基于模糊层次分析法的防洪安全评价研究

赵淑杰 ，张利 ，刘丹 ，康健

（1.辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站，辽宁 沈阳 110003；2.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003）

1 防洪安全评价

目前评价方法很多，常用的是将定量和定性相结合的方法。这种方法可以更加科学、深入的分析问题，得出合理的结果。因此，文中将采用模糊层次分析法，对防洪安全进行综合评价[1]。

模糊层次分析法[2]，是将模糊数学理论引用到层次分析法中，使定性指标和定量指标有机地结合起来，构造出模糊一致性判断矩阵，计算出各指标的权重集。由于模糊层次分析法的判断矩阵具有模糊性，解决了判断矩阵的一致性问题，而一般层次分析法的一致性问题，要经过多次调整、检验才能解决[3]。

2 防洪安全评价指标体系

科学合理的指标体系是评价准确、可靠的基础。所以防洪安全评价指标体系的建立是防洪安全评价工作中的一个关键问题，核心是用什么样的指标来反映防洪体系各个发展阶段的安全程度。文中防洪安全评价指标体系的建立，应遵循科学性、全面性、层次性、代表性、可操作性等原则，以防洪安全影响因素为基础，构建防洪安全评价指标体系的3个层次：目标层、准则层、指标层。如表1。

上述13个指标[4]是防洪安全评价的一般评价指标体系，在对某特定流域特定项目进行评价时，应针对研究流域的基本情况、资料收集的难易程度以及决策者自身偏好等因素，选择部分有代表性的指标进行防洪安全评价。

表1 防洪安全评价指标体系

3 模糊层次分析法综合评价模型

模糊层次分析法综合评价模型的优点：首先是引入了模糊理论，使得权重的计算过程更加简捷；其次该模型把模糊层次分析法和隶属度结合起来研究问题，使得综合评价结果客观，公正和准确；最后该模型的评价过程是从局部到整体的评价过程，使得对问题的研究更加全面和合理，便于发现问题和解决问题。

建立模糊层次分析法综合评价模型的步骤如下：

步骤1：建立评价对象指标集

准则层指标集 B={B1，B2，…，Bn}，i=1，2，…，n；

指标层指标集 C={C1，C2，…，Cm}，i=1，2，…，m。

步骤2：构造模糊一致判断矩阵

根据模糊层次分析法的标度原则，标度原则见表2，各层元素两两比较，根据每一层中各要素相对其上层某要素的相对重要程度，构造模糊判断矩阵R=（rij），即

表2 模糊层次分析法的标度原则

利用公式（1）和（2），将模糊判断矩阵R一致化，构造模糊一致判断矩阵P=（pij），即

步骤3：由模糊一致判断矩阵P，求各要素的归一化权重集W=（wi）

根据模糊一致判断矩阵P，计算各要素相对于该准则的相对权重，其常用计算方法是根法，即：

步骤4：建立评断矩阵

按照五级标准，确立模糊评断集V={V1（安全），V2（较安全），V3（一般），V4（较差），V5（差）}，根据指标集B和模糊评断集V，建立模糊评断矩阵U：

其中：uij表示单因素Bi被评定为Vj的隶属度，请各位专家给各评价指标确定等级，用公式（3）计算各指标隶属度：

步骤5：综合评价

指标层评价：令Bi=wi×U，对Bi归一化处理，得到，并得到指标层综合评价矩阵B。

准则层评价：S=W×B，对S归一化处理，得到S*。

确定评价等级的加权向量，并计算目标层的综合评价值，一般情况下，评价集V={V1（安全），V2（较安全），V3（一般），V4（较差），V5（差）}对应的分值集是{80～100，60～80，40～60，20～40，0～20}，加权向量赋值为 D，D=（90，70，50，30，10）。

目标层综合评价：N=S×D。

4 实例分析

4.1 项目背景

辽河是我国七大江河之一，发源于河北省承德地区七老图山脉的光头山，流经河北、内蒙古、吉林、辽宁四省区，至盘锦市注入渤海，全长1390 km。全流域面积21.96万km2，其中辽宁省境内的面积为6.92万km2，占流域面积的31.6%。

辽河流域防洪规划的防洪保护区范围包括辽河、浑河、太子河、绕阳河及大辽河。保护区内含9个地级市，即沈阳、辽阳、鞍山、盘锦、营口、铁岭、抚顺、锦州、阜新。下辖7个县级市，即新民、灯塔、海城、开原、铁法、北宁、凌海。13个市辖县，即辽中、康平、法库、辽阳、台安、盘山、大洼、营口、铁岭、昌图、黑山、阜新、彰武。9个市辖郊区，即东陵、苏家屯、于洪、新城子、太子河、老边、银州、双台子、兴隆台。有159个镇，172个乡。该地区城镇密集、人口集中、交通发达，是辽宁省工农业发展的重点地区。

近60年来，辽宁省对辽河流域几经整治，基本形成了以水库调蓄和堤防抵御相结合的防洪工程体系。在加强防洪工程体系建设的同时，借鉴国内外先进经验，逐步探讨并成功地加强了非工程防洪体系的建设，从而形成了工程措施和非工程措施相结合的防洪体系。在抗御辽河流域历次洪水中发挥了巨大减灾效益，为保障国民经济和社会发展起到了重要作用。

4.2 根据指标体系，确定权重集

1）计算准则层指标相对目标层的权重集

根据标度原则，建立模糊判断矩阵R

有公式（1）和（2）计算模糊一致判断矩阵P

计算得准则层指标相对目标层的权重集W=（0.242，0.264，0.268，0.226）

2）计算指标层指标相对准则层的权重集

w1=（0.365,0.045,0.370,0.220）

w2=（0.710,0.146,0.144）

w3=（0.516,0.304,0.180）

w4=（0.288,0.384,0.328）。

4.3 综合评价

4.3.1 指标层评价

根据专家咨询法，采用公式（3）计算各指标隶属度。邀请20位专家和辽河流域管理单位人员对辽河流域防洪安全情况进行评断，评断是在评价集V中（安全、较安全、一般、较差、差）选择。根据每一级别中的选择人数确定隶属度，得模糊评断矩阵U：

利用 B1=w1U1，得 B1=（0.4245，0.4220，0.1535，0，0）

同理计算得到其他指标层的评价结果：

B2=（0.129，0.4566，0.4144，0，0）

B3=（0.018，0.200，0.482，0.300，0）

B4=（0.256，0.4000，0.2728，0.0712，0）

4.3.2 准则层评价

有S=W×B，归一化处理，得：

S*=（0.1995，0.3667，0.3374，0.0965，0）

4.3.3 辽河流域防洪安全综合评价

评价结果：N=S*×D=65.15

从评价结果来看，辽河流域的防洪安全评价是“较安全”。多年来辽河流域防洪体系建设成效显著，虽然社会经济的快速发展对防洪安全造成了较大压力，但在工程、非工程措施的保障下，防洪安全程度得到了提高，说明防洪体系的安全效果在不断加强。

5 结语

1）目前，防洪体系的安全评价研究较少，文中建立的模糊层次分析法综合评价模型，具有实用可靠，数据处理方便，结论客观合理等特点，可以在防洪体系安全评价中推广应用。

2）辽河流域防洪体系经过多年建设，防洪安全明显提高，为其他流域防洪体系建设提供了很好的借鉴。

[1]王怡.基于模糊层次分析法的环境综合评价[J].大庆石油学院学报，2008，32（2）.

[2]杨纶标.模糊数学原理及应用[M].广州∶华南理工大学出版社，2004：21-23.

[3]张吉军.模糊层次分析法[J].模糊系统与数学，2006，14（2）.

[4]赵洪杰，唐德善.流域防洪体系防洪安全评价研究[J].灾害学，2006，21（4）.