基于AHP的杭埠河倒虹吸建设方案综合比较

王 宝 存

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

1 概述

引江济淮工程建设内容包括输水河道工程、枢纽建筑物工程、跨河建筑物工程、跨河桥梁工程、渠系交叉建筑物以及影响处理工程，而杭埠河倒虹吸工程是引江济淮工程中跨河建筑物工程的重要组成部分[1]。本文基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，分别从工程地质、工程占地、施工组织设计、工程造价和社会影响这五个方面，以科学合理的方法综合比较了杭埠河倒虹吸三个不同建设方案的优劣。

2 层次分析法原理

层次分析法是一种定性与定量相结合的系统化及层次化的分析方法，借助优先关系矩阵实现决策由定性向定量的快捷的转换，它在各个领域的多方案比较中得到广泛应用[2-4]。层次分析法的计算过程如下：

1)建立判断矩阵。

依据1～9标度法(如表1所示)，判断两两方案间的优劣程度，得出两两方案间的判断值cij，并建立判断矩阵C：

(1)

其中，cij为方案ui相对于uj的优劣程度的判断值，cii=1，cij×cji=1，m为方案数量，i,j=1,2,…,m。

表1 1～9标度法

2)计算方案权重。

对判断矩阵的各行元素乘积开m次方根。

(2)

对Mi进行归一化处理:

(3)

则W=(w1,w2,…,wm)就是所求的方案优劣程度的权重矩阵。具有最大的max(wi)对应的方案为最优方案。

3 工程概况与建设方案

引江济淮工程为了将过巢湖线的300 m3/s来水穿过杭埠河导向下游，必须在杭埠河上兴建跨河建筑物。可供选择的建筑物型式有倒虹吸和渡槽，杭埠河处设计输水位为5.75 m，而杭埠河口100年一遇设计洪水位为11.46 m，显然，若选择渡槽型式，在杭埠河行洪时阻水相当严重，且杭埠河有通航要求，所以只能选择倒虹吸作为过巢湖线跨杭埠河的建筑物。

针对杭埠河倒虹吸工程的施工难易程度、征地移民、主体工程量和临时工程量、可比工程造价等多种因素，提出了以下三种杭埠河倒虹吸布置方案，其中方案一、三为同一条输水线路，方案二是另一条输水线路。

方案一：布置在杭埠河左堤背水侧，利用现状杭埠河进行导流，旱地上施工，待主体工程完工后，将杭埠河改线并尽可能裁弯取直。倒虹吸中心线与杭埠河河道中心线垂直，进、出水池与引渠以圆弧相接。方案一要拆除正在兴建的六安市—舒城县—三河镇—环湖大道连接线公路1.92 km，该公路为双向六车道沥青混凝土道路，路面宽16 m，两侧布有3 m～3.5 m宽左右的游步道，加上路肩堤顶总宽25 m。

方案二：布置在现状杭埠河右堤背水侧，旱地施工，且主体工程完工后，将杭埠河改线并尽可能裁弯取直。该方案可尽可能保留在建公路，只需挖除约100 m作为小合分线输水渠道，同时在公路与小合分线交叉处架设公路桥，桥面宽度与堤顶宽同为25 m。

方案三：线路与方案一相同，在方案一的基础上，将倒虹吸向杭埠河右侧平移120 m。倒虹吸采用分期施工的方式，一期工程利用现状杭埠河全断面导流，在杭埠河左堤背水侧旱地上兴建倒虹吸出口段及节涵身，二期工程在一期工程建设箱涵上游段填筑挡水围堰，并与上下游现状左堤相连接，同时在老河道上下游填筑堵口段戗堤形成封闭圈，然后排水，进行倒虹吸上游节箱涵和进口控制段施工。上游来水通过新挖的杭埠河左半部分导流，导流底宽145 m。该方案仍需挖除在建的连接线公路1.68 km。

4 三种方案综合比较

为更加科学合理的比较三种建设方案的优劣，借助AHP方法，分别从工程地质、工程占地、施工组织设计、工程造价和社会影响这五个方面对三种方案进行综合比较。

1)工程地质。从地质条件看，三种方案建筑物位置相距较近，地质条件相似。

2)工程占地。方案二输水线路长，占地大，将杭埠河右堤内滩地分割为两块，不利于土地的再利用；方案一和方案三穿过现阶段正在规划实施的三叉河湿地公园，对于土地的影响较小。相对来说，方案一和方案三优于方案二。

方案三分两期实施，一期完成新河道左侧堤防建设、倒虹吸出口控制段及下游侧26节箱涵；二期施工项目主要为新河道右侧堤防、倒虹吸进口控制段及上游侧7节箱涵浇筑。二期堵口段戗堤封闭和老河槽初期排水(约100万m3)在9月中旬～12月完成，基坑开挖和深井降水在第二年1月施工，其他主体工程需在4月底前完成，施工强度高；基坑采用深井降水，为达到干堤施工要求，深井需在底板处布置，运行和封堵难度极大。

3)工程造价。

方案一的工程造价估计为32 779万元；方案二的工程造价估计为35 740万元；方案三的工程造价估计为31 063万元。

4)社会影响。

三种方案均要挖除部分正在兴建的六安市—舒城县—三河镇—环湖大道连接线公路，其中方案一最长，方案三次之，方案二较短。该公路即将通车，很快又面临挖除，显然会造成不良的社会影响，尤以方案一为最甚。

表2 各施工方案权重矩阵表

综合考虑施工组织设计、工程占地、社会影响、工程造价和工程地质这五个方面的影响，三种方案的综合权重为：

W综合=(0.510 0.264 0.130 0.063 0.033)×

由三种方案的综合权重W综合=(0.386 0.370 0.244)可知，杭埠河倒虹吸的三种建设方案中，方案一优于方案二，方案二优于方案三，即应选取方案一作为建设方案。而在实际设计规划过程中，推选方案一为最佳建设方案，与本文得出的结论相符。证明了本文所提出的基于AHP杭埠河倒虹吸建设方案综合比较法的可行性和合理性。

5 结论与展望

引江济淮工程是一项功在当代利在千秋的重大水利工程，在该工程的建设过程中，避免不了如何选取最佳建设方案的问题。本文以杭埠河倒虹吸工程为例，基于层次分析法(AHP)，分别从工程地质、工程占地、施工组织设计、工程造价和社会影响这五个方面进行综合对比，最终得出方案一是最佳的施工方案，与工程实际设计采取的方案相一致，表明本文提出的方法科学有效，为引江济淮的其他工程进行方案比较提供了可靠的借鉴方法。

在引江济淮工程可行性研究阶段和初步设计阶段经过充分论证分析，按分期导流围堰法建设杭埠河穿越工程不可行。一般隧道暗挖法也难成行，下一步计划借鉴或结合水下沉管(箱)、地下非开挖等技术措施，基于层次分析法(AHP)，进一步研究其他穿越方案，与初设批复的移址新建倒虹吸方案全面比选优化。