模糊层次分析法在河道堤防工程安全评价中的应用

王 恩

(南京国环科技股份有限公司，江苏 南京 210042)



·水利工程·

模糊层次分析法在河道堤防工程安全评价中的应用

王 恩

(南京国环科技股份有限公司，江苏 南京 210042)

根据影响堤防工程的因素，建立了堤防工程安全综合评价指标体系，将模糊综合评价法与层次分析法结合，构建了堤防工程安全模糊层次分析评价模型，并以兴城河城区段为例，进行左岸及右堤防工程安全综合评价，指出该方法简单易用、评价结果合理可靠。

模糊层次分析法，堤防工程，安全等级，评价指标体系

目前大洪水引发的洪水灾害多由河道堤防溃决或者漫溢造成，堤防工程安全是防洪管理中的重点，对堤防工程安全的综合评估是堤防工程建设、除险加固的基本依据，对防洪安全管理与应急预案编制具有指导作用。防汛管理人员依据堤防工程安全评价结论决定采取何种预防或防护措施。目前堤防工程安全评价采用比较广泛的评价方法有评分法、危险指数评价法、概率法、检查表评价法及综合法等。堤防工程安全评价复杂，目前还未形成一种通用的评价方法。本次研究通过建立堤防工程安全评价指标体系，以兴城河城区段为例，采用模糊层次分析法进行左岸及右岸堤防工程安全综合评价。

1 研究方法简介

模糊层次分析法(Fuzzy Analytical Hierarchy Process，简称FAHP)，将模糊数学理论与层次分析法相结合起来研究问题，该方法在体系评价、效能评估、系统优化等方面应用较为广泛，是一种定性与定量相结合的评价方法。下面简单介绍模糊层次分析综合评价模型的建立过程。

1)建立评价对象指标集。层次分析法中，一般将指标体系划分为三个层次，即目标层、准则层和指标层。指标集的建立主要依据研究对象的影响因素，将其分类分组，每一类或者组即为准则层指标，而指标层则是可以量化或者赋分的基本因素，为最细化的指标。

2)计算权重。权重反映各个指标对堤防工程安全的重要性程度，一般计算方法有专家估算法、加权统计法及频数分析法等。根据实际情况，将准则层以及指标层的各指标赋予不同的权重，得出权重矩阵W。

3)模糊隶属度计算。将堤防工程安全情况从好到坏分为安全、较安全、不安全、很不安全四个级别，按照模糊理论的方法，确定每个指标相对于不同分级标准的相对隶属度R，越大越优型指标为正向指标，越小越优型指标为负向型指标。

表1 堤防工程安全等级及系数对照表

4)模糊综合评价。根据计算的各个指标的权重W及模糊隶属度R计算模糊综合评价系数F。堤防工程安全综合评价系数为0～1的数值，数值越大越安全，如表1所示。

F=W×R。

2 评价指标体系

根据指标体系建立原则，分析堤防工程安全的影响因素，构建综合评价指标体系。本次研究将堤防工程安全指标体系分为三个层次：目标层、准则层和指标层。目标为单一目标，即堤防工程安全性，准则层包括水文因素及堤防自身因素2个准则属性，指标层为具体的评价指标。指标层主要包括洪水量级、水深、河势、堤防设计防洪标准、堤身及堤基的稳定性以及堤防沿线险情分布情况，指标体系结构如图1所示。

3 实例研究

兴城河是辽宁省兴城市的母亲河，发源于兴城市西北药王老岭及葫芦岛市黑松岭，流域面积702.92 km2，总河长50.4 km，河道主槽宽60 m～480 m，兴城河是山区型河流，洪水涨落急剧。兴城河流域洪水主要由暴雨产生，一次洪水过程大部分在1 d之内，最长可达3 d，河道坡度较陡，属于陡涨陡落的山溪性河流。兴城是中国优秀旅游城市，国家重点风景名胜区，辽宁省历史文化名城，是渤海岸边的一颗璀璨明珠。本次研究以兴城河城区段为例进行堤防工程安全综合评估。

表2 综合计算结果表

兴城河城区段，即兴城南河大桥(上游)至滨海路大桥(下游)，区间河道长5.68 km。本区段干流堤防工程从兴城南河大桥至滨海路大桥，平均堤距380 m，堤防型式为均质土堤，防洪标准为50年一遇。本次研究对兴城河遭遇50年一遇设计洪水及100年一遇超标准洪水，左岸及右岸堤防工程安全性进行评价。根据前述模糊层次分析法，计算出综合评价系数，从而判断安全等级，结果如表2所示。

根据计算结果，兴城河左岸及右岸堤防均达到了设计标准，即发生设计标准50年一遇洪水量，左右岸堤防安全，不易发生溃堤漫溢洪水事件。当发生100年一遇超标准洪水时，左岸堤防处于较安全状态，由于左岸为兴城市主城区，堤防为路堤结合形式，堤顶较宽，为双向六车道，沥青路面，且迎水坡有护岸工程，因此防洪能力较强，堤防安全等级高。超标准洪水条件下，兴城河右岸堤防为不安全状态，即发生超标准洪水时，有可能发生局部堤防溃决或漫溢事件。因此，发生超标准洪水时，应加强右岸堤防的防洪监测及应急管理。

4 结语

采用模糊层次分析法进行兴城河城区段堤防工程安全综合评价，得出两岸堤防工程达到设计防洪标准，可抵御50年一遇洪水。当发生超标准洪水时，兴城河右岸堤防有溃堤风险，应加强堤防工程安全监测，做好防洪应急抢险预案。模糊层次分析法评价结果符合堤防工程实际情况，该方法具有计算简便，适用性强等优点，可在其他河道堤防工程安全评价中推广应用。

[1] 张秀勇，何 宁.黄河下游堤防工程的安全性综合评价[J].水利学报，2007(29)：166-167.

[2] 陈 红.堤防工程安全评价方法研究[D].南京：河海大学硕士学位论文，2004.

[3] 黄锦林，杨光华，王 盛.堤防工程安全综合评价方法[J].南水北调与水利科技，2015，13(5)：1011-1015.

[4] 刘亚莲，胡建平，周翠英.基于信息熵和集对理论的堤防工程安全评价[J].水电能源科学，2010，28(10)：96-98.

[5] 汪自力，顾冲时，陈 红.堤防工程安全评估中几个问题的探讨[J].地球物理学进展，2003，18(3)：391-394.

Safety evaluation of embankment project based on Fuzzy Analytical Hierarchy Process

Wang En

(NanjingGuohuanScienceandTechnologyCo.，Ltd,Nanjing210042,China)

The embankment project safe evaluation index system is build based on its influencing factors. Coupled with the Fuzzy analysis method and Analytical Hierarchy Process, the safety evaluation model is established. Taking the embankment of Xingcheng river as an example, the safety of its left and right embankment is evaluated based on the model. Point out Fuzzy Analytical Hierarchy Process method is simply and reliably.

Fuzzy Analytical Hierarchy Process method, embankment project, security classification, evaluation indes system

1009-6825(2017)10-0221-02

2017-01-21

王 恩(1983- )，男，博士，工程师

TV871

A