模糊层次分析法在河道堤防工程安全评价中的应用

摘 要：河道是承担着城市防洪、排涝、供水、水土保持等功能的绿色廊道，河道堤防工程是保障河道发挥作用的关键。本文主要介绍影响提防工程的因素，建立起河道堤防工程的安全评价指标体系，利用模糊层次分析法构建其工程的分析评价模型。本文着重探讨模糊层次分析法在河道堤防工程安全评价中的应用。

关键词：提防工程；模糊层次分析法；评价指标体系；安全等级

前言

目前，洪水引发的灾害，大部分都是因为河道堤防溃决而造成，所以提防工程安全是防洪管理的关键。对提防安全的综合评估，是其工程建设和除险加固的重要依据，能够指导提防工程的安全管理和应急预案编制。目前，我国对河道提防工程的安全评价体系不健全，对其工程的演变和生态功能认识不足。

1 模糊层次分析法简介与评价模型建立

模糊层次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process，简称FAHP），这是种采用模糊数学理论与层次分析方法相结合的分析方法，它具有体系评价、效能评估、系统优化等功能，是能够对评价目标定性定量的评价方法。建立这种评价需要经过以下四种过程：建立评价对象指标集、计算权重、模糊隶属度计算、模糊综合评价。

在建立评价对象指标集中，层次分析法会将指标体系划为目标层、准则层、指标层三个层次。指标集根据评价对象的影响因素进行分类分组，其中每一类或组称为准则层指标，其层次主要是定性评价；指标层则是最细化的指标，它能够量化评价对象的基本因素。

权重能够反映出各个指标对评价对象的重要程度，计算权重的方法主要有专家估算法、加权统计法、频数分析法等。计算权重的过程是根据评价对象的实际情况，对准则层和指标层的各项指标赋予权重，由此得出权重矩阵W。

模糊隶属度计算，它是一种将评价对象进行大致评定的计算方法，例如提防工程的安全情况，可按照安全质量从好到坏分为安全、较安全、不安全、很不安全四个安全等级，按照模糊理论方法每个指标区间对应模糊隶属度R，正向指标与优质评价标准成正比，负向指标反之亦然。

根据计算权重得出的W和模糊隶属度计算得出的R，以F作为其综合评价系数。其评价系数计算公式为F=W×R。

按照此评价标准，河道堤防工程安全系数分别为：安全0.9～1.0；较安全0.7～0.9；不安全0.5～0.7；很不安全0～0.5。

2 评价指标体系以及实例研究

2.1评价指标体系

建立的指标评价体系，用以分析影响河道提防安全的各个因素，并定性定量影响因素指标，构建综合评价指标体系。提防工程安全指标体系可分为目标层、准则层、指标层三个层次，它们逐级下分。

目标层主要标明所要评价的对象以及评价范围，在它之下是准则层能够分为两个评价方向即水文因素和提防自身因素。在准则层之下细分可量化的指标，这一层次叫做目标层。准则层水文因素评可向下分为洪水量级、水深、河势走向等目标层指标；准则层提防自身因素可向下分为防洪标准、提身稳定性、险情分布等目标层指标[1]。

2.2实例研究

本文将辽宁省兴城市兴城河作为实例研究对象，该河流域面积为702.92平方千米，河流总长度为50.4千米，河道槽宽为60～480米之间，由于兴城河是山区型河流，当发生洪水灾害时涨落程度较大。兴城河爆发洪水的主要原因为暴雨，大部分的洪水过程主要发生在1天之内，根据记录兴城河最长的洪水过程可达3天。本次实例研究，主要是以兴城河城区段为研究范围，对其提防工程进行安全评估。

研究的兴城河城区段范围为：从兴城南河大桥至滨海路大桥，一共5.68千米。该河城区段平均提距为380米，提防型式为均质土提，防洪标准为50年一遇。以兴城河左岸、右岸提防工程进行安全性评价，对研究范围内50年一遇、100年一遇的防洪设计标准，利用上文提到的模糊层次分析法进行评估，并计算其综合评价系数，从而判定安全等级为四个等级：安全、较安全、不安全、很不安全。

在50年一遇的防洪设计标准中，左岸、右岸提防均达到了设计标准，其安全等级为安全。在100年一遇的防洪设计标准中，左岸是兴城市主城区，提防型式为路提结合，建有迎水坡护岸工程，因此防洪能力较强，根据模糊层次分析法的测算，左岸的安全等级为较安全。右岸在100年一遇的防洪设计标准中，有很大可能会出现溃堤和漫溢现象，其安全等级为较不安全，因此建议兴城市加强右岸提防防洪检测和应急管理[2]。

3 模糊层次分析法评价过程各因素分析

首先，对河道堤防工程安全评价，应结合河道类型、地理位置、水文情况、土壤情况等具体因素，构建评价指标体系。由于模糊层次分析法在指标数量过多时不易进行赋权，如果选取的指标不具指向性，则很难对某项进行权重计算和模糊隶属度计算，因此要慎重选择评价指标，避免无效指标评价对后续指标评价的影响。

对于河道堤防工程安全评价，模糊层次分析法主要先评价各个因素对地方工程安全的重要程度，然后在此基础上进行赋权计算。例如，准则层洪水量级权重为20%、水深值为30%等。

模糊层次分析法不是河道堤防工程安全评价的唯一方法，为了确保评价结果更准确，可采用多种方法配合评价，从而得出更加合理的评价结果。

例如，以模糊层次分析法为主要评价方法，搭配主成分分析法，能够以前者的主观分析与后者的客观分析相结合，从而克服模糊层次分析法存在的问题，既能够考虑各评价指标的差异性，又能避免权重均一性而导致评价不够客观。两种方法相结合，能够对多项指标进行降维处理，从而降低评价复杂性。

综合上述，模糊层次分析法用于评价河道堤防安全工程，能够对影响堤防安全的各影响因素赋予权重计算，从而根据计算得出综合评价系数，评定安全等级。这种方法简单易用，评价结果合理可靠，使用这种分析法对河道堤防工程进行安全评价时，要尽可能细分指标层的各项影响因素。

参考文献

[1]王恩.模糊层次分析法在河道堤防工程安全评价中的应用[J].山西建筑，2017，43（10）：221-222.

[2]柴纯纯，徐得潛，张浏.基于模糊层次—主成分分析法的城市河道生态护坡综合评价[J].水土保持通报，2016，36（05）：167-171+177.

作者简介：

李海燕（1981-）；性别：女，籍贯：甘肃省舟曲县人，学历：本科，毕业于兰州理工大学；现有职称：中级工程师；研究方向：水利水电。

（作者单位：甘肃省舟曲县水务水电局）