辽河昌图县河段河道防洪工程安全综合评价

张 平

(昌图县水利事务服务中心，辽宁 铁岭 112599)

防洪工程对保障沿河居民生命财产安全和抵御洪水等自然灾害方面发挥着重要作用，属国家社会与经济发展的生命线。受各类外界环境、堤基和堤身等条件影响，防洪工程若发生溃堤、漫堤等灾害将给国家产生巨大的经济损失。因此，评价和分析工程潜在或固有的灾害程度及其危险，为确保防洪工程安全和各项水利设施效应的重要依据。当前，对于防洪工程安全评价国内外学者运用多种方法做了大量工作，并以荷兰和日本为代表，结合工程自身特征和当地社会条件构建了适用于当地的安全评估体系。防洪工程广泛分布于我国各个地区，因不同区域的自然条件、环境气候和工程特征存在较大差异，尚未形成科学、完整的防洪安全评价体系，且调查技术标准和方法也比较缺乏。目前，对于防洪工程的安全评价主要借鉴大坝安全评价法，将定量因子与定性指标相结合构建综合评价体系[1-3]。

现有研究一般侧重于内河堤防工程的安全分析，对于辽河昌图县河段河道防洪工程而言，由于其特殊的气候条件和地理位置，该河道长期受到滩涂围垦和风暴潮的影响，堤身结构和所受荷载较其它防洪工程存在较大差异。文章通过收集防洪工程安全相关基本资料和辽河昌图县段重要河道损坏情况、历史洪水及运行现状，按照外部和内部两大类型准确识别了风险因素，选择水位值、保摊护提、渗控措施、堤顶高程等指标构建防洪安全综合评价体系，各项指标权重利用熵权法和改进模糊层次法(FAHP)法求解，依据专家评分值和工程现场调查数据确定安全评价值，最终客观科学的评价了该河段防洪工程运行状态[4-6]。

1 防洪工程风险因子

通过对防洪工程案例的总结分析和广泛调研，结合辽河昌图县河段的堤岸损坏特征识别各类风险因子。将防洪工程风险因子按照各种失事模式下的作用特征划分为外部、内部两大类型。其中，外部因素包括防洪工程荷载特性及其它要素；内部因素包括施工质量、护坡、保摊护堤、堤基和堤身特性。根据梯阶层次框架模型和识别的各类风险要素，按照一定的原则构建多要素多层次防洪工程安全评价体系，图1为构造的防洪安全评价模型。

2 改进模糊综合法的应用

目前，主观和客观权重法为确定多目标多层次评价体系各因子权重的两类常用的方法，其中主观权重法为依据决策者知识偏好和实践经验赋予权值的方法，如AHP法、乘积标度法和专家咨询法等；客观权重法为考虑各参评要素客观信息和有效数据赋予权重的方法，如熵权法、投影寻踪法、BP网络法、因子分析法等。为解决单一方法解释性差及主观随意性强的问题，考虑对防洪工程风险因子权重利用熵权法和改进的模糊层次分析法确定，从而保证评价结果的系统性和科学性。多目标多层次防洪工程安全评价模型，见图1。

图1 多目标多层次防洪工程安全评价模型

2.1 评价指标组合权重

改进的模糊层次分析法具备迭代速度快、形式简单、适用性强等特点，可有效解决传统AHP法存在的主观随意性问题。运用0.1-0.9标度法确定优先判断矩阵F={fij}n×n中的元素，改进FAHP法的标度准则见表1。

表1 优先判断矩阵标度准则表1 0.1-0.9数量标度

熵权是反映系统离散化程度的重要参数，防洪安全评价中信息熵代表了参评要素所包含有效信息量的。评价指标权重利用熵权法求解时，参评因子信息熵值越小则其提供的有效信息量越大，所以赋予的权值就越高；反之，信息熵越大则其携带的有效信息量越小，评价过程中其重要性就越低。采用该方法确定因子权重时，可有效避免主观因素的干扰，从而更加客观、准确的反映待评对象的真实情况。

设熵权法和改进的模糊AHP法求解的n个防洪安全评价指标赋予的权重为Wo=[wo1，wo2，…，won]T、Ws=[ws1，ws2，…，wsn]T。为最大限度的减少改进组合赋权法和模糊AHP法确定的权重偏差，考虑选用最小信息熵原理构造目标函数，其表达式为：

(1)

运用拉格朗日乘法算子综合计算各评价因子主、客观权重，从而获取防洪安全各评价因子组合权重，即：

2.2 防洪安全评价指标集

借鉴堤防工程安全评价导则选取防洪工程安全评价因子，结合防洪工程实际情况和大坝安全评价标准，将防洪安全等级划分为危险、轻度危险、安全较好、安全性好4个等级，详见表2。

表2 堤防安全评价等级

2.3 防洪工程安全评价

根据防洪工程实际运行情况和专家评分法，赋予各参评因子具体的数值，防洪安全评价各因子评价值为Li，同时利用文中所述组合权重计算公式获取最终的权重值。因此，可采用下式确定防洪安全综合评价值S，表达式为：

(3)

式中：S为河道防洪工程安全评价值；Zi、Li为防洪安全评价中各项指标的权重及其评价值。

3 案例分析

东辽河发源于辽源市哈达山脉的小寒葱顶子峰，流经辽宁省昌图县、康平县、内蒙古自治区后于福德店与西辽河汇流。东辽河昌图县河段全长92.82km，流域面积471.4km2，堤防长度72.71km，流经乡镇均为河流左岸，河流起点为三江口镇大力村王二莫屯，途径三江口镇、古于镇、七家子镇，至终点长发镇王子村福德店。调查显示，昌图县河段为东辽河下游剧烈演变河段之一，历史上洪涝灾害和崩岸事件频繁发生，对两岸居民正常的生产生活和下游国民经济建设产生严重的不利影响。2018年，辽宁省水利部门将辽河昌图县河段作为重点治理区，通过采取一系列治理措施有效控制了河流走势，对当地交通航运、工农业生产生活用水、保障两岸及滩区防洪安全等产生了深远的社会影响和积极的意义[7-9]。

由于不同历史条件下形成的防洪工程，存在影响因素多、情况复杂、堤线较长、分布范围广以及全线监测难度大等特点，全面掌握整个堤线的运行状况并给出科学的评判往往存在较大的困难。因此，文章结合辽河昌图县河段防洪工程现场监测与调查分析结果，将各个风险因子利用专家打分法赋予相应的安全评分，详见表3。

表3 辽河昌图县河段防洪安全评分

3.1 风险因子权重

根据防洪安全综合评价各要素之间的相对贡献率和专家评判意见，按照0.1-0.9标度准则构造多目标多层次优先判断矩阵如下：

防洪安全综合评价各指标权重利用文中所述相关公式求解，结果为：A-B∶(0.740，0.260)T，B1-C∶(0.313，0.280，0.245，0.162)T，B2-C∶(0.635，0.365)T，C1-E∶(0.314，0.219，0.264，0.203)T，C2-E∶(0.247，0.448，0.305)T，C3-E∶(0.193，0.446，0.361)T，C4-E∶(0.568，0.432)T，C5-E∶(0.474，0.526)T，C5-E∶(0.403，0.325，0.272)T。

3.2 防洪安全综合评价

依据专家现场调查获取的各风险因子赋分以及计算确定的各层次指标权重，利用文中所述公式(3)求解防洪安全综合评价组合权重，经加权运算确定综合评价值为86.160，详见表4。

按照已划分的防洪安全评价等级和综合评价值，辽河建昌县河段防洪工程达到较好安全水平。根据各风险因子综合评价值确定能够显著影响防洪工程安全的要素有：堤顶高程、保滩护堤、水位、风暴潮、渗控措施等，同时防洪安全还与堤基处理、生态防护、施工质量等因素紧密相关。该评价结果与防洪工程实际运行基本相符，可见综合考虑主、客观权重的组合方法提高了权重计算的合理性与可靠性，能够更加客观的反映专家意愿以及各参数信息的实际情况[10-12]

表4 辽河建昌县河段防洪安全综合评价值

4 结 论

1)文章以辽河建昌县河段防洪工程为例，考虑到该工程特殊的地理位置和环境条件，其长期受到滩涂围垦和风暴潮等不利因素的影响，通过总结工程实践和调查研究相关资料选择多项评价因子构建多目标多层次评价体系，各风险因子指标组合权重利用熵权法和改进模糊层次分析法求解，从而保证防洪安全评价的准确度和可靠性[13]。

2)充分考虑当地社会经济条件和防洪工程运行实际情况，结合堤防保护范围内的防洪标准、当地防洪治理发展规划以及辽河流域防洪目标要求等，将安全评价结果划分为4个等级，防洪工程的综合安全状况利用专家评分法获取的评价值评判，同时比较客观准确的确定各要素影响程度，可为科学化、定量化论证防洪工程加固和管理提供科学的指导[14]。