趙 提

(新民市金緣水利水建工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110300)

1 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

1.1 圍堰導(dǎo)流方式影響因素

圍堰的選擇主要取決于導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量、水位變幅、洪枯流量比等因素，其中不過(guò)水和過(guò)水圍堰導(dǎo)流方式選擇的決定性因素為洪枯流量比。山區(qū)性河流存在水位變化顯著、洪枯明顯的特點(diǎn)，河道汛期流量大且歷時(shí)短，而非汛期歷時(shí)長(zhǎng)且流量較小。根據(jù)現(xiàn)有的基坑淹沒(méi)導(dǎo)流方式及圍堰統(tǒng)計(jì)資料，不過(guò)水導(dǎo)流方式通常應(yīng)用于洪枯流量比不超過(guò)20的河流，過(guò)水導(dǎo)流方式往往應(yīng)用于洪枯流量比超過(guò)50的河流，結(jié)合實(shí)際情況合理判斷洪枯流量比在20～50的導(dǎo)流方式[1-4]。水位變幅在很大程度上決定著圍堰導(dǎo)流方式的選擇，結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不過(guò)水圍堰比較適用于水位變幅不超過(guò)6 m的河道，過(guò)水圍堰一般適用于變幅超過(guò)12 m 的河道。相對(duì)而言，河道來(lái)水流量對(duì)圍堰導(dǎo)流方式的影響較低，過(guò)水圍堰通常適用于來(lái)水量非常小的河流。然而，河道來(lái)水流量對(duì)淹沒(méi)基坑導(dǎo)流方式的影響較為明顯。不同因素條件下圍堰導(dǎo)流方式的優(yōu)選區(qū)間，如表1。

1.2 評(píng)判模型

本文采用有效度和置信度準(zhǔn)則合理選擇不過(guò)水或過(guò)水圍堰導(dǎo)流方式，該方法較以往判定法有所創(chuàng)新，能夠保證圍堰導(dǎo)流優(yōu)選的準(zhǔn)確性、可靠性，其實(shí)現(xiàn)流程為：

表1 圍堰導(dǎo)流的優(yōu)選區(qū)間

(1) 構(gòu)造因素集。集成各影響因子構(gòu)造圍堰導(dǎo)流因素集U：U={u1,u2,…,um}，其中ui(i=1，2，…，m)代表圍堰導(dǎo)流的參評(píng)因素。

(2) 構(gòu)造目標(biāo)集。結(jié)合圍堰導(dǎo)流評(píng)語(yǔ)構(gòu)造目標(biāo)集V：V={v1,v2,…,vn}，其中vj(j=1，2，…，n)代表對(duì)應(yīng)于各評(píng)語(yǔ)的評(píng)價(jià)等級(jí)，由此構(gòu)造的評(píng)判模型如表2。

表2 梯階層次模型

(3) 確定權(quán)重集。根據(jù)權(quán)重集反映評(píng)價(jià)結(jié)果受各影響因子的重要度，從而構(gòu)造權(quán)重集A：A={a1,a2,…,am}，其中ai(i=1，2，…，m)代表不同因素的相對(duì)重要度。目前，比較常用的權(quán)重計(jì)算法有層次分析法、二元比較決策法、等加權(quán)、熵值法等，條件允許時(shí)還可選擇專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法。本文利用1～9標(biāo)度法兩兩比較不同指標(biāo)的重要程度，并以此構(gòu)造相應(yīng)的判斷矩陣，標(biāo)度準(zhǔn)則如表3。

表3 標(biāo)度準(zhǔn)則

設(shè)rij、ui代表評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度和圍堰導(dǎo)流影響因素，則按照各等級(jí)構(gòu)造對(duì)應(yīng)于每個(gè)因素的評(píng)價(jià)集R，即：

(1)

(4) 重要度排序。通過(guò)求解判斷矩陣確定各層次因素相對(duì)于上一層級(jí)因素的相對(duì)重要度，并按照標(biāo)度準(zhǔn)則評(píng)判n個(gè)因素C1、C2、…、Cn的權(quán)重，求解矩陣A的最大特征根。經(jīng)歸一化處理非零特征根p所對(duì)應(yīng)的特征向量獲取一致矩陣的權(quán)向量，最大特征根λmax對(duì)應(yīng)的特征向量即為非一致矩陣的權(quán)向量W，其約束條件為：

AW=λmaxW

(2)

對(duì)不過(guò)水和過(guò)水圍堰導(dǎo)流方式利用以上公式構(gòu)造A～U判斷矩陣，結(jié)果如表4。

表4 判斷矩陣

(5)一致性檢驗(yàn)。采用判斷矩陣數(shù)學(xué)化、定量化轉(zhuǎn)換評(píng)審專(zhuān)家意見(jiàn)時(shí)，為準(zhǔn)確衡量評(píng)判矩陣的偏離一致性程度，利用除最大特征根以外的其他特征值的平均值CI(一致性指標(biāo))，其表達(dá)式為：

(3)

CR=CI/RI

(4)

式中：CI、RI為不同階數(shù)矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)和離散一致性程度指標(biāo)，矩陣一致性程度隨CI值的減少而增強(qiáng)，按照表5確定相應(yīng)的RI值；CR為比率值，n為矩陣階數(shù)。

表5 離散一致性指標(biāo)值RI

判斷矩陣符合一致性檢驗(yàn)要求的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為CR<0.100，如果符合該條件則層次排序科學(xué)合理；若不符合該條件則重新調(diào)整判斷矩陣，直至符合檢驗(yàn)要求。經(jīng)一致性檢驗(yàn)，過(guò)水圍堰導(dǎo)流方式的判斷矩陣最大特征根λmax=3.022，CI、RI、CR值依次為0.016、0.560、0.031，符合CR<0.100的檢驗(yàn)要求，該條件下所求解的特征向量W的分項(xiàng)就是各參評(píng)因子權(quán)重，即A=(0.257，0.635，0.108)。

(6) 確定隸屬函數(shù)。將其他各項(xiàng)指標(biāo)和恩格爾系數(shù)的相對(duì)隸屬度分別利用“升半梯形”“降半梯形”隸屬度函數(shù)進(jìn)行求解，并采用下式揭示上、下限分布規(guī)律，即：

(5)

(6)

采用單因子模糊評(píng)價(jià)和權(quán)重子集A綜合確定模糊綜合評(píng)價(jià)集B，其數(shù)學(xué)公式如式(7)：

(b1,b2,…,bn)

(7)

式中：bj(j=1，2，…，n)為圍堰導(dǎo)流方式綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

遵循最大隸屬度準(zhǔn)則確定水利工程圍堰導(dǎo)流的最終評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

遼寧省雙臺(tái)子河閘工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇，堤防級(jí)別1級(jí)，干砌石護(hù)坡、草皮護(hù)坡設(shè)置于圍堰導(dǎo)流迎水坡下半段和上半段，外側(cè)面設(shè)置大方腳拋石護(hù)坡；背水面外側(cè)建成石渣平臺(tái)且為干砌塊石界墻，以沙壤土回填背水坡。洪枯流量比25，最大水位變化1.82 m，導(dǎo)流按照10 a一遇設(shè)計(jì)流量3120 m3/s。該圍堰導(dǎo)流工程存在投資額度高、工期長(zhǎng)、工程量大的特點(diǎn)，導(dǎo)流方式的合理選擇直接決定著后期的施工組織設(shè)計(jì)和工程項(xiàng)目的順利開(kāi)展[5-8]。導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)需要充分考慮水利工程的外界環(huán)境、水文特征、地貌條件等因素，并按照一定的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)分析汛期水流情況選擇合適的導(dǎo)流方案，施工建設(shè)人員還要確保水流量檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性。

2.2 結(jié)果分析

采用層次分析法計(jì)算各因子權(quán)重，由此構(gòu)造的權(quán)重集A=(0.257，0.635，0.108)，結(jié)合單因素判斷矩陣和隸屬度函數(shù)確定u11、u12、u21、u22、u31、u32，依次為0.66、0.34、0.18、0.82、0.55、0.45。然后利用公式B=A·R構(gòu)造模糊數(shù)學(xué)評(píng)判模型，即B=(0.328，0.672)，考慮最大隸屬準(zhǔn)則確定b*=0.672。可見(jiàn)，淹沒(méi)基礎(chǔ)的導(dǎo)流方式在該圍堰導(dǎo)流工程中具有較好適用性與可行性。

3 結(jié) 論

(1) 考慮最大隸屬準(zhǔn)則確定b*=0.672，可見(jiàn)淹沒(méi)基礎(chǔ)的導(dǎo)流方式在該圍堰導(dǎo)流工程中具有較好適用性與可行性。對(duì)于不確定性、模糊性問(wèn)題的處理模糊綜合法具有較強(qiáng)的適用性，能夠簡(jiǎn)單、明確的處理多因素復(fù)雜問(wèn)題，為圍堰導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)及其方案優(yōu)選提供科學(xué)依據(jù)。

(2) 為創(chuàng)設(shè)良好的施工條件應(yīng)做好水利工程施工導(dǎo)流與圍堰工作，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的圍堰技術(shù)和導(dǎo)流方案。此外，為促進(jìn)水利事業(yè)的發(fā)展和提升工程建設(shè)水平，還要不斷加強(qiáng)新型基礎(chǔ)創(chuàng)新、先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和人才培養(yǎng)等。