行優(yōu)化，采用SQP算法對不同形式防滲渠道的橫斷面進行優(yōu)化。徐淑琴等[2]基于黑龍江省大型灌區(qū)項目工程，利用模糊綜合判別法對該工程試驗方案優(yōu)越性進行判定，總結(jié)了適合在寒區(qū)運行的渠道防滲工程優(yōu)化模式。趙多明[3]主要針對高寒區(qū)渠道防滲工程中，新舊防滲體連接和防滲體極易破損等問題進行研究，最終得出適合在高寒區(qū)渠道防滲工程中適用的連接膠及應用場景。鄧升等[4]基于蘇北平原區(qū)渠道防滲工程，采用熵權(quán)模糊方法對4種不同的渠道防滲方案進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果綜合選出最佳的渠道防滲方案。喬永梅等[5]依托實際工程對灌區(qū)節(jié)水改造中防滲渠道進行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)選擇弧形坡腳的梯形斷面形式可以使灌區(qū)防滲渠道達到最佳效果。王俊發(fā)[6]將理論分析與實際工程相結(jié)合，采用有限元仿真軟件對渠道防滲主要材料物理力學特性進行分析，為實現(xiàn)機械化鋪膜提供了理論支持。

1 工程概況

即墨區(qū)位于山東半島西南部，在青島市所屬的縣級市，南距青島市中心約30km，素有“青島后院”之稱?？偯娣e1780km2，耕地面積為733.33km2，是青島市主要的糧、油生產(chǎn)基地，也是青島市的蔬菜生產(chǎn)基地。

即墨區(qū)岔河灌區(qū)建于1959年，后經(jīng)續(xù)建配套，至20世紀70年代，有效灌溉面積達到39.33km2，灌區(qū)內(nèi)耕地集中，土壤肥沃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然條件優(yōu)越，是即墨區(qū)的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展起到了很大作用，曾帶動水稻種植業(yè)和其他種植業(yè)發(fā)展，從根本上改變了洼區(qū)低產(chǎn)落后面貌，促進了農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。但限于修建時經(jīng)濟、社會、技術(shù)等條件，灌區(qū)工程建設(shè)標準低，施工質(zhì)量差，出現(xiàn)主渠淤積坍塌嚴重、部分堤段堤防被破壞、渠道局部滲漏嚴重等問題，全灌區(qū)實灌面積僅有24km2，占有效灌溉面積的61%，灌區(qū)整體效益發(fā)揮受到嚴重影響，制約了即墨區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展。因此，實施岔河灌區(qū)節(jié)水配套改造，有利于改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高灌區(qū)農(nóng)田抗御旱澇災害的能力和當?shù)剞r(nóng)業(yè)特別是糧食綜合生產(chǎn)能力，對促進灌區(qū)農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)和構(gòu)建和諧社會具有重大意義。

2 渠道防滲工程主要方案

渠道防滲工程形式多種多樣，不同的方案所適用的場景也有差別。在選擇渠道防滲工程中，應注意以下幾個方面。1）選擇的渠道防滲工程應符合當?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件和工程技術(shù)標準，保證工程的可行性和長期穩(wěn)定性。2）材料選擇：根據(jù)具體情況選擇合適的防滲材料，考慮其密封性能、抗老化性能和環(huán)境適應性等因素。3）考慮渠道防滲工程的投資成本，包括材料、施工和維護等方面，并權(quán)衡其與預期效益的關(guān)系。4）評估渠道防滲工程對周圍環(huán)境的影響，包括對土壤、地下水和生態(tài)系統(tǒng)的影響，以保護環(huán)境和生態(tài)平衡。5）考慮渠道防滲工程的維護需求和周期，保證工程長期有效運行并避免發(fā)生滲漏問題。選擇合適的渠道防滲工程需要綜合考慮上述因素，保證工程的可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)境友好性。防滲優(yōu)化方案評價體系如圖1所示。

3 渠道防滲優(yōu)化方法

模糊現(xiàn)象是沒有準確的信息去描述的一種現(xiàn)象。模糊數(shù)學是一種用來處理不確定性和模糊性問題的數(shù)學工具和方法。它的核心思想是引入模糊集合和模糊邏輯，更好地描述和處理無法明確劃分為真或假、具有不確定性或模糊性的現(xiàn)象和概念。

模糊綜合評判是模糊數(shù)學的一種應用技術(shù)，用來確定事物或方案的綜合評價。在傳統(tǒng)的綜合評判中，通?；诿鞔_的準則和權(quán)重來進行判斷和決策。然而，在現(xiàn)實生活中，很多情況下準則和權(quán)重是模糊的、不確定的或主觀的。模糊綜合評判將模糊集合、模糊關(guān)系和模糊邏輯引入評價過程中，能夠更好地處理這類問題。模糊綜合評判的應用非常廣泛，它可以用于決策支持系統(tǒng)、人工智能、控制系統(tǒng)、模式識別、風險評估、工程管理等領(lǐng)域。例如，在決策支持系統(tǒng)中，模糊綜合評判可以幫助確定最佳的決策方案，考慮到各種模糊的因素和限制條件。在控制系統(tǒng)中，模糊綜合評判能夠處理模糊輸入和模糊輸出，提高系統(tǒng)對不確定性和變化的適應性。在模式識別中，模糊綜合評判可以用于處理模糊和不完整的信息，提高識別的準確性和魯棒性。總之，模糊綜合評判在許多領(lǐng)域中都能夠更好地處理不確定性和模糊性問題，做出更準確和可靠的決策，步驟如下。1）定義評判準則：確定評判問題的準則體系，并對每個準則進行定義和量化。2）確定權(quán)重：權(quán)重值反映了各個評價指標在決策過程中的重要性?？梢允褂脤＜遗袛?、層次分析法等方法來確定權(quán)重。3）建立模糊評判矩陣：根據(jù)評判準則和評判指標，建立模糊評判矩陣。模糊評判矩陣的元素是模糊數(shù)，表示每個評判指標在每個準則下的模糊評價。4）模糊評判矩陣轉(zhuǎn)化：將模糊評判矩陣轉(zhuǎn)化為數(shù)值評判矩陣，可以使用模糊數(shù)的降階法、對模糊數(shù)求期望值、模糊設(shè)置法等方法進行轉(zhuǎn)化。5）模糊綜合評判：將轉(zhuǎn)化后的數(shù)值評判矩陣進行綜合評判，可以使用加權(quán)平均法、熵權(quán)法等方法進行綜合。6）結(jié)果分析與決策：對綜合評判結(jié)果進行分析，根據(jù)評判目標確定決策方案。7）敏感性分析：對評判準則的權(quán)重進行敏感性分析，分析權(quán)重變化對評判結(jié)果的影響。

4 渠道防滲優(yōu)化分析

4.1 確定模型評價因子

需要確定模糊綜合評判模型的評價因子。當確定評價因子時，需要考慮渠道防滲的關(guān)鍵因素，根據(jù)實際情況選擇適合的評價因子，保證評價因子能夠全面、準確地反映渠道防滲的性能和效果。明確評價的對象，即灌區(qū)的渠道防滲工程。這包括對現(xiàn)有渠道的滲漏問題、地質(zhì)條件、氣候特征等進行詳細分析?；谠u價對象的分析結(jié)果，選擇一系列能夠反映渠道防滲性能的指標。這些指標可能包括投資成本、使用壽命、施工方法、抗凍性、技術(shù)先進性、適用性和維修管理等。同時，還要根據(jù)渠道防滲的具體要求和目標來確定評價因子的權(quán)重，保證評價結(jié)果的準確性，使評價過程中各個指標的重要性得到合理分配。主要考慮防滲效果、渠道材料投資、渠道材料使用壽命、施工方案、耐水壓性、渠道先進性、渠道適用性7個方面作為評價因子。因此評價對象：A={a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7}={防滲效果、渠道材料投資、渠道材料使用壽命、施工方案、耐水壓性、渠道先進性、渠道適用性}。對灌區(qū)渠道防滲段各種防滲方案進行模糊打分，采用0～1打分法。灌區(qū)渠道防滲段各評價因子分值見表1。

4.2 確定權(quán)重值

使用層次分析法（AHP）確定每個評價指標的權(quán)重。層次分析法（AHP）是一種結(jié)構(gòu)化的決策支持工具，它將復雜的決策問題分解為更小、更易于管理的部分，采用定量和定性相結(jié)合的方式，對這些部分進行比較和排序，確定最終的決策方案。它的優(yōu)點是能夠?qū)⒅饔^判斷與客觀分析相結(jié)合，使決策過程更加系統(tǒng)化和科學化。在渠道防滲優(yōu)化模式研究中，層次分析法可以幫助研究者確定不同評價指標的相對重要性，為選擇最合適的防滲方案提供依據(jù)。將渠道材料的使用壽命作為基準，確定其他各評價因子的權(quán)重值，各評價因子權(quán)重值見表2。

表2 各評價因子權(quán)重值

ai/a2 a1/a2 a2/a2 a3/a2 a4/a2 a5/a2 a6/a2 a7/a2

Ai2 4 1 1 2 1 2 3

由表2可知，Ai2={4，1，1，2，1，2，3}，不同因素的權(quán)重值具體表現(xiàn)如圖2所示。

可以看出在專家指標評測過程中，專家對防滲效果最為看重，其次是渠道方案適用性。其他的指標權(quán)重值大致在同一區(qū)間內(nèi)。

4.3 建立隸屬度矩陣

根據(jù)每個評價指標在不同防滲方案下的表現(xiàn)，建立隸屬度矩陣。建立隸屬度矩陣的過程是為了在模糊綜合評價中量化評價指標，將定性的評價轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)據(jù)。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，將每個評價對象在每個評價指標上的表現(xiàn)與設(shè)定的評價標準進行比較，確定其在各個評價等級上的隸屬度。隸屬度表示評價對象屬于某個等級的可能性。最終確定最優(yōu)指標集=x*{0.8，.06，25，0.7，0.7，0.7，0.7}，將所有評價對象在各個評價指標上的隸屬度整理成一個矩陣。這個矩陣的每一行代表一個評價對象，每一列代表一個評價等級，矩陣中的元素是對應評價對象在該等級上的隸屬度。根據(jù)表1數(shù)據(jù)確定隸屬度矩陣E，如公式（1）所示。

（1）

為了保證隸屬度矩陣的一致性和可比性，對矩陣E進行歸一化處理得到矩陣E1，如公式（2）所示。

（2）

利用灰色理論中的灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，計算各防滲方案與最優(yōu)方案之間的關(guān)聯(lián)度。代入公式（3），計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

（3）

式中：minjmini|x*（i）-x（i）|為x（i）與x*（i）最小絕對值之差；maxjmaxi|x*（i）-x（i）|為x*（i）與x（i）最大絕對值之差。一般ρ=0.5。最終確定關(guān)系矩陣R如公式（4）所示。

（4）

4.4 計算優(yōu)化模式結(jié)果

將權(quán)重值與隸屬度矩陣相結(jié)合，通過模糊綜合評價公式計算各防滲方案的綜合評價值。這個步驟可以量化所有評價指標的綜合效果，為最終的決策提供依據(jù)。用權(quán)重值乘以關(guān)系矩陣得到最終的模糊綜合評判值B，如公式（5）所示。

（5）

最終根據(jù)模糊綜合評價的結(jié)果，選擇關(guān)聯(lián)度最高、綜合評價值最優(yōu)的防滲方案，將其作為灌區(qū)渠道防滲的優(yōu)化模式。根據(jù)模糊綜合評判的結(jié)果可知，對灌區(qū)渠道防滲段來說，最差的防滲方案是砌石漿砌形式，最好的防滲方案是采用一側(cè)有擋土板形式，其次是埋鋪膜料形式。

本文公式主要用于描述模糊綜合評判的過程、權(quán)重值計算以及灰色關(guān)聯(lián)度分析。這些公式相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成一個完整的決策支持系統(tǒng)。確定權(quán)重值的公式可以保證評價指標的合理性，而模糊綜合評判的公式（隸屬函數(shù)和模糊合成規(guī)則）則用于綜合這些權(quán)重值，得出最終的評價結(jié)果。在實際應用中，用這些公式和方法研究灌區(qū)的渠道防滲優(yōu)化。通過建立評價指標體系，確定權(quán)重值，應用模糊綜合評判，研究者能夠評估不同防滲材料和技術(shù)方案的性能，從而為實際工程提供科學合理的決策依據(jù)。

5 結(jié)論

本文對即墨區(qū)岔河灌區(qū)渠道防滲優(yōu)化進行研究分析，首先，該研究簡單介紹了該灌區(qū)的工程概況，對目前主要使用的渠道防滲方案進行總結(jié)，其次，通過模糊綜合評判模型對該灌區(qū)渠道防滲方式進行優(yōu)化研究，最后，得出以下結(jié)論。1）不同的評價因子指標會影響最終模糊評判模型的結(jié)果，對不同的實際工程的渠道防滲段來說，考察的評價因子不同，因此計算的優(yōu)化模式結(jié)果也不同。2）根據(jù)最終灌區(qū)防滲渠道的模糊綜合評判模型結(jié)果可知，對該工程渠道防滲段來說，最優(yōu)的防滲方案是采用一側(cè)有擋土板形式，最差的方案是砌石漿砌形式。

參考文獻

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