吕继宾

(宜春市袁州区电力建设管理站，江西 宜春 336000)

0 引 言

随着社会经济的快速发展以及城市化建设进程的加快，城市逐渐成为政治、经济、文化的高度集中区，对此提出了更加严格的城市防洪效益要求。城市防洪工程充分发挥社会经济效益的根本途径是减免一定频率的洪水灾害损失，并且经过美化整治的城市河道极大地改善了城市景观，这对丰富居民的业余生活及满足居民临水亲水的愿景具有积极作用，同时可以带动工程周边商业开发、土地升值等间接效益。近年来，在防汛和防洪建设方面，各个城市开展了全面除险加固老化的防洪设施、兴建恢复防洪工程、大规模整治河道等工程，城市防洪能力在不同程度上得到提升[1-3]。

本文结合评价指标多、结构层次复杂、覆盖范围广的防洪效益评价特点，全面考虑江滩景观工程、城市排涝工程以及城市河道堤防工程的综合功能，依据相关规范[4-6]采用耦合定量与定性分析的AHP法构建效益评价模型，从多个不同方面确定参评因子及其权重值。在此基础上，运用灰色关联度法分析相对于理想方案，宜春市袁州区“有”“无”防洪工程的关联度，以期为城市防洪规划和治理方案设计提供科学指导。

1 研究方法

AHP层次分析法可以按照问题的性质和实现目标的程度把研究问题分解为多个因素，考虑各因素间的相互作用和关联特性，通过聚集组合形成一个多准则决策的结构模型，最终以评价指标优劣次序排序问题或相对重要性权值的确定来分析系统[7-8]。

1.1 综合评价体系

城市防洪工程与环境、景观、社会、经济各子系统之间存在相互制约、互相影响的复杂关系，理清各系统间的作用关系为综合评价防洪效益的前提条件。因此，本文选择环境、景观、社会和经济效益组成评价准则层，并进一步将各准则层分解为多个因素，见表1。

表1 城市防洪工程多层次效益评价体系

1.2 构造判断矩阵

根据评价体系中各层级所属因素相对于上一层次因素的相对重要性构造判断矩阵，结合防洪工程实际情况和专家意见，两两比较参评因素。为更加直观地反映不同要素间的特定关系，引入1～9标度法，其标度准则见表2。

表2 判断矩阵标度准则

采用1～9标度准则和AHP层次分析法，构建城市防洪工程综合效益评价各层次要素的判断矩阵，按照该评判方法及流程构造的环境、景观、社会和经济效益判断矩阵见表3。同理，可以依次构造所有参评因素的判断矩阵，见表4-表7。

表3 A-B判断矩阵

表4 B1-C判断矩阵

表5 B2-C判断矩阵

表6 B3-C判断矩阵

表7 B4-C判断矩阵

1.3 一致性检验

将决策者的定性思维利用判断矩阵实现定量化、数学化转换，为准确衡量判断矩阵的偏离一致性引入不考虑最大特征根的其它特征值平均指标，其表达式为：

(1)

CR=CI/RI

(2)

式中：RI、CI为考虑不同阶数的平均随机一致性指标和矩阵的离散一致性程度指标；CR、λmax为随机一致性比率以及最大特征根；n为矩阵的阶数。

矩阵是否符合一致性检验的判定依据为CR<0.10，若满足此条件则单层次排序合理；若不满足此条件则重新调整矩阵，直至符合合理性要求停止运算，按照表8确定不同阶数判断矩阵的RI值。

表8 检验指标值RI

依据以下公式求解防洪工程效益评价准则层的总排序随机一致性比率，即：

(3)

式中：CRj、CIj为平均随机一致性指标和相对于总标层准则层某因素的单排序一致性指标。

1.4 评价指标权重

城市防洪工程效益评价层次总排序、单排序和一致性检验结果见表9。由表9可见，社会效益B2在准则层中的权值最大为0.558 0，景观效益B4所占权重最小为0.057 1，环境和社会效益居中。依据总排序结果，评价体系中权值最高的指标C9为0.353 4，该排序能够客观、真实地反映城市防洪工程的初衷。

表9 层次总排序

利用下述公式求解防洪工程效益评价总排序的一致性，即：

(4)

(5)

将前文求解的层次单排序CIi、RIi、Ci值代入式(4)、式(5)，则CR=CI/RI=0.05<0.10，由此可认为求解的权重值和层次总排序符合科学合理性要求，可用于防洪效益评价。

1.5 灰色关联法

20世纪80年代发展起来的灰色决策理论比较适用于不确定性决策问题的处理，其中灰色关联法是工程实际中普遍应用的方法。该方法一般用于关联程度和不同要素行为的评判分析，通过对不同因素间或系统行为间数据列、指标列发展态势和行为的比较，利用数学的方法按照一定原则给出相似或者相异程度的对比。通常情况下，可以采用关联度衡量不同系统或要素间的关联性大小，按照各要素之间的主要关系确定影响目标值的重要因子，从而反映事物的主要特征，并推动和引导系统的高效快速发展。此外，依据关联度大小还可实现优劣方案排序、数据关联分析及最优方案的确定等[9]。

2 实例分析

本文将灰色关联法与层次分析法相耦合，综合评价城市防洪工程效益，按照相对于理想方案城市“有”、“无”防洪工程的关联度，合理确定效益最优方案为关联度最大的方案[10-11]。设宜春市袁州区防洪工程理想方案、建设和不建设防洪工程决策为A、A1、A2，通过对相关资料和报告的查阅[12]，合理确定评价体系中15项指标的区间灰数，见表10。

表10 防洪效益评价区间灰数与标准值

步骤1：标准化处理各方案的效益值。通过标准化处理消除各指标量纲或数量级不同而带来的差异，便于指标的加权运算和比较，保证效益评价的科学性与合理性。目前，初始数据标准化处理常用方法有小数定标标准化、Z-score标准化和最小-最大标准化等。本文考虑利用最大-最小标准化法处理城市防洪工程各方案效益值，对于成本型、效益型指标按以下公式处理，即：

(6)

(7)

根据式(6)、式(7)对各项指标区间灰数作标准化处理，见表10。

步骤3：关联系数的求解。采用以下公式求解关联系数，即：

(8)

依据求解的灰关联系数构造多目标理想方案向量式，其表达式为：

(9)

其中：i=1，2，…，n为城市防洪工程的n个决策方案。

各方案灰关联系数见表11。

表11 防洪效益评价关联度

利用式(10)求解理想方案与决策方案之间的关联度，即：

(10)

式中：ωij为层次分析法求解的参评因子j的目标权重。

研究表明，相对于理想方案宜春市袁州区建设和不建设防洪工程的灰色关联度G1为0.95、G2为0.50，按照最大隶属原则最优方案为关联度最大的方案。因此，宜春市袁州区的最优方案为建设防洪工程，由此可以带来巨大的景观、环境和社会经济效益。

3 结 论

1)将防洪效益评价各准则层权重利用AHP层次分析法进行计算，结果显示社会效益的权值最高为0.558，景观效益所占权重最小为0.057 1；参与评价的所有指标中，权重最高的为生命安全指标，该排序结果能够客观反映城市防洪建设的初衷。

2)相对于理想方案宜春市袁州区建设和不建设防洪工程的灰色关联度为0.95和0.50，由此可见防洪工程的建设实施能够为城市景观、环境、社会、经济发展带来巨大的综合效益。

3)将灰色关联法与层次分析法相耦合用于防洪工程效益评价，该方法考虑了定性分析与定量判断的内容，可为区域防洪治理规划和河道治理方案设计提供一定参考。