柴先墩

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

0 引言

作为生态环境建设的重要组成部分，生态型河道建设近些年在全国受到了高度重视，尤其是生态护岸[1]的理念在水利工程中得到了大力弘扬。为改善生态环境，提升城市水平，广州市南沙区政府实施了某河涌综合整治工程。整治河涌全长5 524.3 m，河道须采用生态护坡。以往对于具体工程中生态护坡选型一直有主观性强、各因子权重不科学等问题。因此，此工程采用层次分析法对生态护坡选型进行研究，为生态护坡的选型提供依据。

1 层次分析法[2-4]

以深入分析问题为基础，将分析对象的因素建立起彼此相关因素的层次系统结构，可以清晰反映出相关因素（目标、准则、对象）的彼此关系，使决策者能够把复杂的问题进行逐一比较、判断，从中选择最优方案。运用层次分析法大体分成四个步骤：建立层次结构模型、构造比较判别矩阵、单准则下层次排序及其一致性检验、层次总排序及其一致性检验。

步骤1 建立层次结构模型[5]：层次分析法先将决策的目标、评价准则和行动方案按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，给出层次结构模型图，模型中目标、评价准则和行动方案处于不同层次，彼此之间关系用线段表示，评价准则可细分多层。典型层次结构模型如图1 所示。

图1 典型层次结构模型图

步骤2 构造判别矩阵：对每一层级因素集A=｛A1，A2，A3，…，An｝，请有经验的专家按照1～9 标度法进行两两比较，构成判断矩阵a。

其中，aii=1，aij＞0，aji=1/aij，n 为因素的个数。

步骤3 单准则下层次排序及其一致性检验：单准则下层次排序及其一致性检验就是求解同一层次各要素对于其上一层次要素的相对重要性的排序权值，并对各判断矩阵的一致性进行检验。

将判断矩阵的列向量归一化，即：

式中：λ 为A 的最大特征值；ω 为归一化特征矩阵列向量。

步骤4 总排序一致性检验：层次总排序就是从最高层到最低层，逐层确定同一层次各要素对于最高层要素的排序权值，并检验各判断矩阵的一致性。计算方法与层次单排序及其一致性检验相同，只是将式中的层次ωk替换为层次总排序权值ωkA。依此类推，直至最后一层指标为止。

步骤5 确定评价指标的权重值：最后一层要素的总排序权值计算结果，即可作为评价管理等实际问题的决策依据。

2 工程应用

2.1 项目概况

该工程为特色水上居住区的水系重构和景观建设，为更好的营造居住生活区奠定基础，建设河涌总长度5 524.3 m。

景观水位：4.70~5.30 m。

设计高水位：6.30 m。

规划河口宽度：50 m。

设计河底高程：1.90 m。

该工程河涌整治工程设计与生态、景观工程设计紧密结合，着重进行分区、分段设计。护岸满足河道的基本功能要求的同时，更注重对原有河道自然生态系统的保护，改善了河道水质，有效提升了滨水生态景观，并与城市生活有机融合，力图成为内水整治工程的典范。因此，护坡型式最终采用生态型护坡。

2.2 建设理念

（1）疏通水系，节点强化，实现防洪补强。

（2）结合周边环境特点，明确河段功能定位，制定河涌护岸设计方案。

（3）结合景观规划，丰富河道断面要素。

（4）结合沿河生态景观建设，打造贯通滨水廊道。

2.3 生态型护坡基本型式[6-7]

目前，国内生态型护坡主要以有以下几种型式：

（1）生态混凝土护坡

生态混凝土护坡以水泥、单粒级碎石、掺合料等为原料，制备出满足25%～30%孔隙率和强度要求的无砂大孔隙混凝土，在用复合改性营养材料进行处理后，在面层种植植物，植物在混凝土孔隙内发芽和生长。生态混凝土厚度为180 mm，强度等级为C15。该类型护坡表面可植草绿化，但绿化效果一般，且二次播种难度大（见图2）。

图2 生态混凝土护坡

（2）格宾石笼护坡

格宾石笼护坡是在网片中填石构成的护坡结构。该类型护坡整体性好，可有效适应地基变形，抗冲刷能力较强，结构安全稳定。石笼钢丝通过特殊的防腐处理，强度高，耐腐蚀性强，结构使用寿命长。石块间隙内可长草，有效改善护岸绿化效果。配合新颖的金属网格及石块元素，大气现代，景观效果良好（见图3）。

图3 格宾石笼护坡

（3）生态袋护坡

生态袋护坡是通过生态袋三维排水联结扣把抗紫外线生态袋紧密联结，形成三角复合内摩擦紧锁的柔性护坡结构。该护坡有生态、环保、节能等特点。这种护坡结构对岸坡的坡度适应性能力较强，可用于较陡的边坡防护，绿化效果好，生态景观良好。但该型护坡施工维护期景观效果稍差，且工程投资偏高（见图4）。

图4 生态袋护坡

（4）三维水土保护毯护坡

三维水土保护毯护坡是新型柔性生态护坡结构，具有强度高（不低于2.0 kN/m）、耐老化等优点。三维水土保护毯铺设在土坡上，并通过一定间距布置的钢钉与土坡完全贴合，确保土体稳定。保护毯表面覆土，并在上部种植绿化植物，植物生长完全后根系会和保护毯缠绕在一起，可达到较好的抗冲刷效果（见图5）。

图5 三维水土保护毯护坡

（5）塑筋水保抗冲椰垫护坡

塑筋水保抗冲椰垫是以椰丝纤维为原材料的一种柔性生态护坡结构。其采用简单实用的结构设计，具有透水、透气保水，植物根系便于穿过，强度高的优点。同时，它能够使边坡具有良好的抗冲能力，从而能够很好的防止土壤砂石流失，使设备具有良好的保护效果，能够有效的提高土壤渗透力、保土保肥。塑筋水保抗冲椰垫施工简便，施工周期短，施工技术不复杂，投资较省，具有较高的性价比（见图6）。

图6 塑筋水保抗冲椰垫

2.4 工程应用

（1）层次结构模型图

将AHP 法应用于某工程生态护坡选型进行研究，首先建立层次结构模型，如下图7 所示。

图7 生态护坡层次结构模型图

其中，B1 为生态性；B2 为经济性；B3 为抗冲刷性；P1 为生态混凝土护坡；P2 为格宾石笼护坡；P3为生态袋护坡；P4 为三维水土保护毯护坡；P5 为塑筋水保抗冲椰垫护坡。

（2）构造比较判别矩阵

本工程属于内河涌，河涌为排涝、调蓄和景观型河道，河涌护坡以生态、经济性为主，抗冲刷性为辅，通过业主单位及专家打分对方案评价准则层、方案层价值矩阵进行赋值：

（3）层次单排序、总排序及其一致性检验

依表1 中的数据，通过进一步计算可得CR（3）=0.076＜0.1，因此，四个层次单排序CR 的值及总排序一致性检验均满足要求。第三层（P 层）相对于总目标的排序向量为：

表1 生态护坡选型计算结果表

=（0.087，0.108，0.184，0.321，0.300）T

式中：W 为准则层矩阵归一化特征列向量。

（4）结论

对生态护坡的选型这一总目标，所考虑五种方案的相对优先排序为：

a. P4（三维水土保护毯护坡），权重为0.321；

b. P5（塑筋水保抗冲椰垫护坡），权重为0.300；

c. P3（生态袋护坡），权重为0.184；

d. P2（格宾石笼护坡），权重为0.108；

e. P1（生态混凝土护坡），权重为0.087。

综上，本工程生态护坡型式选用三维水土保护毯护坡。

3 结语

（1）在生态护坡的选型中引入层次分析法，用以解决工程中生态护坡设计选形，能提高生态护坡在具体工程中选型的科学性，减少由设计人员主观性带来的局限，提高决策的合理性。

（2）实例应用表明，该算法计算方便，结果稳定，在生态护坡的选型中具有可行性和适用性。