库岸整治工程防洪安全评价指标体系初步研究

2017-12-05

水利水电快报 2017年11期

(1.长江科学院河流研究所，湖北武汉 430010；2.中交上海航道局有限公司，上海 315200； 3.扬子江工程咨询有限公司(湖北)，湖北武汉 430010)

元媛1黄继刚2张细兵1周晖3王敏1

(1.长江科学院河流研究所，湖北武汉430010；2.中交上海航道局有限公司，上海315200； 3.扬子江工程咨询有限公司(湖北)，湖北武汉430010)

针对目前三峡库区岸线开发利用与河道管理现状，通过总结大量库岸整治工程项目防洪评价，从目标层、准则层和指标层出发，建立了包括工程设计、河势稳定、防洪库容占用、行洪畅通、防洪标准的适应性、水利规划及其他影响6个方面共18个指标的库岸整治工程防洪安全评价指标体系。综合考虑各指标的重要性，筛选出堤线布置、结构型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占防洪库容、行洪面积侵占率、最大壅水高度、防洪标准适应性共7个主评指标，分三峡库区宽谷段和窄谷段给出了相应指标的权重。采用层次分析法建立了防洪安全指标层次结构模型，并结合工程实例，通过计算能够反映库岸整治工程防洪安全度的综合评价指数，验证了该方法体系的适用性。

库岸整治；防洪；评价指标；生态治理

库岸综合整治项目的实施，有效地稳定了库岸，改善了消落区环境，促进了库区经济社会可持续发展。库岸整治项目在保障三峡库区沿江两岸城镇安全、促进经济社会发展与生态文明建设的同时，也一定程度上占用了三峡水库的防洪库容，缩窄了河道行洪面积，对三峡水库防洪效益的发挥和库区的防洪安全带来一些影响。因此，迫切需要对库岸整治与防洪安全的相关影响进行深入研究。

在河道管理范围内修建涉河工程项目，需要编制防洪评价报告，以得到涉河建设项目对防洪影响的定性或定量结果，但其影响程度并没有定量的、规范化标准。因此加强对涉河建设工程的防洪评价指标研究，可减少涉河建设工程在审批、管理过程中存在的任意性，有利于防洪评价工作标准化、定量化和规范化[1]。

目前，国内关于河流健康、水环境、水资源、防洪安全等多方面评价指标体系研究颇多[1-11]，但关于库岸整治工程防洪安全评价指标的研究却很少。通过建立库岸整治工程防洪安全评价指标体系，可综合评价库岸整治工程对防洪安全的影响，为工程设计和管理部门的决策提供科学依据，最终指导岸线开发利用、保护与管理，具有重要的研究意义。该研究在总结大量库岸整治工程项目防洪评价的基础上，分目标层、准则层和指标层建立了库岸整治工程防洪安全评价指标体系，选用可将定性分析与定量分析相结合的层次分析法来确定指标权重，最后结合工程实例验证了该方法体系的适用性。

1 评价指标体系的建立

1.1 指标选取原则

为了实现建立库岸整治工程防洪安全评价指标体系的目标，即维护防洪安全，促进岸线整治利用与防洪安全的和谐统一，评价指标的选取应遵循以下原则：①科学性原则;②系统性原则;③独立性原则;④适用性原则;⑤可操作性原则;⑥定性与定量相结合的原则。

具体而言，指标体系应能满足如下条件：①真实地反映库区的基本特征，能较好地度量库岸综合整治工程对防洪安全的影响；②指标体系要系统而全面，能够从防洪安全涉及的不同方面表征库岸综合整治工程的影响；③不同评价指标之间要有一定的独立性，参数便于获取，有较强的可比性，难以量化的重要指标可以通过定性描述；④指标要有较强的适用性，能适应不同河段上不同类型的库岸整治工程。

1.2 指标体系层次

考虑不同库岸整治工程类型，该研究将整个指标体系分成3个层次，即目标层、准则层和指标层(图1)。

图1 库岸整治工程项目防洪安全评价指标体系结构

(1) 目标层。库岸整治工程防洪安全评价的目的在于综合评价库岸整治工程对防洪安全的影响，为工程设计和管理决策提供科学依据，最终指导岸线开发利用、保护与管理。

(2) 准则层。分为工程设计、河势稳定、防洪库容、行洪畅通、防洪标准、水利规划及其他影响6个方面。稳定的河势是库岸综合整治工程项目建设的前提。库岸整治工程大多分布在沿岸城镇，设计之初坚持“严格控制占用库容，项目尽量少占库容”的原则。具体实施中，有的工程能做到不占用三峡水库库容，有的工程通过库容补偿能做到不占用三峡水库库容，但受建设条件限制，仍有许多工程不同程度地占用了三峡水库库容。库岸整治工程项目的建设不得妨碍河道的行洪通畅，需与防洪标准、水利规划相符合，同时还应分析工程建设对第三人合法水事权益、防汛抢险的影响及施工期影响等。

(3) 指标层。对应准则层的具体评价指标，表述各个分类指标的不同要素，通过各方面的影响状况来对防洪安全整体状况进行评价，以达到维护防洪安全的目标。

1.3 指标的选取及含义

对库岸整治工程的评价，应兼顾防洪、航运、景观、生态等多方面的目标，指标众多。该研究仅从防洪方面，参考河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制中涉河建设项目的评价内容，初步提出以下18个评价指标，主要包括：库岸整治工程的堤线布置、库岸整治工程的结构型式、河势条件、河岸岸坡坡比、岸坡稳定影响、流场影响指标(包括流速、流向影响)、防洪库容影响、行洪能力指标(包括行洪河宽和行洪断面侵占率)、壅水影响指标、防洪标准适应性、水利规划适应性(包括所在河段防洪规划、岸线规划、河道整治规划等)、第三人合法水事权益影响、防汛抢险影响、施工期影响等。

堤线布置在库岸整治工程设计中至关重要。从以往的实践经验来看，堤线布置需考虑对防洪的影响，结合地形尽量顺应自然河势，采用直线和圆弧力求平顺连接。在满足行洪和保护库岸的前提下，尽量少占三峡水库防洪库容。盲目地截弯取直，采用折线或急弯，不仅会造成河道的人工渠化，还有可能增大河道断面过水面积缩窄率，占用较多的三峡水库防洪库容，对工程所在河段的河势稳定和河道行洪产生不利影响，因而在评价库岸整治工程的防洪影响时，工程的堤线布置不可忽视。此外，从三峡库区实践应用情况来看，库岸整治工程主要结构型式主要包括：直立式(墙式)护岸、斜坡式护岸以及复合式护岸(直立式挡墙和斜坡式护岸的结合)。不同的工程型式对防洪库容的影响不同，对工程前沿近岸流速影响也存在差异。因而在评价库岸整治工程的防洪影响时，需考虑工程的结构型式。

1.4 指标赋值标准

评价指标赋值受多种因素的影响，其确定过程较为复杂。同一指标，在不同的河流，评价标准可能不同，即使是同一条河流，不同河段也可能存在差别。此外，评价标准还会随着时空的变化而变化。该研究参照国内外类似评价指标体系的评价标准，结合定性与定量分析，以长江三峡库区为例给出了评价指标的赋值标准(见表1)。

2 评价方法

2.1 评价模型

层次分析法是美国运筹学家T.L.Saaty等人在20世纪70年代中期提出的一种定性和定量相结合的，以及系统性、层次化的多目标决策分析方法[12]。该方法将决策者的经验判断定量化，增强了决策依据的准确性。考虑层次分析法具有简洁、实用的特点，能较好解决复杂系统中多层次、多结构、单目标问题，库岸整治工程防洪安全评价模型采用了该方法，综合评价指数按下式计算：

表1 库岸整治工程项目防洪安全评价指标及其刻度值(以三峡库区为例)

式中，λi为第i个准则层所占权重，共n个准则层；λij为第i个准则层选取的第j个指标在该准则层中所占的权重，该准则层共mi个指标；Mij为第i个准则层的第j个指标的评分值。

关于权重的确定，主要包括以下两类手段：①根据实践经验和主观判断确定权重；②以各种数学方法为主来确定权重。该研究选用可将定性分析与定量分析相结合的层次分析法来确定权重，其内涵是将每一层次的相对重要性定量化，再利用数学方法确定全部元素相对重要性次序的权重系数。

值得注意的是，评价权重值会随时空的变化而变化，只在一定的条件下为不变值。当某评价指标对防洪安全起着关键作用时，可作为一票否决指标，即评价指标得分为0，则防洪安全评价的综合得分直接为0。此外，当某项准则或评价指标不存在时，应剔除该准则或指标后，重新确定剩余准则或指标的权重系数。

2.2 防洪安全评判

可根据以上公式计算得到的综合指数对库岸整治项目的防洪安全影响状况进行评价，综合指数越大，防洪安全度越高。将评价结果划分为4级：Ⅰ级，综合指数为 0.8～1.0，防洪安全度高，对防洪安全影响很小；Ⅱ级，综合指数为 0.6～0.8，防洪安全度较高；Ⅲ级，综合指数为 0.4～0.6，防洪安全度低；Ⅳ级，综合指数lt;0.4，防洪安全度很低。当综合指数或单指标得分较低时，可采取补救措施，并与库岸整治项目建设同步实施。

3 实例分析

通过上文分析，初步提出了包括1个目标层、6个准则层和18个指标层共3个层次的库岸整治工程防洪安全评价指标体系。综合考虑各指标的重要性，筛选出堤线布置、结构型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占的防洪库容、行洪面积侵占率、最大壅水高度、防洪标准适应性共7个指标作为库岸整治工程防洪安全评价的主评指标。

3.1 各分层指标权重的确定

根据层次分析法要求，通过专家咨询并结合大量库岸整治项目防洪评价经验判断，按结构图的层次结构关系进行判别比较，计算出各指标的权重。表2与表3给出了三峡库区宽谷段和窄谷段7个主评指标权重计算时的判断矩阵及权重计算结果。可以看出，考虑到库岸整治工程防洪影响评价时，应首先评价防洪标准适应性，因而其权重值最大；此外，每公里侵占

表2 三峡库区防洪安全评价总矩阵及权重计算结果(宽谷段)

表3 三峡库区防洪安全评价总矩阵及权重计算结果(窄谷段)

表4 三峡库区不同类型库岸整治工程防洪安全综合评价指数计算

的防洪库容、行洪面积侵占率及最大壅水高度指标反映了库岸整治工程对河道行洪的影响，较为重要，故其权重值较大。需要注意的是，这里在构造指标判断矩阵时，并未区分其是否处于不同准则层，而是将7个主评指标作为同一层次处理。

3.2 防洪安全评价计算

分别以重庆主城区和涪陵2个典型河段不同河宽、不同类型的库岸整治工程为例，进行了防洪安全评价计算，以验证防洪安全评价指标体系的适用性。其中，重庆市涪陵区白涛街道江西片区岸线环境综合治理工程位于重庆市涪陵区白涛街道乌江左岸，工程河段为峡谷段，中低水河宽约250～300 m，高水河宽约300～400 m，工程长约 2.32 km，下游岸坡较陡、基岩埋藏较浅的部位以挡墙方案为主，中间缓坡段以斜坡式为主。重庆市九龙半岛防洪护岸综合整治工程位于长江左岸九龙坡区九龙半岛地区，该工程河段上段为大渡口及九龙坡两个弯道之间的过渡段，为顺直段；下段河道平面形态呈“V”形急弯，弯道下首凸岸为九龙坡港区，港区河段上下游较窄，中段宽阔，呈鱼腹状。工程治理长江左岸堤线总长3 590.50 m，工程设计了自然护坡、埋石混凝土挡墙+二级斜坡护岸和混凝土镇脚+二级斜坡护岸3种防洪护岸型式。

分别采用三峡库区窄谷段和宽谷段指标权重对该工程防洪安全综合评价指数进行计算。研究表明，不同的工程型式对防洪库容的影响不同，复合式护岸优于直立式护岸型式，斜坡式护岸型式最优。在分析评价指标刻度值时，采用根据距离加权的处理方法。

计算结果表明(见表4)，白涛街道江西片区岸线环境综合治理工程防洪安全综合指数为 0.74(Ⅱ级)，防洪安全度较高。重庆九龙半岛防洪护岸工程推荐方案防洪安全综合指数为 0.92(Ⅰ级)，防洪安全度高。根据前述分级评判规则得出：两工程防洪安全度较高，其中重庆九龙半岛防洪护岸工程防洪安全度高于白涛街道江西片区岸线环境综合治理工程。由此可见，虽然在防洪安全综合评价指数计算过程中会存在一定偏差，但该方法体系具有一定的适用性。

4 结语

本文建立了包括目标层、准则层和指标层的库岸整治工程防洪安全评价指标体系，通过定性与定量分析，以长江三峡库区为例初步给出了相应指标的赋值标准。综合考虑各指标的重要性，筛选出堤线布置、结构型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占的防洪库容、行洪面积侵占率、最大壅水高度、防洪标准适应性共7个主评指标，并分别采用三峡库区宽谷段和窄谷段指标权重。对该工程防洪安全综合评价指数进行了计算。

库岸整治工程项目防洪安全评价指标体系内容涉及技术和管理层面。此外，受多种因素制约，如河流、地域、社会经济发展水平和人们认识水平等，评价指标和权重的取值较难确定，一些评价指标刻度值也难以准确量化。本文提出的防洪安全评价指标体系还处于初步研究阶段，无论是评价标准还是评价方法，仍有待于进一步研究和完善。

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