基于模糊层次分析法的水利工程项目方案优选设计

2017-03-08王斌

黑龙江水利科技 2017年12期

王斌

(连云港市赣榆区水利局，江苏连云港 222100)

近年来，随着城市发展的需要，水利工程项目的建设逐渐扩大。面对复杂多变的水环境及较高的建设要求，其工程方案的慎重选择显得尤为重要。常见的工程比选方法即从工程内容、建设规模、施工条件、工程投资等方面，多方面同时比较[1]。该方法的优点为对各方案的整体概况一目了然，缺点为比选因素较多，不能突出重点影响因子，容易给选择者造成选择困难[2]。可见在大多数情况下，利用传统简单的方案比较方法，不能有效地筛选出对工程有利的最佳方案。然而，随着模糊分析方法发展，模糊层次分析方法的诞生，可以较好的处理多因素比选问题，该方法可实现非定量因素的比选，采用对分析目标进行分层分组的处理手段，进而可以对水利工程中一些设计方案进行更加有效的评选。目前，由于可以较好的反映影响因子间的本质关系，该方法已经在一些领域中得到了广泛的应用，尤其在较大工程项目方案决策方面具有重要意义。

文章主要介绍模糊层次分析法的基本原理及研究步骤，并将该方法应用于某堤防防渗处理及农沟设计方案优选中，分析了4种堤防防渗方案设计，及某农沟的排涝模数和流量测算设计，并确定相关横断面和纵断面部分设计。

1 模糊层次分析方法基本原理

模糊层次分析法是一种集合定性与定量分析为一体的系统分析模式，该方法具有较高的逻辑性，系统性与实用性。

1.1 模糊层次分析方法核心内容

模糊层次分析法是一种定性分析和定量分析相结合的多目标决策方法，能够有效地综合分析决策者的判断及因素之间的重要性。该方法采用明确问题、确立分析结构、设置判别阵列、层次单系列和总序列方式设计组合权重，可得多种可行方法的综合评判值。在模糊集合理论与基准的基准上构建模糊一致阵列，并将下层元素对上层元素的重要度完成两两对照，因而可得模糊阵列。模糊阵列首先需要构建互补阵列，并对互补阵列完成按行求取和值的方式。

1.2 模糊层次分析方法研究步骤

通过分析水利工程的常见事故原因，发现其安全性影响因素众多。根据各种因素对工程项目安全性的影响程度，确定其主要的影响因素包括功能复杂性、方案有效性、结构复杂性、技术水平、施工质量、后期维修保养程度及工作载荷等。鉴于以上众多的影响因素，根据设计人员对工程方案的模糊综合评分，进而层次分析法可以确定各影响因素之间的权重，制定出相应工程方案可行性影响因素对比评分表，以便于设计人员进行评分。具体研究步骤如下。

模糊层次分析结构模型首先应当对问题进行解析，确定评判指标，并将各个指标所包含的因子分层。设定第一层为目标层级，采用层次分析总排序方式测算方案各个因子的相对权值，即选取最优设计方案；第二层为准则层，为评判的指标模型，采用单排序方式进行排列优选；第三层为方案层，即指多个可以选择的水利项目设计方法，同样采用单排序方式进行排列优选。通过获取的权值，依据大小次序排列，最终获得最优方案。具体分析流程详见图1。

图1 模糊层次分析方法应用流程图

2 工程应用

2.1 堤防防渗方案优选设计

经初步论证之后，确定四组防渗对比方案：多头小直径的深层搅拌桩方案、垂直铺塑的方案、高喷型灌浆方案、混凝土防渗墙设计方案。综合堤防特征与技术标准，对4个方案完成优选决策，模式如下：

构建综合评判指标模型，能够衡量方案的优劣如防渗作用，技术可行度，工程整体投资，环境作用与功效等因素；依据专家建议值构建模糊评判体系，进而将模糊互补阵列转换为模糊一致阵列；设定层次单层排序模式，依据准则层将各个因子权值进行设定，并采用渠道纵横断面测算填挖土方的工程状况。

2.2 农沟排涝模数优选设计

目前多数需要构建排水沟渠的区域，常将农田积水从农沟排放到斗沟，进而从斗沟排放到主干排水沟渠中。采用模糊层次分析方法，整个项目的排涝标准选取10a一遇3d内暴雨，并将雨后3d排水到淹没农作物的深度。由于该区域积水面积不大，洪峰的流量往往通过3d内暴雨所构成，因而通过3d暴雨雨历并将点雨量替代面雨量。结合区域变差参量，线模比值获取排洪捞模参量。

2.3 农沟流量测算及断面优选设计

流量测算往往依据汇水面积与排涝流量把农沟划分为A与B两个型号，采用模糊层次分析方法，分别对A型和B型农沟进行分析测算排涝流量，依据汇水面积与排涝流量把划分农沟，斗沟，确定农沟整体排涝流量。

横断面设计主要参考典型斗沟断面形式，并依据相关标准，采用模糊层次分析方法，斗沟选用混凝土衬砌的方式，农沟则采用土质沟衬砌的方式。使其新建与改建的斗沟、农沟，均采用相同的断面形式。通常在测算的过程中将斗沟和农沟的渠底比值降低1/995，斗沟则通过混凝土衬砌的方式，粗糙系数采用0.023，农沟则通过土质沟的模式，粗糙系数采用0.026-0.031。斗沟边坡参量选取0.52，农沟是土质沟，并设置边坡参量，底宽，超高参量。

纵断面设计主要以新建的农沟为主测算相关排涝水位，依据新建农沟的长度、沿程水头损失等进行测算，以此确定排水沟的纵断面尺度。