東津河不同生態護坡技術適用性分析

吳 瑕

(安徽省寧國市財政局，安徽 寧國 242300)

傳統護岸措施可改變河流附近動植物的生長環境、破壞流域內原有的生物食物鏈，對生態環境具有較大的負面影響，而生態護坡技術在保證護坡行洪、排澇以及水土保持等功能的基礎之上還要考慮景觀與生態效益[1]，有利于濱水區的景觀環境和生態平衡的發展，已成為護岸技術的必然發展趨勢。生態護坡技術可分為許多不同的類型，如三維植物網、綠化混凝土、連鎖水工砌塊、三維排水柔性生態袋、以及椰網植生帶護坡等[2]，這些不同的生態護坡技術在不同的工程中具有相異的適用性，因此有必要對其進行適用性評價，以因地制宜選擇出最適合的護坡方案[3]。目前，不同護坡技術的比較大多基于定性分析[4]，其精細化化水平不高，繆曹富和陸華山提出了基于AHP-FL模型的河道不同類型護坡技術綜合評價法[5]，為實際工程中不同類型護坡技術的選用提供了有效的定量分析方法；但是，該方法目前只應用于傳統護坡技術與生態護坡之間的比較，而沒有用于評價不同細分生態護坡技術的適用性。鑒于此，本文以安徽省寧國市東津河為例，基于AHP-FL模型評價了三維植物網、連鎖水工砌塊和綠化混凝土護坡在該河護岸工程中的適用性，以為該地區的水生態文明建設提供科學參考，并為生態護坡技術的選用提供經驗。

1 分析方法

1.1 研究區域概況

安徽省寧國市位于皖東南，市域面積2487km2，總人口38.59萬，境內主要為長江下游水陽江水系，有大小河流515條，河道總長2103.8km，河網密度859m/km2，流域面積2369.4km2。寧國市被列為安徽省首批水生態文明城市建設，目前已摸索出了一條“構筑生態屏障，防止水土流失，調整林業結構，實現持續發展”的工作原則，大力實施綠色護岸工程，保護了河堤、改善了環境，效益明顯[6]。東津河位于寧國市境內，是水陽江上游三源(東津河、中津河、西津河)之一，流域面積1323km2，總落差410m，主河道長74km。目前，東津河的防洪標準較低，例如，其城區段防洪能力僅為5年一遇，遠未達到城市20至50年一遇的防洪標準要求[7]，因此對其進行護坡改造工程具有較強的必要性。隨著人們對生態環境認識的進一步提高，東津河未來的護坡類型必然將以生態護坡為主，而目前關于不同生態護坡技術在東津河工程中的適用性則幾乎未被定量地分析過。

1.2 生態護坡技術

生態護坡技術可細分為許多不同的類型，如植草、土工材料植草、特種混凝土、基材類、以及噴播類護坡等，在各種生態護坡技術中，三維植物網護坡技術已經在黃河小浪底工程溫孟灘段黃河大堤防護等工程中得到了應用，連鎖水工砌塊護坡技術已經在廈門深青溪、瑤山溪綜合治理等工程中得到了應用，綠化混凝土護坡技術已經在重慶開縣新城防洪護岸等工程工程中得到了應用；這幾類生態護坡技術已經在實際工程案例中得到了廣泛的檢驗，具有經濟合理、技術成熟、施工方便等特點，因此被選為本文的重點研究對象。

1.3 AHP-FL評價法

AHP-FL模型由繆曹富和陸華山提出，可用于定量評價不同護坡技術在某項案例中的適用性，該方法可分解為兩部分，分別為層次分析(AHP)和模糊邏輯評價(FL)。其中AHP部分主要用于確定層次結構與權重值，其表達式包括：

(1)

C=M×Zi，i=1，2，3，4

(2)

式中，M—目標層，Z—準則層，F—方案層，q—各因子的權重值，C—組合權重集。

AHP-FL模型中的FL部分主要用于確定各因子的隸屬度及綜合評價指數。該方法采用閆曉惠等人提出的FL評價步驟[8]來確定方案層各因子的隸屬度，主要采用“優”、“中”、“差”三個類別集合。綜合評價指數的公式包括：

E=M×L

(3)

(4)

式中,E—準則層各因子的評價指數，M—某方案層各因子的相對權重，L—方案層各因子的優劣隸屬度，R—綜合評價指數。AHP-FL模型各參數的具體取值方法與確定過程可參見文獻[5]。

1.4 評價指標與權重

評價指標與權重值的選用主要參考繆曹富和陸華山的研究成果，該評價體系以護坡技術適用度為最終的目標層，以基本功能、生態功能、建設與經濟、社會效益4項因素為準則層，以穩定性能、自凈能力、管理維護、整體協調性等16項指標為方案層。各層指標及其權重值見表1。

2 分析結果

2.1 適用度評價因子隸屬度

采用AHP-FL評價法得到東津河不同生態護坡技術適用性分析中方案層各因子的優劣隸屬度，結果列于表1中。

表1 生態護坡技術適用度評價指標與權重

根據表1可得知不同生態護坡技術在東津河案例中各個評價方面的性能，例如：在防洪能力方面，綠化混凝土護坡技術隸屬于“優”集合的隸屬度最高為0.803，三維植物網護坡技術最低、為0.693，因此，在東津河的具體條件下，3種護坡技術在防洪能力方面由強到弱依次為綠化混凝土、連鎖水工砌塊和三維植物網護坡；在水土保持方面，3種護坡技術由強到弱依次為三維植物網、連鎖水工砌塊和綠化混凝土護坡；在工程造價方面，3種護坡技術由低到高依次為連鎖水工砌塊、三維植物網和綠化混凝土護坡；在公眾認可度方面，3種護坡技術由高到低依次為連鎖水工砌塊、三維植物網和綠化混凝土；同理可得其它各方面的優劣度。

2.2 權重化隸屬度

適用度評價因子隸屬度僅表示不同生態護坡技術在各個方面的性能，但沒有考慮這些方面本身的重要性，因此需要將表1所示的隸屬度進行權重化，結果如表2所示。權重化隸屬度是性能與重要性的綜合反映，在數值方面為隸屬度與相對權重值的乘積。例如，三維植物網護坡在防洪能力方面隸屬于“優”集合的隸屬度為0.693，防洪能力本身的相對權重值為0.526，則權重化隸屬度值為兩者乘積、即36.452%。

表2 適用度評價因子的隸屬度值

表3 適用度評價因子的權重化隸屬度值 單位：%

2.3 不同生態護坡技術綜合適用度

根據表3數據，利用AHP-FL模型計算準則層各因子的評價指數值，如圖1所示。從基本功能角度看，東津河護坡工程最適宜采用綠化混凝土護坡技術；從生態功能角度看，最適宜采用三維植物網護坡技術；從建設與經濟角度看，最適宜采用連鎖水工砌塊護坡技術；從社會效益角度看，最適宜采用連鎖水工砌塊護坡技術。由于各個層面具有相同的重要性，取以上各項的平均值，得到東津河不同生態護坡技術的綜合適用度值，三維植物網護坡技術、連鎖水工砌塊護坡技術、綠化混凝土護坡技術的結果分別為85.989、86.711和84.847。因此，在東津河生態護岸工程中，最適宜采用連鎖水工砌塊護坡技術，其次為三維植物網護坡技術，最后為綠化混凝土護坡技術。

圖1 東津河不同生態護坡技術適用度指數

3 結論

采用AHP-FL模型進行了東津河不同生態護坡技術的適用性分析，結果表明各種生態護坡技術從最適宜到不適宜排序依次為：連鎖水工砌塊護坡技術、三維植物網護坡技術、綠化混凝土護坡技術。據筆者所知，本文首次將AHP-FL模型應用在生態護坡技術的對比分析中，該方法操作簡單、過程明確、結果直觀，具有很高的推廣價值；但在權重值的確定過程中還是不可避免地具有一定的主觀性，在以后的研究中可以重點探討權重值更為客觀化的確定方法。

[1] 張蛟龍. 河道生態護坡關鍵技術及生態功能[J]. 水利規劃與設計, 2016(01): 82- 84．

[2] 宋睿, 高禮洪, 邱輝, 等. 多種生態護坡技術在麗水市甌江堤防工程中的應用研究[J]. 浙江水利科技, 2015, 43(01): 67- 71．

[3] 吳事陸. 城市河道生態護坡工程設計分析[J]. 水利技術監督, 2016(02): 24- 25．

[4] 宋巖. 海城市河道治理生態護坡方案研究[J]. 水利規劃與設計, 2017(04): 101- 104．

[5] 繆曹富, 陸華山. 基于APH-FL模型的河道不同類型護坡技術綜合評價[J]. 水利規劃與設計, 2017(08): 31- 37．

[6] 鄢永輝. 寧國市水生態文明城市建設思考[J]. 江淮水利科技, 2015(06): 38- 40．

[7] 劉聲喜. 寧國市綠色護岸工程成效分析[J]. 林業科技開發, 2001(z1): 61- 62．

[8] 閆曉惠, 陳新, 張博威. 模糊邏輯在水利工程環境評價中的應用探析[J]. 科技展望, 2015(23): 065．