基于层次分析法的海塘安澜工程评价体系研究
摘要
关键词
海塘安澜;层次分析法;防洪挡潮;生态文明
正文
引言
浙江省地处我国东南沿海,受其地理位置和气候条件等因素的影响,易受到台风侵袭,损坏已有海塘,造成生命财产和经济损失。2020年浙江省提出海塘安澜千亿工程规划,旨在建设安全可靠、绿色生态、功能综合、运行高效的海塘工程体系,打造沿海生命线、风景线、幸福线。在此基础上,建立一套科学有效的评价体系,对于指导海塘安澜工程规划和建设具有重要意义。
海塘评价起源于海塘安全评价,并且仍是现在主要的评价内容之一。琚烈红[1]通过建立故障树尝试对海堤安全评价进行定量分析。王卫标[2]针对钱塘江的海堤风险和安全性进行了研究。王晓红[3]针对强台风条件下对海塘安全及可靠性进行了评价。刘俊萍[4]从设计标准、工程安全及运维等角度对海堤进行评价。随着人们对海塘的认识不断深入,有学者尝试由单一的安全评价向多要素评价转变[5]。
通过以上研究发现,目前海塘工程评价存在一些问题:一是主观性较强,各指标的选取及评分往往依赖评价者的经验;二是评价体系侧重于海塘安全稳定,指标单一,在生态功能、景观融合等方面尚有欠缺。当前海塘工程的功能定位不断丰富,其评价需兼顾多个功能和目标,也需综合运用定性和定量的方法,因此传统的评价方法对海塘安澜工程进行综合评价尚有不足。
针对以上问题,本次研究选取层次分析法,结合《浙江省海塘安澜千亿工程建设规划》、《浙江省海塘安澜千亿工程建设技术指南》等指导文件,在保证海塘安全的核心要求前提下,引入生态文明、功能融合、文化集聚等新指标,对海塘安澜工程进行综合全面的评价。
1 研究方法
层次分析法是一种兼顾定性与定量的层次权重决策和评价分析方法,适用于较为复杂和较为模糊的研究问题。其处理思路是将复杂问题分解为多个层次,并通过数学分析方法将定性问题定量化,从而为决策和分析提供数据支撑。
1.1 建立递接层次结构
层次分析法是将复杂问题层次化,分解为由不同指标组成的部分,分层构造出具有层次结构的模型,把指标按属性分成若干组,形成不同的层次,一般分为目标层、准则层和指标层,上一层次的指标对下一层次的指标起支配作用。
1.2 构造判断矩阵
建立目标层、准则层和指标层的评判矩阵,需要决策者确定指标之间的相对重要程度,使用1-9比例标度法[6],赋予一定的数值,得到比较判断矩阵A,表达式为
(1)
1.3 权重计算及一致性检验
最大特征根为
(2)
一致性指标为
(3)
(4)
式中RI[9]为平均随机一致性指标。当CR<0.1时,判断矩阵具有一致性,各评价指标的权重值可以接受;否则需要对判断矩阵进行修改,直到CR<0.1。
2 海塘安澜工程评价体系构建
本次研究构建一套包括3个层级的海塘安澜工程评价体系,如图1所示。第一层为目标层,即海塘安澜工程综合评价指数;第二层为准则层,包含5个准则;第三层为指标层,包含15个指标。
图1 海塘安澜工程评价体系层次图
2.1 指标概念
2.1.1防洪挡潮(A1)
设计标准(A1-1):海塘设计标准达到与研究区人口和经济相适应的防洪潮标准,满足政府规划要求。
施工质量(A1-2):海塘施工工艺成熟、施工队伍经验充足、质量保证措施严格;海塘工后结构安全稳定、无结构性破损、沉降满足安全范围要求、无病险等情况。
防汛抗台效果(A1-3):对于潮汛、台风、洪水等情况能起到预期效果。
2.1.2生态文明(A2)
塘前后生态(A2-1):在保证安全的前提下,适当培育红树林、引进滩涂植物等进行生态修复。
塘身生态(A2-2):塘身采用生态材料建造,与周边生态环境相协调。
环境面貌优良(A2-3):海塘范围内无乱搭、乱建、乱堆等情况,环境友好,面貌整洁。
2.1.3管养维护(A3)
管理运行机制(A3-1):海塘管理单位建立科学合理的海塘管护制度并严格执行。
专业管理团队(A3-2):海塘管理单位权责明确,海塘管理队伍技术专业,管理规范。
智慧化管理系统(A3-3):基于遥感、视频监控、联网等技术实现数字化智能管理。
2.1.4功能融合(A4)
城市绿道(A4-1):海塘绿道全线贯通、接驳设计合理,打造休闲便民慢行系统。
配套设施(A4-2):海塘周边配套基础设施完备,设置有运动娱乐休闲设施以及观景平台等,如停车场、休闲座椅、公共厕所、休闲驿站等。
景观融合(A4-3):各建筑及景观之间衔接自然,功能协调,搭配合理。
2.1.5文化集聚(A5)
海塘文化(A5-1):保护发掘古海塘等古代治水工程,学习治水人物,宣传治水文化。
自然科教文化(A5-2):传承发扬沿塘的风俗地域文化及自然资源文化,保护沿塘文化地标,打造亲水教育基地或文化科普馆。
旅游文化产业(A5-3):海塘沿线打造旅游特色产业,带动周边经济发展。
2.2 指标权重的确定
对各指标的重要程度进行打分,获得判断矩阵,如表1-表6所示。
表 1 A判断矩阵
A | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 |
A1 | 1 | 3 | 3 | 5 | 3 |
A2 | - | 1 | 3 | 3 | 3 |
A3 | - | - | 1 | 3 | 3 |
A4 | - | - | - | 1 | 2 |
A5 | - | - | - | - | 1 |
表 2 A1判断矩阵
A1 | A1-1 | A1-2 | A1-3 |
A1-1 | 1 | 1 | 1/2 |
A1-2 | - | 1 | 1 |
A1-3 | - | - | 1 |
表 3 A2指标判断矩阵
A2 | A2-1 | A2-2 | A2-3 |
A2-1 | 1 | 5 | 3 |
A2-2 | - | 1 | 1 |
A2-3 | - | - | 1 |
表 4 A3指标判断矩阵
A3 | A3-1 | A3-2 | A3-3 |
A3-1 | 1 | 2 | 3 |
A3-2 | - | 1 | 3 |
A3-3 | - | - | 1 |
表 5 A4指标判断矩阵
A4 | A4-1 | A4-2 | A4-3 |
A4-1 | 1 | 1 | 5 |
A4-2 | - | 1 | 3 |
A4-3 | - | - | 1 |
A5 | A5-1 | A5-2 | A5-3 |
A5-1 | 1 | 2 | 3 |
A5-2 | - | 1 | 3 |
A5-3 | - | - | 1 |
根据公式1-4,计算得到判断矩阵A-A5的CI、CR值,并得到特征向量W,结果如表7所示。
表 7 各矩阵检验结果汇总表
CI | CR | W | |
A | 0.0940 | 0.0840 | {0.4298,0.2501,0.1611,0.0864,0.0726}T |
A1 | 0.0000 | 0.0000 | {0.25,0.25,0.5}T |
A2 | 0.0146 | 0.0280 | {0.6856,0.1562,0.1852}T |
A3 | 0.0268 | 0.0515 | {0.5278,0.3325,0.1396}T |
A4 | 0.0146 | 0.0280 | {0.4806,0.4054,0.114}T |
A5 | 0.0268 | 0.0515 | {0.5278,0.3325,0.1396}T |
3 评价分析
3.1 工程概况
以浙江省台州市黄岩区海塘安澜工程(椒江黄岩段海塘)为例,邀请多位从事海塘规划建设、运行管理的专家,遵循客观公正的原则,采用0-10打分法(由0分至10分逐渐由差至好),对各指标打分,结合工程实际对指标加以阐述。
(1)防洪挡潮:本工程提标加固海塘2.66km,椒江在汛期的高潮位为5.83m,塘顶防浪墙设计高程为7.10m,满足要求。本工程施工技术成熟,建筑质量可靠。本工程新建涵闸一座,通过控制闸门启闭保证河水日常排泄及挡潮排涝工作。各指标得分10、9、9分。
(2)生态文明:本工程进行生态修复滩地49万平方米,在确保海塘安全功能的前提下,遵循生态适应性、物种多样性、经济适用性等原则进行植物搭配。其中塘前直接遭受潮风的区域,选用耐潮性强的树种,以灌木密植为主,而不直接受潮风的区域,选用耐潮性较差的树种,形成乔-灌-草的层次搭配结构;塘身采用生态友好型材料,与塘前后的自然景观良好衔接,不影响植物生长。以上措施有效改善原海塘杂草生长泛滥的问题,环境面貌显著改善。各指标得分8、8、9分。
(3)管养维护:本工程针对防潮度汛、安全管理、设备维护等建立相应的管理制度。工程完工后移交给当地政府进行专业化管理维护。本工程将引入智慧化海塘系统,实现对工程质量、安全、投资和进度的管理。各指标得分8、8、9分。
(4)功能融合:本工程新建6m宽的滨江绿道,长1.3km,满足日常市民漫步休闲活动。新建滨江小筑、城市阳台等配套建筑,构造“一廊、一核、两带、五区、十景”的配套设施体系。通过滨江绿道、行车道将各个配套设施和景观节点串联,与生态滩地等形成景观融合。各指标得分9、9、8分。
(5)文化集聚:通过滨江文化展览区、文化小品等配套建筑,充分发扬和挖掘地方历史文化内涵,宣传海塘文化,对旅游文化产业的经济效益起到积极的促进作用。各指标得分8、8、7分。
表 8 海塘安澜工程评价结果
目标层 | 准则层(权重) | 指标层(权重) | 综合权重 | 得分 | 综合得分 |
海塘安澜工程评价 | 防洪挡潮(0.4298) | 设计标准(0.25) | 0.1075 | 10 | 8.67 |
建筑质量(0.25) | 0.1075 | 9 | |||
防汛抗台效果(0.5) | 0.2149 | 9 | |||
生态文明(0.2501) | 塘前后生态(0.6586) | 0.1647 | 8 | ||
塘身生态(0.1562) | 0.0391 | 8 | |||
环境面貌优良(0.1852) | 0.0463 | 9 | |||
管养维护(0.1611) | 管理运营机制(0.5278) | 0.0850 | 8 | ||
专业管理团队(0.3325) | 0.0536 | 8 | |||
智慧化海塘系统(0.1396) | 0.0225 | 9 | |||
功能融合(0.0864) | 城市绿道(0.4806) | 0.0415 | 9 | ||
配套设施(0.4054) | 0.0350 | 9 | |||
景观融合(0.114) | 0.0098 | 8 | |||
文化集聚(0.0726) | 海塘文化(0.5278) | 0.0383 | 8 | ||
自然科教文化(0.3325) | 0.0241 | 8 | |||
旅游文化产业(0.1396) | 0.0101 | 7 |
3.2 结果分析
将各指标评分与对应权重相乘并加和,得到台州市黄岩区海塘安澜工程(椒江黄岩段海塘)的综合评价系数为8.67,属于较好水平。该海塘不仅能满足椒江高标准防洪挡潮的需要,同时在推进生态文明建设、满足市民休闲娱乐需要及宣传海塘文化等方面也起到重要的作用。
4 结论
本文从海塘安澜的概念和建设目标出发,结合当前对海塘安澜工程的功能定位和要求,采用层次分析法搭建海塘安澜工程评价指标体系,以专家评分为数据基础分析计算准则层、指标层各个指标的权重,不仅保证了防洪挡潮这一核心因素,而且在生态文明、管养维护、功能融合和文化集聚等方面进行了创新。通过台州市黄岩区海塘安澜工程(椒江黄岩段海塘)进行验证计算,验证结果认为该海塘工程总体处于较好水平,海塘安澜工程评价指标体系可行,可为后续海塘安澜工程的科学合理评价提供借鉴。
参考文献
[1] 琚烈红, 刘清君, 黄哲, 等. 海堤安全风险评估技术研究[J]. 海洋工程, 2022, 40(03):93-104.
[2] 王卫标. 钱塘江海堤风险分析和安全评估研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2005.
[3] 王晓红. 强台风条件下浙东海塘安全评价及可靠度[D]. 浙江大学, 2015.
[4] 刘俊萍. 基于AHP和GIS的海塘工程安全评价研究[J]. 浙江工业大学学报, 2014, 42(4):383-387.
[5] 林乐曼, 蔡子平. 基于层次分析法的海塘安澜工程评价指标体系研究[J]. 浙江水利科技, 2021, 49(02):14-19.
[6] 卢小宾. 信息分析导论[M]. 武汉:武汉大学出版社, 2020.
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