庫岸整治工程防洪安全評價指標體系初步研究

(1.長江科學院 河流研究所，湖北 武漢 430010；2.中交上海航道局有限公司，上海 315200； 3.揚子江工程咨詢有限公司(湖北)，湖北 武漢 430010)

庫岸整治工程防洪安全評價指標體系初步研究

元媛1黃繼剛2張細兵1周暉3王敏1

(1.長江科學院河流研究所，湖北武漢430010；2.中交上海航道局有限公司，上海315200； 3.揚子江工程咨詢有限公司(湖北)，湖北武漢430010)

針對目前三峽庫區岸線開發利用與河道管理現狀，通過總結大量庫岸整治工程項目防洪評價，從目標層、準則層和指標層出發，建立了包括工程設計、河勢穩定、防洪庫容占用、行洪暢通、防洪標準的適應性、水利規劃及其他影響6個方面共18個指標的庫岸整治工程防洪安全評價指標體系。綜合考慮各指標的重要性，篩選出堤線布置、結構型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占防洪庫容、行洪面積侵占率、最大壅水高度、防洪標準適應性共7個主評指標，分三峽庫區寬谷段和窄谷段給出了相應指標的權重。采用層次分析法建立了防洪安全指標層次結構模型，并結合工程實例，通過計算能夠反映庫岸整治工程防洪安全度的綜合評價指數，驗證了該方法體系的適用性。

庫岸整治；防洪；評價指標；生態治理

庫岸綜合整治項目的實施，有效地穩定了庫岸，改善了消落區環境，促進了庫區經濟社會可持續發展。庫岸整治項目在保障三峽庫區沿江兩岸城鎮安全、促進經濟社會發展與生態文明建設的同時，也一定程度上占用了三峽水庫的防洪庫容，縮窄了河道行洪面積，對三峽水庫防洪效益的發揮和庫區的防洪安全帶來一些影響。因此，迫切需要對庫岸整治與防洪安全的相關影響進行深入研究。

在河道管理范圍內修建涉河工程項目，需要編制防洪評價報告，以得到涉河建設項目對防洪影響的定性或定量結果，但其影響程度并沒有定量的、規范化標準。因此加強對涉河建設工程的防洪評價指標研究，可減少涉河建設工程在審批、管理過程中存在的任意性，有利于防洪評價工作標準化、定量化和規范化[1]。

目前，國內關于河流健康、水環境、水資源、防洪安全等多方面評價指標體系研究頗多[1-11]，但關于庫岸整治工程防洪安全評價指標的研究卻很少。通過建立庫岸整治工程防洪安全評價指標體系，可綜合評價庫岸整治工程對防洪安全的影響，為工程設計和管理部門的決策提供科學依據，最終指導岸線開發利用、保護與管理，具有重要的研究意義。該研究在總結大量庫岸整治工程項目防洪評價的基礎上，分目標層、準則層和指標層建立了庫岸整治工程防洪安全評價指標體系，選用可將定性分析與定量分析相結合的層次分析法來確定指標權重，最后結合工程實例驗證了該方法體系的適用性。

1 評價指標體系的建立

1.1 指標選取原則

為了實現建立庫岸整治工程防洪安全評價指標體系的目標，即維護防洪安全，促進岸線整治利用與防洪安全的和諧統一，評價指標的選取應遵循以下原則：①科學性原則;②系統性原則;③獨立性原則;④適用性原則;⑤可操作性原則;⑥定性與定量相結合的原則。

具體而言，指標體系應能滿足如下條件：①真實地反映庫區的基本特征，能較好地度量庫岸綜合整治工程對防洪安全的影響；②指標體系要系統而全面，能夠從防洪安全涉及的不同方面表征庫岸綜合整治工程的影響；③不同評價指標之間要有一定的獨立性，參數便于獲取，有較強的可比性，難以量化的重要指標可以通過定性描述；④指標要有較強的適用性，能適應不同河段上不同類型的庫岸整治工程。

1.2 指標體系層次

考慮不同庫岸整治工程類型，該研究將整個指標體系分成3個層次，即目標層、準則層和指標層(圖1)。

圖1 庫岸整治工程項目防洪安全評價指標體系結構

(1) 目標層。庫岸整治工程防洪安全評價的目的在于綜合評價庫岸整治工程對防洪安全的影響，為工程設計和管理決策提供科學依據，最終指導岸線開發利用、保護與管理。

(2) 準則層。分為工程設計、河勢穩定、防洪庫容、行洪暢通、防洪標準、水利規劃及其他影響6個方面。穩定的河勢是庫岸綜合整治工程項目建設的前提。庫岸整治工程大多分布在沿岸城鎮，設計之初堅持“嚴格控制占用庫容，項目盡量少占庫容”的原則。具體實施中，有的工程能做到不占用三峽水庫庫容，有的工程通過庫容補償能做到不占用三峽水庫庫容，但受建設條件限制，仍有許多工程不同程度地占用了三峽水庫庫容。庫岸整治工程項目的建設不得妨礙河道的行洪通暢，需與防洪標準、水利規劃相符合，同時還應分析工程建設對第三人合法水事權益、防汛搶險的影響及施工期影響等。

(3) 指標層。對應準則層的具體評價指標，表述各個分類指標的不同要素，通過各方面的影響狀況來對防洪安全整體狀況進行評價，以達到維護防洪安全的目標。

1.3 指標的選取及含義

對庫岸整治工程的評價，應兼顧防洪、航運、景觀、生態等多方面的目標，指標眾多。該研究僅從防洪方面，參考河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制中涉河建設項目的評價內容，初步提出以下18個評價指標，主要包括：庫岸整治工程的堤線布置、庫岸整治工程的結構型式、河勢條件、河岸岸坡坡比、岸坡穩定影響、流場影響指標(包括流速、流向影響)、防洪庫容影響、行洪能力指標(包括行洪河寬和行洪斷面侵占率)、壅水影響指標、防洪標準適應性、水利規劃適應性(包括所在河段防洪規劃、岸線規劃、河道整治規劃等)、第三人合法水事權益影響、防汛搶險影響、施工期影響等。

堤線布置在庫岸整治工程設計中至關重要。從以往的實踐經驗來看，堤線布置需考慮對防洪的影響，結合地形盡量順應自然河勢，采用直線和圓弧力求平順連接。在滿足行洪和保護庫岸的前提下，盡量少占三峽水庫防洪庫容。盲目地截彎取直，采用折線或急彎，不僅會造成河道的人工渠化，還有可能增大河道斷面過水面積縮窄率，占用較多的三峽水庫防洪庫容，對工程所在河段的河勢穩定和河道行洪產生不利影響，因而在評價庫岸整治工程的防洪影響時，工程的堤線布置不可忽視。此外，從三峽庫區實踐應用情況來看，庫岸整治工程主要結構型式主要包括：直立式(墻式)護岸、斜坡式護岸以及復合式護岸(直立式擋墻和斜坡式護岸的結合)。不同的工程型式對防洪庫容的影響不同，對工程前沿近岸流速影響也存在差異。因而在評價庫岸整治工程的防洪影響時，需考慮工程的結構型式。

1.4 指標賦值標準

評價指標賦值受多種因素的影響，其確定過程較為復雜。同一指標，在不同的河流，評價標準可能不同，即使是同一條河流，不同河段也可能存在差別。此外，評價標準還會隨著時空的變化而變化。該研究參照國內外類似評價指標體系的評價標準，結合定性與定量分析，以長江三峽庫區為例給出了評價指標的賦值標準(見表1)。

2 評價方法

2.1 評價模型

層次分析法是美國運籌學家T.L.Saaty等人在20世紀70年代中期提出的一種定性和定量相結合的，以及系統性、層次化的多目標決策分析方法[12]。該方法將決策者的經驗判斷定量化，增強了決策依據的準確性。考慮層次分析法具有簡潔、實用的特點，能較好解決復雜系統中多層次、多結構、單目標問題，庫岸整治工程防洪安全評價模型采用了該方法，綜合評價指數按下式計算：

表1 庫岸整治工程項目防洪安全評價指標及其刻度值(以三峽庫區為例)

式中，λi為第i個準則層所占權重，共n個準則層；λij為第i個準則層選取的第j個指標在該準則層中所占的權重，該準則層共mi個指標；Mij為第i個準則層的第j個指標的評分值。

關于權重的確定，主要包括以下兩類手段：①根據實踐經驗和主觀判斷確定權重；②以各種數學方法為主來確定權重。該研究選用可將定性分析與定量分析相結合的層次分析法來確定權重，其內涵是將每一層次的相對重要性定量化，再利用數學方法確定全部元素相對重要性次序的權重系數。

值得注意的是，評價權重值會隨時空的變化而變化，只在一定的條件下為不變值。當某評價指標對防洪安全起著關鍵作用時，可作為一票否決指標，即評價指標得分為0，則防洪安全評價的綜合得分直接為0。此外，當某項準則或評價指標不存在時，應剔除該準則或指標后，重新確定剩余準則或指標的權重系數。

2.2 防洪安全評判

可根據以上公式計算得到的綜合指數對庫岸整治項目的防洪安全影響狀況進行評價，綜合指數越大，防洪安全度越高。將評價結果劃分為4級：Ⅰ級，綜合指數為 0.8～1.0，防洪安全度高，對防洪安全影響很小；Ⅱ級，綜合指數為 0.6～0.8，防洪安全度較高；Ⅲ級，綜合指數為 0.4～0.6，防洪安全度低；Ⅳ級，綜合指數lt;0.4，防洪安全度很低。當綜合指數或單指標得分較低時，可采取補救措施，并與庫岸整治項目建設同步實施。

3 實例分析

通過上文分析，初步提出了包括1個目標層、6個準則層和18個指標層共3個層次的庫岸整治工程防洪安全評價指標體系。綜合考慮各指標的重要性，篩選出堤線布置、結構型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占的防洪庫容、行洪面積侵占率、最大壅水高度、防洪標準適應性共7個指標作為庫岸整治工程防洪安全評價的主評指標。

3.1 各分層指標權重的確定

根據層次分析法要求，通過專家咨詢并結合大量庫岸整治項目防洪評價經驗判斷，按結構圖的層次結構關系進行判別比較，計算出各指標的權重。表2與表3給出了三峽庫區寬谷段和窄谷段7個主評指標權重計算時的判斷矩陣及權重計算結果。可以看出，考慮到庫岸整治工程防洪影響評價時，應首先評價防洪標準適應性，因而其權重值最大；此外，每公里侵占

表2 三峽庫區防洪安全評價總矩陣及權重計算結果(寬谷段)

表3 三峽庫區防洪安全評價總矩陣及權重計算結果(窄谷段)

表4 三峽庫區不同類型庫岸整治工程防洪安全綜合評價指數計算

的防洪庫容、行洪面積侵占率及最大壅水高度指標反映了庫岸整治工程對河道行洪的影響，較為重要，故其權重值較大。需要注意的是，這里在構造指標判斷矩陣時，并未區分其是否處于不同準則層，而是將7個主評指標作為同一層次處理。

3.2 防洪安全評價計算

分別以重慶主城區和涪陵2個典型河段不同河寬、不同類型的庫岸整治工程為例，進行了防洪安全評價計算，以驗證防洪安全評價指標體系的適用性。其中，重慶市涪陵區白濤街道江西片區岸線環境綜合治理工程位于重慶市涪陵區白濤街道烏江左岸，工程河段為峽谷段，中低水河寬約250～300 m，高水河寬約300～400 m，工程長約 2.32 km，下游岸坡較陡、基巖埋藏較淺的部位以擋墻方案為主，中間緩坡段以斜坡式為主。重慶市九龍半島防洪護岸綜合整治工程位于長江左岸九龍坡區九龍半島地區，該工程河段上段為大渡口及九龍坡兩個彎道之間的過渡段，為順直段；下段河道平面形態呈“V”形急彎，彎道下首凸岸為九龍坡港區，港區河段上下游較窄，中段寬闊，呈魚腹狀。工程治理長江左岸堤線總長3 590.50 m，工程設計了自然護坡、埋石混凝土擋墻+二級斜坡護岸和混凝土鎮腳+二級斜坡護岸3種防洪護岸型式。

分別采用三峽庫區窄谷段和寬谷段指標權重對該工程防洪安全綜合評價指數進行計算。研究表明，不同的工程型式對防洪庫容的影響不同，復合式護岸優于直立式護岸型式，斜坡式護岸型式最優。在分析評價指標刻度值時，采用根據距離加權的處理方法。

計算結果表明(見表4)，白濤街道江西片區岸線環境綜合治理工程防洪安全綜合指數為 0.74(Ⅱ級)，防洪安全度較高。重慶九龍半島防洪護岸工程推薦方案防洪安全綜合指數為 0.92(Ⅰ級)，防洪安全度高。根據前述分級評判規則得出：兩工程防洪安全度較高，其中重慶九龍半島防洪護岸工程防洪安全度高于白濤街道江西片區岸線環境綜合治理工程。由此可見，雖然在防洪安全綜合評價指數計算過程中會存在一定偏差，但該方法體系具有一定的適用性。

4 結 語

本文建立了包括目標層、準則層和指標層的庫岸整治工程防洪安全評價指標體系，通過定性與定量分析，以長江三峽庫區為例初步給出了相應指標的賦值標準。綜合考慮各指標的重要性，篩選出堤線布置、結構型式、河岸岸坡坡比、每公里侵占的防洪庫容、行洪面積侵占率、最大壅水高度、防洪標準適應性共7個主評指標，并分別采用三峽庫區寬谷段和窄谷段指標權重。對該工程防洪安全綜合評價指數進行了計算。

庫岸整治工程項目防洪安全評價指標體系內容涉及技術和管理層面。此外，受多種因素制約，如河流、地域、社會經濟發展水平和人們認識水平等，評價指標和權重的取值較難確定，一些評價指標刻度值也難以準確量化。本文提出的防洪安全評價指標體系還處于初步研究階段，無論是評價標準還是評價方法，仍有待于進一步研究和完善。

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(編輯：朱曉紅)

2017-09-15

三峽后續工作科研項目(0001792015CB50003)；國家重點研發計劃課題(2016YFC0402309，2016YFC0402304，2017YFC0405306)；中央級公益性科研院所基本科研業務費(CKSF2015049/HL)

元 媛，女，長江科學院河流研究所，工程師，博士.

1006-0081(2017)11-0114-05

TV85

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