基于网络分析法的堤防工程风险分析研究

□李文庆（安阳县水务局）

1.引言

堤防工程在我国防洪体系中发挥着巨大的作用，但随着环境等方面的影响，不同地域地质情况复杂，运行条件多变，各种不确定性因素影响众多，工程一旦失事，将会给国家和人民生命财产安全造成极其严重的损失，如何合理的评价堤防工程风险，进而提出降低风险的措施，是一项意义重大的工作。

目前，国内关于堤防综合风险评价方面的研究较少。文献分别从防洪堤岸坡滑动失稳、渗透破坏等方面建立了评价模型；评价的角度也均是从随机性和模糊性等方面独立考虑，没有考虑到堤防工程风险因子的相互联系及相互作用。拟利用系统工程学中的网络分析法建立风险评价模型，从而对堤防工程风险因素进行客观评价。

2.网络分析法（ANP）相关原理

网络分析法（ANP）由T.L.Saaty教授于1996年提出，与层次分析法（AHP）视各准则为独立不同，ANP考虑了元素间存在的相互联系及相互作用。能够精确评价出相互作用下的各群组、元素的权重。

ANP将系统元素划分为两大部分：第1部分称为控制元素层，包括问题目标及决策准则。所有的决策准则均被认为是彼此独立的，且只受目标支配。第2部分为网络层，它是由所有受控制层支配的元素组成的，元素之间互相依存、互相支配，元素和层次间内部不独立，根据这个原理可以建立堤防工程风险因素的ANP层次结构，如图1所示。

ANP方法的决策过程与运算中，第1阶段为准则间的比较，依次以各个评价元素为评价构面分别进行本群组内元素间重要度成对比较，成对比较矩阵的形式一般为：

图1 堤防风险分析网络结构图

其中，Wij表示第i层上各元素对第j层的影响作用，称为超矩阵中的块，具有如下矩阵形式：

层次内部各元素对某个准则的排序，可用超矩阵来表示，即超矩阵中每个层次的每一列是归一化的，但这并没有顾及其它层次对此准则的影响，因此超矩阵的每一列并不是归一化的。将加权超矩阵多次相乘之后，将会收敛至一固定值，即此时矩阵的行向量相同，而列向量之和为1，则为极限超级矩阵，从极限超级矩阵中可得各元素的相对权重，即一个元素对最高目标的最后影响。

3.实例分析

沙颍河干流漯河陈湾～省界河段，河道长度约185.5km，两岸现有堤防长度349.4km（含周口市后王营圩区内堤）。堤防顶宽多为5～8m，局部堤段为2～5m；堤防边坡多为1：3，局部为1：2，大部分堤段有植被护坡。左岸107+000以上堤防养护较好，堤面平整，以下堤身低矮单薄，断断续续，填筑质量较差；右岸140+000以上堤防养护较好，以下段缺乏养护，局部堤段有人为毁坏现象。

周口城区段堤顶高程约51.2～51.8m，顶宽约6m，堤外分布多级陡坎，岸坡坍塌，滩地宽约0～100余米，河底高程36.7m。堤内为周口市区，地面高程约46.0m。工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度。周口城区段堤防工程地形地质水文条件复杂，岸坡上部重粉质壤土,局部粘粒含量低为轻粉质壤土，夹粉土质砂薄层，抗冲能力差。

参考以往的一些文献资料，文章主要将堤防工程风险因素归类为渗透破坏失事风险、漫顶破坏失事风险和失稳破坏失事风险3个方面。在遵循科学性、系统性、层次性和可操作性的原则下，并考虑风险评价模型应用上的兼容性，本文根据上述情况进行风险因素分析，建立了如图2所示的堤防工程风险多层次综合评价指标体系。

图2 堤防风险多层次综合评价指标因素图

采用语意变量尺度来描述各准则间及指标间成对比较时的相对重要度，参照AHP方法中的1-9评判准则确定，分别以各个评价准则及各个指标为评估对象，建立决策准则间及指标间的成对比较矩阵。

通过SD（superdecisions）软件计算，加权超级矩阵可变换为极限超级矩阵，最终可得指标间权重总排序。见表1

表1 风险因素权重排序表

根据风险因素权重排序计算可知，堤顶超高及洪水位还有堤身变形是主要风险因素，进而可以有针对性的进行单个风险因子的分析，并采取相应的措施减免相应的损失。

4.结语

将网络分析法评价模型应用于堤防工程风险分析研究，相对于其它评价方法，它将定性的问题用数量的形式表达出来，在一定程度上能减少个人的主观判断错误，使评价更加全面、客观、科学化、合理化，具有重要的理论意义和实用价值。

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