AHP模糊综合法在泥石流防治工程运行现状评价中的应用

张国信，刘兴荣，周自强，张座雄，贾雪梅

［关键词］ 泥石流拦挡坝；评价体系；AHP模糊综合法；等级分类

［摘要］ 对治理工程进行效果评价是保障泥石流沟道安全运行的重要环节。以陇南地区泥石流拦挡坝为例，通过野外调查获取了影响泥石流拦挡坝运行效果的变量信息，采用AHP模糊综合法，构建了包含4个要素层、13个指标层的综合评价体系，并对评价结果进行了量化分级，结果表明：陇南地区约94%的拦挡坝达到较优及以上级别，工程运行良好，应吸取成功经验；评价为较差及以下的拦挡坝约占6%，为带病运行或失效工程，需要重修或者加固，应引起高度关注。

［中图分类号］ P642.23［文献标识码］ A［文章编号］ 1000－0941（2023）06－0045－03

泥石流防治工程的研究多着重于防治前的参数选取和工程结构的更新，对防治工程运行状况的研究较少，以至于还未形成较成熟的、统一的泥石流防治工程评价方法。王念秦等[1-2]采用层次分析法建立了泥石流防治工程效果后评价指标体系；张文涛等[3]以2019年“8·20”泥石流为背景，结合现场考察，对四川汶川县卧龙幸福沟泥石流岩土防治工程的治理效果进行了分析和评价；陈宁生等[4]认为防治工程评价应较全面地考虑拦挡坝的拦蓄和调节泥石流固体物质总量及沟道微地貌的变化；丛凯等[5]认为FLO-2D软件在泥石流治理工程的评价方面具有借鉴和参考意义。以上研究主要针对流域内泥石流防治工程的整体效果进行评价，而针对单体工程运行状况进行逐一评价的研究较少。本研究使用0.1～0.9标度下的AHP模糊综合评价法，结合陇南市武都区泥石流防治工程的运行状况，构建了一套泥石流防治工程评价方法，旨在为单体工程评价提供理论依据。

1研究区概况

武都区位于甘肃省东南部的陇南市中部，属白龙江流域。气候由北亚热带半湿润向暖温带半干旱过渡，其垂直差异明显，区内雨量充沛，多集中于4—10月，尤其5—9月易发生强降雨或暴雨事件。武都区为西秦岭构造的中高山地，山高坡陡、河谷深切，地域内多见侵蚀和剥蚀地貌，脆弱碎屑岩广布[6]。地表裸露范围大，未裸露地表由棕壤、黄棕壤、暗棕壤、黄土和松散堆积物覆盖[7-8]。受湿润的季风气候影响和特殊的地质构造作用，武都区成为全国泥石流灾害多发区之一[9]。

自“5·12”汶川地震以来，武都区已多次实施泥石流治理工程[10]。治理模式主要为拦排结合，材料多采用浆砌石砌筑，少数采用混凝土或者钢筋混凝土浇筑。拦排结合的工程措施使泥石流快速形成水石分离，一方面降低了泥石流容重，削减了泥石流的破坏力，另一方面抬高了沟床基准面，减少了沟岸坍塌，改善了流域地质环境[11]。本研究以陇南市武都区54条沟道内167道拦挡坝为例，进行泥石流防治工程运行现状评价。

2评价模型

武都区的泥石流防治工程已经运行了10余年，降低了泥石流的含沙量和破坏力，达到了治理泥石流的目的。但经过长年累月的泥石流作用后，少数工程已被破坏，部分拦挡工程也局部或全部淤满。依据调查数据可知，39%的拦挡坝已淤满，26%的拦挡坝发生了不同程度的破损或基础下切。现状条件下这些工程是否还能达到防灾效果、是否需要增设加强工程、防治工程自身是否安全等问题，迫切需要一套科学、合理和可量化评价方法进行评估。本研究通过前期设计资料和现状调查数据对比分析，构建了泥石流防治工程运行现状评价指标体系，全面地评价了武都区泥石流防治工程的运行现状。

2.1指标体系的构建

本研究以2008年“5·12”汶川地震以来修建的拦挡坝为研究对象，涉及地理位置为104°34′25″～105°38′28″E、32°47′48″～33°42′25″N。以2019—2020年调查数据为基础，以资料收集、现场实测、访问调查及无人机辅助勘测等手段获取数据，对涉及的54条沟道进行了梳理。根据专家学者、泥石流危害区居民和管理部门的评分结果，最终构建了拦挡坝工程评价体系。其要素层涵盖了方案布局、施工概况、运行工况和运行效果4个方面，依次用X1、X2、X3和X4表示。根据拦挡坝不同阶段发挥的不同作用及特征，在4个要素层下又涵盖了13个指标层。其评价指标体系见表1。

2.2评价模型的建立

评价模型采用的是AHP模糊综合法[12-13]，判断值范围为0.1～0.9。

2.2.1构建判断矩阵

根据打分结果，分别对照判断赋值，构建相应的判断矩阵。要素层的判断矩阵为A=u11…u1i… u1m

ui1…uii…uim

um1 … umi…umm（1） 式中：A为m行m列的目標层判断矩阵；u为要素层判断值；i为要素层数，i=1，2，…，m。

指标层的判断矩阵公式为 Xi=v11…v1j…v1n

vj1…vjj…vjn

vn1…vnj…vnn（2）式中：Xi为n行n列的要素层判断矩阵；v为指标层判断值；j为指标层数，j=1，2，…，n。

2.2.2求取指标分量及暂时权重

矩阵行向量相乘， 张国信等：AHP模糊综合法在泥石流防治工程运行现状评价中的应用得到指标所占分量，公式为Ui=Πmb=1uib（3）

Vij=Πnc=1vjc（4）通过指标所占分量比重获取暂时权重：Wi=Ui/∑mi=1Ui（5）

Lij=Vij/∑nj=1Vij（6）式中：Ui为要素层各项要素所占分量；Vij为指标层各项指标所占分量；Wi为各要素层暂时权重;Lij为指标层暂时权重。

2.2.3求取最终权重

要素层和指标层所占分量两两相乘，可得到指标层的最终权重，公式为Wij=Wi×Lij（7）式中：Wij为指标层的最终权重值。

经计算得出拦挡坝指标层的权重，见表2。

2.2.4求取模糊评价值

泥石流防治工程运行现状评价由模糊评价值决定，其值越高，说明运行效果越好。求取模糊评价值公式为Kij=Wij×Q（8）式中：Kij为治理工程量化评价值；Q为拦挡坝对应指标层调查值，由专业人员或管理人员打分获得，分为3个等次，即调查结果优秀（外观无破损且防御功能强）打3分，中等（外观有破损但仍有防御功能）打2分，差（失去防御功能）打1分。

3评价与分析

3.1分类等级划分

本研究使用AHP模糊综合法进行了拦挡坝防治工程运行情况的评价，对式（8）的评价结果进行了分类，分类间距以等间隔为准，取0.28。再按评价结果进行了分类，将防治工程效果归纳为5个不同等级，依次为差、较差、较优、优和最优。统计结果见表3。

3.2拦挡坝工程效果评价与分析

由表3可知，拦挡坝工程最优的涉及缠坡沟、东江水沟等47条沟的123座坝，占调查拦挡坝的73.7%，此类拦挡坝治理效果突出，当地群众评价高，属于精品工程，要作为学习、推广和科学研究的重点，只要定期进行巡查即可；拦挡坝工程评价优的涉及清水沟、燕儿沟等15条泥石流沟的32座坝，占调查拦挡坝的19.2%，此类拦挡坝工程治理效果较好，能达到治理目的，但存在一定不足，属于能正常运行工程，要加大运行监管力度，尤其要加强雨季巡查；拦挡坝工程较优的涉及甘家沟、马槽沟等2条沟的2座坝，占调查拦挡坝的1.2%，是临界失效工程，此类拦挡坝仍有防治功能，但局部有破损，工程自身具有较大安全隐患，需要及时修复；拦挡坝较差的涉及泥湾沟、马槽沟等2条沟的7座坝，占调查拦挡坝的4.2%，此类拦挡坝防治功能已明显不足，需要增加辅助设施和进行坝体修复，属于带病工程；拦挡坝工程差的涉及泥湾沟的3座坝，占调查拦挡坝的1.7%，此类拦挡坝结构已损毁，已失去防治泥石流功能，需要重建，属于失效工程。

在拦挡坝现状运行中需要重点关注的是评价为较差和差的2个等级，占调查拦挡坝的5.9%，要增加辅助设施、修复或者重新治理。如两水镇泥湾沟1～6号拦挡坝性能综合评价为差或较差，主要原因为灾害机理认知度差，参数取值不合理，加上实施难度大，导致设计结构不合理、工程安全性低，已失去拦挡性能，当地居民不满意。综合评价泥湾沟坝体受损严重，应重新治理。

4结论

本研究使用工作人员现场调查和访问的数据，构建了陇南市武都区泥石流工程现状运行评价指标体系，该体系由防治工作的方案布局、施工概况、运行工况和运行效果4个方面组成，采用AHP模糊综合法进行评价，从而获得泥石流防治工程指标体系结果值，得出以下结论：

（1）工程评价体系涵盖了4个要素层、13个指标层，较全面地覆盖了泥石流防治工程评价指标。

（2）评价结果表明陇南市武都区泥石流防治工程现状约94%为较优及以上，约6%为差和较差。

（3）采用AHP模糊综合法得出的评价结果与实际调查较吻合，能较好地评价和预测泥石流治理工程的运行工况，也能较好地优化泥石流治理工程设计方案和完善运行工程的管理措施。

［参考文献］

［1］ 王念秦，韩波，庞琦，等.泥石流防治工程效果后评价初探[J].工程地质学报，2015，23（2）：219-226.

［2］ 张雪燕，薛炳勇，王维早，等.陇南燕儿沟泥石流工程治理及效果评价[J].人民长江，2017，48（17）：72-76.

［3］ 张文涛，柳金峰，游勇，等.北川-汶川地区泥石流拦砂坝运行效果分析[J].兰州大学学报（自然科学版），2021，57（3）：395-401.

［4］ 陳宁生，周海波，卢阳，等.西南山区泥石流防治工程效益浅析[J].成都理工大学学报（自然科学版），2013，40（1）：50-58.

［5］ 丛凯，李瑞冬，毕远宏.基于FLO-2D模型的泥石流治理工程效益评价[J].西北地质，2019，52（3）：209-216.

［6］ 侯燕军.甘肃省陇南市武都区北山泥石流灾害成因分析及防治措施[J].甘肃科技，2010，26（21）：55-57.

［7］ 柳金峰，黄江成，欧国强，等.甘肃陇南武都区泥石流易发性评价[J].中国地质灾害与防治学报，2010，21（4）：8-13，21.

［8］ 孟兴民，陈冠，郭鹏，等.白龙江流域滑坡泥石流灾害研究进展与展望[J].海洋地质与第四纪地质，2013，33（4）：1-15.

［9］ 张奎，贾贵义，张伟，等.陇南市北山泥石流特征及防治技术[J].甘肃水利水电技术，2013，49（1）：10-14，56.

［10］ 刘兴荣，周自强，董耀刚，等.泥石流拦挡坝破损分析及优化对策：以陇南市武都区为例[J].山地学报，2020，38（3）：473-482.

［11］ 张楠.舟曲三眼峪沟泥石流灾害形成机理及综合防治研究[D].武汉：中国地质大学，2018：11.

［12］ 杨磊磊，卢文喜，黄鹤，等.改进内梅罗污染指数法和模糊综合法在水质评价中的应用[J].水电能源科学，2012，30（6）：41-44.

［13］ 孙博，肖汝诚.基于层次分析-模糊综合评价法的桥梁火灾风险评估体系[J].同济大学学报（自然科学版），2015，43（11）：1619-1625.

［作者简介］ 张国信（1987—），男，甘肃静宁人，助理研究员，硕士，研究方向为地质灾害防治；通信作者刘兴荣（1979—），男，甘肃靖远人，研究员，硕士，研究方向为地质灾害防治。

［收稿日期］ 2022-05-07

（责任编辑杨傲秋）