增建船闸导流建筑物级别研究

陈锦宏 广西西江集团投资股份有限公司桂平郁江电厂

1.长洲水利枢纽三线四线施工导流建筑物

长洲水利枢纽三、四线船闸工程,位于长洲水利枢纽工程外江的右岸台地上。原长洲水利枢纽工程为一等工程，大（1）型工程规模，主要建筑物为2级。设计院依据《船闸总体设计规范》以及《船闸水工建筑物设计规范》，长洲水利枢纽三、四线船闸为Ⅰ级船闸，闸首、闸室为1级，临时建筑物为4级。考虑与原枢纽的挡水建筑物级别一致，三、四线船闸闸首、闸室取2级，导航墙、靠船墩等建筑物取3级，临时建筑物取4级。

根据上述规定确定有关工程及建筑物级别后，设计院根据《水利水电工程施工组织设计规范》的规定，按围堰保护对象、失事后果、使用年限及工程规模等确定，施工导流建筑物级别取IV级。

西江干流上的贵港二线船闸、西津二线船闸等增建船闸的导流建筑物大体采用了上述设计思路。此设计思路未对《船闸总体设计规范》、《船闸水工建筑物设计规范》和《水利水电工程施工组织设计规范》两个体系的规范是否一致，有关规定、结论是否可以互相通用做说明分析，亦未考虑增建船闸和水利水电工程在等（级）别划分的差异。以下用改进层次分析法（IAHP）对此问题进行研究讨论。

2.船闸等级和水利水电工程等别之间的关系

船闸规范根据设计最大船舶吨级将船闸级别分为Ⅰ～Ⅶ级。水利规范从水库总库容、防洪、治涝、灌溉、供水、发电等7类功能或效益指标划分了Ⅰ～Ⅴ等。为了应用改进层次分析法找出两本规范划分的等级之间的联系，假设水利规范等别划分7个指标中的发电（装机容量）指标和表船闸规范的船舶吨级从Ⅰ至Ⅴ及一一对应（亦可以假定与水库库容指标一一对应，这并不影响比较的分值的计算。Ⅴ级以下的船闸不在本次对比范围内），3000吨Ⅰ级船闸的分值为30分，以此类推Ⅱ至V级分别为20、10、5和3分，则表水利规范中的中I至V等发电这一项指标分别30、20、10、5和3分。

水利规范中，水库总库容和发电（装机容量）这两个指标与水利水电工程等别关系最为密切，水库总库容是决定了流域区域的防洪、灌溉范围和发电等功能的直接因素；装机容量则是以发电为主的水利工程直接追求的效益指标，是项目财务评价和经济评价的关键，是项目立项的决定性指标。两者应列为以发电为主的水利工程等级划分的关键性指标，互相影响，同等重要。

另外五个指标则是工程建成以后发挥的附属功能，对以发电为主的水利工程而言，应列为非关键性指标，重要性低于水库总库容和发电装机容量。保护成镇的重要性一般而言要大于保护农田，同时为了简化计算，假设保护农田，治涝，灌溉，供水等附属功能重要性程度一致（本处假设对计算结果影响不大），根据上述分析，拟定与水利规范等别划分有关的7个指标的重要性程度为：

水库总库容=发电（装机容量）＞保护城镇＞保护农田=治涝=灌溉=供水。

下面利用IAHP法用于确定上述指标权重，以下介绍IAHP法基本原理与方法。层次分析法在应用过程中存在两个问题，一是标度多，给元素之间的对比增加难度，二是要进行一致性检验，在应用中，一般都凭着大致的估计来调整判断矩阵，因此带有一定的盲目性，而且不能排除需经过多次调整才通过一致性检验的可能性。而改进层次分析法（IAHP）很好的解决了上述两个问题。

IAHP方法采用-1，0，1三个标度，能使得决策者很容易做出比较判断，避免不易确定标度的臆断性。同时，利用最优传递矩阵的概念，对AHP进行改进。该方法先采用自调节方式建立比较矩阵，然后将其转化成一致性判断矩阵，不需要进行一致性检验，使之自然满足一致性要求，直接求解得到导流方案各目标的权重值。采用IAHP法，大大减少了导流方案决策中目标权重的计算工作量和盲目性，使得目标权重计算简捷、实用、准确。

改进层次分析法（IAHP）计算步骤

步骤一：构造判断矩阵，用1、0和-1三个标度作为各因素之间的比较值，得Cij，如下：

步骤二：

表1 判断矩阵构造

表2 水利水电工程相对于船闸工程分级指标分值

求最优传递矩阵Oij=（Oij）n×n，其中

步骤三：求一致性矩阵A=（aij）n×n，其中：

A是一致性矩阵，不需要进行一致性检验。潘吟和吴望名在《反对称阵的最优传递矩阵》证明了上述各步骤的数学原理。

以下为计算过程和结果：

步骤一：见表1。

构造判断矩阵C=(Cij)n×n

步骤二：求最优传递矩阵Oij=（Oij）n×n

步骤三：求一致性矩阵A=（aij）n×n，

步骤四：求A=(aij)n×n的特征向量作为各因素的权重，采用方根法进行计算，具体求解过程如下。

（1）计算A 每一行元素乘积，结果为：

（2）计算n次方根：

（3）归一化：

归一化的计算值即为水库总库容、保护城镇、保护农田、治涝、灌溉、供水对象和发电装机容量的权重。以各等别发电装机容量指标的分值为基础，计算其余各指标分值，见表2。

汇总计算后与船闸工程分值对比见表3。

从表3可知，水利水电工程同样等别的分值远高于船闸工程。

3.结论

根据表3的计算结果，以水利水电工程的分值为基础，其等别与船闸工程级别的对应关系分别为：Ⅲ～Ⅰ，Ⅳ～Ⅱ，Ⅴ～Ⅲ（水利水电工程仅划分5级，5级之后不做比较）。根据上述等别与级别对应关系，水利水电工程与船闸工程的建筑物级别对应关系分别为：3～1，4～2，5～3。

根据上述结论，Ⅰ级船闸的1级建筑物对应水利水电工程的Ⅲ等工程3级建筑物。根据水利水电工程施工组织设计规范，保护Ⅲ等工程3级建筑物的导流建筑物级别在其他指标不变的情况下应为5级建筑物，比设计院按《船闸水工建筑物设计规范》（JTJ307-2001）选定的4级建筑物第1级。

上述结论说明了增建船闸施工导流标准可能偏高，存在优化的可能性，因此在增建施工导流的设计中应充分考虑这两类工程的特性差异，避免设计标准过高而增加不必要的投资。