基于熵權的城市河道生態護坡模糊綜合評價

□魏 歡（鄭州市水利建筑勘測設計院）

1 概述

斜坡是水利工程建設中常見的地貌形態，為了防止斜坡失穩，水利工程建設中經常需要對其加以防護，早期的防護措施主要有砌體封閉、噴錨硬化以及掛網防護等辦法。近些年來，隨著城市河道建設理念的發展，河道治理更注重其生態性和景觀性，因此生態護坡越來越受到設計人員的重視，多種生態方法已經成功在水利工程中應用。對于新建城市景觀河道，如何選擇最適合的生態護坡形式，以達到最優的效果，日益成為水利設計人員所必須面對的問題。針對這個問題，以往邊坡選型通常是設計工作者通過經驗和個人偏好進行選取，這樣造成的評價結果容易因人的主觀因素造成偏差。考慮到邊坡選型評價本身的模糊集特征，可以建立指標體系用模糊數學的辦法對其進行評價。在模糊綜合評價時，指標權重對評價結果的影響十分顯著，為了進一步減少指標權重的人為干擾，筆者認為可以引入信息論中“信息熵”的概念，將熵權和主觀權重結合，使評價結果更符合實際。

2 工程現狀

鄭州市須水河發源于滎陽賈峪鎮鄧灣村，古已有之，為天然河道，全長約35km。須水河上游丘陵廣布，下游為黃河沖積平原，天然支流較多，須水河西支即其中之一，現規劃在須水河西支中段位置拓寬現有河道，形成城市湖泊。根據區域規劃，湖區由一個位于中間的主湖和位于其東西兩側的2個次湖組成。其中，湖區水面積總計21.50hm2，東西長約1500m，南北最寬處約250 m，最窄處50 m，由須水河西支串聯；所需水源由河道自西補充，向東流出。

由于成湖工程是服務于公園設計的，湖周圍設置有沿湖景觀漫道，且漫道高程高出規劃水面1.50～3.00m。結合現狀提出4種備選的生態護岸形式。

2.1 多級景觀種植池護岸

在緩坡區1∶5控制坡比區域，通過高度在0.50～1.50 m的M7.50漿砌石擋土墻的錯層布置，形成2級或者3級種植池。池內種植景觀灌木或喬木。

2.2 三維排水生態袋邊坡護岸

采用新型透水不透土的聚合材料袋體，將草籽、土壤、肥料按規定比例混合后充填并扎緊，再逐層疊放成類似擋土墻的形式。層間用三維標準聯接扣加固，使墻體形成緊密內鎖結構并留出排水通道。

2.3 仿木樁景石護岸

為了營造濕地景觀，采用1∶10～1∶5的控制坡比，正常蓄水位至漫道區域采用草皮護坡，水位線附近設置仿木樁護岸，搭配景觀石穩定岸線。

2.4 草皮置石緩坡護岸

采用草皮從緩坡區以1/20控制坡比一直護砌到濱湖漫道，臨水布置景觀石造型。

3 水工生態護坡評價指標體系的建立

結合水工生態護坡設計時間經驗和近年來生態護坡實踐工程的經驗。對于不同的水工生態護坡，在一個工程中是否適用，是一個相對的概念，屬于典型的模糊集，根據模糊數學理論，可以直接定量將評價指標分成若干級別，則各評價因素對應在分級指標里的實際數值就是該評價因素對應各等級的隸屬度。本次將評價等級分為5個級別，分別對應5個評價等級“差”、“較差”、“中等”、“較好”、“好”。同時選出“生態親和性”、“施工性”、“景觀效果”、“防護能力”、“環境協調程度”5個評價方向，從而可建立影響生態護坡的因素域 U={u1，u2，u3，u4，u5}和等級域 V={v1，v2，v3，v4，v5}。同時這些指標均為區間型指標，即指標標值越接近（或落入）某個區間越好（表1）。

表1 評價指標和分級區間表

通過專家打分制度分別從5個評價方向對4種邊坡進行單因素評價，并將其打分平均后，得到的評價指標值（表2）所示。同時，各專家打分時按自己偏好給出一個主觀權重，平均后得到W’(0.21,0.31,0.23,0.13,0.13)。

表2 評價指標取值表

表2指明了各指標單因素隸屬度，因此可得判斷矩陣

4 基于熵權的水工生態護坡評價指標綜合權重系數

在熱力學中，通常用熵來表示一個體系的混亂程度。后來克勞德·艾爾伍德·香農（Claude Elwood Shannon）將其概念引入信息論中，用熵值來反映信息的無序化程度，作為信息量大小的度量。某指標的熵值越小，意味著信息的有序化程度越高，即熵權越大，表明其對決策的作用就越大。因此對一個由評價指標構成的判斷矩陣的信息熵進行分析后得出的權重，是一種客觀權重，可以盡可能的減輕主觀權重的人為干擾，使評價結果更符合實際。

式中amax、amin分別為同一指標下最滿意（最大值）和最不滿意者（最小值）。

根據信息熵的定義，對于m個評價對象的n個評價指標，評價指標的熵值。

通過計算，可以得出評價指標的熵值H（0.97,0.98,0.97,0.97,0.9 7）。由計算出的熵值可以推求評價指標的熵權W*（0.21,0.17,0.20,0.22,0.20）。

將熵權W*作為客觀權重，與專家給出的主觀權重W1(0.21,0.31,0.23,0.13,0.13)相結合，可以得到綜合權重得W（0.22,0.27,0.24,0.14,0.13）。

5 水工生態護坡方案的模糊綜合評價

由于本次的5個指標均為區間型指標，其相對隸屬度函數如下：

判斷矩陣A由上式得到4個方案的模糊關系矩陣如下：

生態護坡評價的模糊綜合評價模型為W與R的合成運算，即

式中 W（0.22,0.27,0.24,0.14,0.13）為綜合權重，“。”為模糊合成算子，本次選用加權平均型算子M（∧，⊕）進行評價。B為生態護坡方案的評判結果集選取maxbj作為最終的評價結果。

同理可計算出其他方案的綜合評價，評價結果見表3。

表3 4個方案綜合評價結果表

從上面的模糊綜合評價結果可以看出，方案一的綜合評價結果為較好，其他3個方案的評價結果為中等，因此在工程實踐中，采用了以方案一為主的岸線形式，為了避免岸線單調，在工程中也選取其他3種生態護坡穿插布置，取得了良好的景觀效果。

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