水庫建設項目料場優化選擇研究

員則平 張宏芽

摘 要：本文以實際工程為背景，對料場的選擇進行系統地分析與研究，秉著工程需要性、工程經濟性、工程環保性的三大原則，針對儲量、開采費用、運距、土料性質以及環保等因素對料場進行選擇，建立數學模型，進行計算機解算，最后得出最優的選擇方案。

關鍵詞：水庫建設項目；料場；層次分析法；優化選擇

1 前言

當前，大型工程特別是水利工程所需要的建筑材料量都很大，在工程前期，科學合理地規劃周邊料場至關重要，這不僅影響到工程工期、預算，而且還影響到工程質量，所以對工程周邊料場的選擇要足夠重視。

選擇料場，確定施工方案，受到很多因素制約，要確定一個好的料場開采方案，需要經過大量的規劃設計工作。而過去的優化理論與方法大多是局部優化，難以適應當今復雜的多屬性的決策問題，隨著計算機技術及數學理論的發展，優化選擇理論可以考慮越來越多的因素，對項目優化統籌有著非常重要的意義。

2 料場優化理論及方案選擇

層次分析法是一種實用的多方案或多目標的決策方法，該方法將定性與定量的決策合理地結合起來，按照思維、心理的規律把決策過程層次化、數量化。層次分析法的思路如下：首先是要根據所研究問題的性質以及重要程度和隸屬度關系，形成一個多層次分析的結構模型，最終將最低層與最高層的相對重要程度用權值表示，作出相對優劣次序的排列。

層次分析法的步驟：（1）遞階層次結構的建立；（2）建立兩兩比較的判斷矩陣；（3）層次單排序；（4）層次總排序；（5）進行一致性檢驗。

3 實例研究

3.1 工程背景

衛家磨水庫位于河南省靈寶市境內的宏農澗河支流壩底河的干流上，屬于靈寶市蘇村鄉境內，距靈寶市約34km，南距盧氏縣約40km，控制流域面積約180km2，占壩底河流域面積的28.1%，是一座以灌溉、供水、人畜飲水、防洪為主，兼顧發電、水產養殖的中型水庫，是解決靈寶市東部地區農田灌溉和人畜飲水的骨干水源工程。

3.2 運用層次分析法進行土料場優化選擇

衛家磨水庫土料料場一共探明四個區，分別命名為：東Ⅰ區，東Ⅱ區，西Ⅰ區，西Ⅱ區。

3.2.1 儲量。東Ⅰ區土料場儲量為34萬m3，東Ⅱ區料場儲量為84萬m3，西Ⅰ區料場儲量為33萬m3，西Ⅱ區料場儲量為16.2萬m3

3.2.2 層次結構模型如下

3.2.3 在選擇土料場時考慮的主要因素有四個，即儲量、開采費用、運距和環境保護。其重要程度分別為：強烈重要、明顯重要、稍微重要和一般重要。根據上述各影響因素的重要程度，建立判斷矩陣如下：

1） 準則層對目標層的判斷矩陣V，即表3-1。

2） 方案層對準則層的判斷矩陣U-P的建立

根據各料場儲量分布，可構建判斷矩陣如表3-2：

運距字面意思是距離，其實還應包括路途條件等因素。東Ⅰ區距離壩肩400-500m；東Ⅱ區距離壩肩300余米；西Ⅰ區距離壩肩150-200m；西Ⅱ區距離壩肩350-400m；由此可知，西Ⅰ區料場距離最短，運距比較合算。可構建運距的判斷矩陣如表3-3：

開采費用是工程預算的重要組成部分，影響開采費用的因素有：開挖難易程度和剝離上覆蓋層的厚薄等。東Ⅰ區土料場高程在840-870m之間，表層為腐植土，厚度0.5m；東Ⅱ區料場高程在870-890m之間，表層腐殖土厚0.5m；西Ⅰ區料場高程在860-900m，巖性為低液限粘土，表層腐殖土厚度0.7m；西Ⅱ區料場高程850-880m之間，巖性主要為低液限粘土，表層為腐殖土，厚0.6m。構建開采費用的判斷矩陣如表3-4：

環境保護在工程中主要表現在工程施工中對原始生態的影響程度，主要包括施工棄渣、水土保持、植被破壞等。構建環境保護的判斷矩陣如表3-5：

3.2.4 方案層各方案對目標層的權重計算

對以上矩陣及其權重進行匯總，應用層析分析法進行層次分析，得出以土料為目標的總表如表3-6：

3.3 方案優選結果

經過層次分析，得出上表，可以看出：東Ⅰ區、東Ⅱ區、西Ⅰ區、西Ⅱ區四個料區對總目標的組合權向量分別為0.2286、0.4447、0.2082、0.1186，由此得出第二個方案（東Ⅱ區）是最優方案，在全部料場選擇中的比重為44.47%，比第一、第三、第四方案的比重多很多，對于工程的綜合影響，是最優的選擇，CR=0.0693<0.1符合組合一致性檢驗，得出的方案（東Ⅱ區）是最終決策的重要依據。

4 展望

層次分析法解決了許多復雜的問題，但是也有局限性，從以上的分析中可看出，層次分析法的計算過程比較粗糙，只能進行簡單大致的比較。其次人為因素占了很大的比例，這在各因素的重要性比較中很明顯，由此可知不一定適用于所有人。因此層次分析法不可濫用，而要將其作為我們判斷分析的一個重要的輔助工具。

參考文獻

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