基于突变级数法的内河航道疏浚绿色度评价

潘海泽，朱梦姝，贺 建，缪 玮

(西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都610500)

基于突变级数法的内河航道疏浚绿色度评价

潘海泽，朱梦姝，贺 建，缪 玮

(西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都610500)

针对内河航道疏浚工程绿色度评价，建立了目标层、分目标层、准则层、指标层等4级评价指标体系，选用突变级数法，对嘉陵江航道疏浚方案进行了评价。结果显示，嘉陵江航道疏浚方案绿色度水平为0.944，按照评价等级划分，该方案绿色度等级为优。

内河航道；疏浚；绿色度；评价体系；突变级数法

0 引 言

目前，国内外关于绿色评价指标体系的研究较多。闫志刚等[1]以“节能减排”为核心理念，建立了绿色施工评价指标体系；欧阳斌等[2]紧紧围绕低消耗、低排放、低污染、高效能、高效率、高效益的目标，建立了绿色低碳港口评价指标体系；Fbos等[3]制定了绿色公路评价指标体系。但是，针对内河航道疏浚绿色度评价的研究相对较少。如何通过研究，特别结合工程实例，系统地建立内河航道疏浚绿色度评价指标体系，进而评价疏浚工程的绿色度，是目前迫切需要解决的问题。

本文定义了内河航道疏浚的绿色度，并建立了内河航道疏浚绿色度评价体系。结合工程实例并利用突变级数法，评价疏浚方案的绿色度，找出疏浚方案中的不足，以便更好地指导航道疏浚施工，降低施工对水生生态造成的破坏，提高河道的通航能力，创造良好的社会效益。

1 内河航道疏浚绿色度的概念

疏浚是指使用挖泥船或其他工具、设备开挖水下的土、石以增加水深或清除淤积的工程措施。内河航道疏浚的绿色度是指在满足疏浚工程的基本要求及特殊功能的前提下，疏浚技术尽可能节约资源与能源，保护环境与工人健康，节约成本，提高施工质量，实现经济效益、环境效益及社会效益的综合程度[4]。内河航道疏浚绿色度的定义突出了“四节一环保”的理念，即节约能源、节约土地、节约水资源、节约材料和环境保护。但是，绿色疏浚不应仅仅包含绿色疏浚技术，还应包括绿色疏浚管理。绿色疏浚是可持续施工，可持续发展的本质是以人为本。因此，绿色疏浚的另一个重要的方面是施工现场的综合管理。

表1 评价指标体系及评价标准

2 评价指标体系的建立

疏浚工程绿色度评价应从其系统特征和外部环境关系入手，建立一套完整、科学、有效、可操作性强的评价指标体系。具体而言，从环境保护、能源和资源节约利用等3个方面，建立绿色疏浚综合管理目标层，以反映和体现总目标[5]。

在绿色疏浚分目标层的基础上，进一步分出评价指标体系的准则层以及指标层[6]。每一层都是上一层的细化和具体化。同时，要遵从上层对绿色疏浚评价指标的内在规定性，构建出具有代表性、准确性和有效性的评价指标体系。内河航道疏浚绿色度评价指标体系及评价标准见表1。

3 评价方法

3.1 突变理论和突变级数法

目前，常用评价的方法主要有层次分析法、主成分分析法和灰色多层次综合评价法等。为了得到准确有效的评价结果，应根据评价目的并结合评价对象的特点来选择评价方法。本文采用突变级数法对内河航道疏浚工程的绿色度进行评价。突变级数法不仅避免了人为主观判断指标权重的缺陷，同时对样本数量要求低，计算过程较为方便快捷。突变理论的研究对象是系统的势函数，根据势函数对临界点进行分类。初等突变理论有折叠型突变、尖点型突变、燕尾型突变、蝴蝶型突变等4个较为常用的突变类型。

对势函数f(x)分别求一阶和二阶导函数，可以得到势函数的临界点集方程和奇点集方程，联立这2个方程消去x就能得到分歧点集方程。系统会在控制变量满足分歧点集方程时产生突变。如尖点突变的分歧点集方程为a=-6x2和b=8x3。其中，导致突变的主要因子为a，次要因子为b，当a、b满足分歧点集方程时，系统发生突变[7- 8]。为了得到系统产生突变时的状态变量x，可以把分歧点集方程与a、b的值相结合。由于状态变量和控制变量的取值范围不一致，必须将两者的取值范围都限定在0～1之间，需采用归一化公式对变量进行归一化处理。其中，折叠型突变的归一化公式为xa=a1/2；尖点型突变为xa=a1/2、xb=b1/3；燕尾型突变为xa=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4；蝴蝶型突变为xa=a1/2、xb=b1/3、xc=c1/4、xd=d1/5。

利用归一化公式进行评价时，多个控制变量将得到多个状态变量值。如果系统的各个控制变量之间不可以相互替换，即相互之间不能弥补不足，则满足非互补原则，取值按照“大中取小”的标准；而当系统各个指标之间在没有前提条件的情况下就可以互相弥补不足，以使x值达到较高的平均值时，则满足互补原则，则取值按“平均值”的标准。

表2 指标层指标评分和准则层指标计算

3.2 突变级数法的评价过程

(1)构建绿色疏浚评价指标体系。根据各评价指标的相对重要性，对各层次指标进行排序，根据下一层指标数量确定突变类型。

(2)通过咨询专家、查阅文献后，对指标层指标进行量化分级，评价等级的范围为：优(0.8，1]、合格(0.6，0.8]、差[0，0.6]。专家依据评价标准利用区间打分法，对指标层指标进行评分。

(4)利用各突变模型的归一公式，由指标层指标的数据开始，确定各级状态变量指标值，逐步向上综合，最终得到最高层的指标值即为最终评价指标。将总目标的评价标准分为差、合格、良，优4个等级，每个评价等级范围为：差[0，0.6]、合格(0.6，0.8]、良(0.8，0.9]、优(0.9，1]。从总目标值所处的等级范围确定疏浚项目绿色度的等级。

4 工程实例

4.1 工程概况

嘉陵江是四川省构建“一横两纵”主通道的内河航运体系的重要组成部分，其航运的发展直接影响四川省航运的发展。嘉陵江研究河段未建梯级之前共有各类碍航险滩约280个，梯级渠化工程完成后减少到目前的49个，从根本上解决了嘉陵江滩多水浅的问题。但是，由于前期发展阶段将航运目的置于次要地位，未能充分考虑航运功能，所以形成了各航运梯级以正常挡水位衔接的格局。梯级建成后，电站泄水发电，水位消落，在库尾出现变动回水段，变动回水段仍存在的滩险无法达到设计航道尺度标准。因此，为了使渠化工程更完善，有必要采取整治措施，确保航道在各水库变动回水段内满足设计通航标准的要求。

4.2 分析评价过程

根据嘉陵江航道疏浚的具体情况，由5名专家按照评分标准对指标层指标打分，取平均值作为最终得分。准则层指标值计算以人员安全与健康为例，计算过程如下：

人员安全与健康指标由安全管理、卫生防疫、施工人员生活环境构成燕尾突变模型，指标之间互补，按“平均值”取值原则。xa=a1/2=(0.913)1/2=0.956、xb=b1/3=(0.928)1/3=0.975、xc=c1/4=(0.911)1/4=0.977。则X=(xa、xb、xc)/3=0.969。由此可得，人员安全与健康指标值为0.969。其他准则层指标值见表2。

分目标层指标值计算以能源与资源的节约利用为例，由能源节约与利用、土地资源节约与利用、水资源节约与利用以及材料节约与利用等4个准则层指标构成蝴蝶突变模型，指标之间非互补，按 “大中取小”的取值原则进行取值。xa=a1/2=(0.884)1/2=0.940、xb=b1/3=(0.887)1/3=0.960、xc=c1/4=(0.853)1/4=0.961、xd=d1/5=(0.911)1/5=0.981，则X=min(xa，xb，xc，xd)=0.940。其他分目标层指标值见表3。

表3 分目标层突变类型和指标值

通过分目标层指标值计算得出总目标值，利用总目标值即可判定嘉陵江航道疏浚绿色度的评价等级。已知总目标指标下共有3个分目标层指标，即由环境保护、能源与资源节约利用以及绿色疏浚综合管理构成燕尾突变模型，指标之间非互补，按“大中取小”取值原则。计算过程如下：xa=a1/2=(0.892)1/2=0.944、xb=b1/3=(0.940)1/3=0.980、xc=c1/4=(0.970)1/4=0.992，则X=min(xa，xb，xc)=0.944。

根据本文中设定的评价标准区间，可以判定嘉陵江航道疏浚绿色度评价等级为优。从指标层指标评分来看， 营养盐清除率、水体质量、底泥质量以及废水的循环利用率评分较低，在工程施工过程中应对这几方面改进。

5 结 语

本文采用突变级数法，对嘉陵江航道疏浚的绿色度进行评价，最终判定嘉陵江项目疏浚绿色度评价等级为优。通过比较指标层指标评分发现薄弱环节，便于改进。

内河航道疏浚是一项复杂的系统工程，涉及多重影响因素和多门学科。本文提出的评价体系和评价方法是对内河航道疏浚的初步探索，在评价指标的选取和评价方法的应用和推广方面还有待于完善和提高。

[1]闫志刚, 杜立峰, 王雪丽. 绿色施工评价指标体系与方法研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(7)： 103- 107．

[2]欧阳斌, 王琳, 黄敬东, 等. 绿色低碳港口评价指标体系研究与应用[J]. 水运工程, 2005(4)： 73- 80．

[4]唐路. 绿色施工及评价体系研究[D]. 济南: 山东建筑大学, 2014．

[5]王海棠, 周勇华, 刘有刚. 海洋疏浚工程的环境影响及对策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

[6]刘屿. 内河航道维护水平评价研究[D]. 武汉： 武汉理工大学, 2013．

[7]闫志刚, 杜立峰, 王雪丽. 基于突变级数法的绿色施工评价研究[J]. 施工技术, 2012, 41(21)： 25- 19．

[8]王海棠, 周勇华, 刘有刚. 海洋疏浚工程的环境影响及对策措施[J]. 海岸工程, 2014, 33 (1)： 43- 50．

(责任编辑 杨 健)

北京中元瑞讯科技有限公司

封二

南京科明自动化设备有限公司

前插1

北京华科同安监控技术有限公司

前插2、3

北京中水科海利工程技术有限公司

前插4、5

基康仪器股份有限公司

前插6

上海冠龙阀门机械有限公司

后插1

郑州机械研究所

封三

北京木联能工程科技有限公司

封底

Green Degree Evaluation of Dredging in Inland Navigation Channel Based on Catastrophe Progression Method

PAN Haize, ZHU Mengshu, HE Jian, MIAO Wei
(School of Civil Engineering and Architecture, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China)

Aiming at the green degree evaluation of dredging in inland navigation channel, the evaluation index system with four levels of target layer, sub-target layer, criteria layer and index layer is established. Combined with the example of Jialing River dredging project, the catastrophe progression method is used to evaluate dredging schemes. The evaluation results show that the green degree of dredging project in Jialing River channel is 0.944, which is excellent class according to evaluation grade．

inland navigation channel; dredge; green degree; evaluation system; catastrophe progression method

U616(271)

A

0559- 9342(2017)08- 0010- 04