基于AHP的杭埠河倒虹吸建設方案綜合比較

王 寶 存

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230088)

1 概述

引江濟淮工程建設內容包括輸水河道工程、樞紐建筑物工程、跨河建筑物工程、跨河橋梁工程、渠系交叉建筑物以及影響處理工程，而杭埠河倒虹吸工程是引江濟淮工程中跨河建筑物工程的重要組成部分[1]。本文基于層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，分別從工程地質、工程占地、施工組織設計、工程造價和社會影響這五個方面，以科學合理的方法綜合比較了杭埠河倒虹吸三個不同建設方案的優劣。

2 層次分析法原理

層次分析法是一種定性與定量相結合的系統化及層次化的分析方法，借助優先關系矩陣實現決策由定性向定量的快捷的轉換，它在各個領域的多方案比較中得到廣泛應用[2-4]。層次分析法的計算過程如下：

1)建立判斷矩陣。

依據1～9標度法(如表1所示)，判斷兩兩方案間的優劣程度，得出兩兩方案間的判斷值cij，并建立判斷矩陣C：

(1)

其中，cij為方案ui相對于uj的優劣程度的判斷值，cii=1，cij×cji=1，m為方案數量，i,j=1,2,…,m。

表1 1～9標度法

2)計算方案權重。

對判斷矩陣的各行元素乘積開m次方根。

(2)

對Mi進行歸一化處理:

(3)

則W=(w1,w2,…,wm)就是所求的方案優劣程度的權重矩陣。具有最大的max(wi)對應的方案為最優方案。

3 工程概況與建設方案

引江濟淮工程為了將過巢湖線的300 m3/s來水穿過杭埠河導向下游，必須在杭埠河上興建跨河建筑物。可供選擇的建筑物型式有倒虹吸和渡槽，杭埠河處設計輸水位為5.75 m，而杭埠河口100年一遇設計洪水位為11.46 m，顯然，若選擇渡槽型式，在杭埠河行洪時阻水相當嚴重，且杭埠河有通航要求，所以只能選擇倒虹吸作為過巢湖線跨杭埠河的建筑物。

針對杭埠河倒虹吸工程的施工難易程度、征地移民、主體工程量和臨時工程量、可比工程造價等多種因素，提出了以下三種杭埠河倒虹吸布置方案，其中方案一、三為同一條輸水線路，方案二是另一條輸水線路。

方案一：布置在杭埠河左堤背水側，利用現狀杭埠河進行導流，旱地上施工，待主體工程完工后，將杭埠河改線并盡可能裁彎取直。倒虹吸中心線與杭埠河河道中心線垂直，進、出水池與引渠以圓弧相接。方案一要拆除正在興建的六安市—舒城縣—三河鎮—環湖大道連接線公路1.92 km，該公路為雙向六車道瀝青混凝土道路，路面寬16 m，兩側布有3 m～3.5 m寬左右的游步道，加上路肩堤頂總寬25 m。

方案二：布置在現狀杭埠河右堤背水側，旱地施工，且主體工程完工后，將杭埠河改線并盡可能裁彎取直。該方案可盡可能保留在建公路，只需挖除約100 m作為小合分線輸水渠道，同時在公路與小合分線交叉處架設公路橋，橋面寬度與堤頂寬同為25 m。

方案三：線路與方案一相同，在方案一的基礎上，將倒虹吸向杭埠河右側平移120 m。倒虹吸采用分期施工的方式，一期工程利用現狀杭埠河全斷面導流，在杭埠河左堤背水側旱地上興建倒虹吸出口段及節涵身，二期工程在一期工程建設箱涵上游段填筑擋水圍堰，并與上下游現狀左堤相連接，同時在老河道上下游填筑堵口段戧堤形成封閉圈，然后排水，進行倒虹吸上游節箱涵和進口控制段施工。上游來水通過新挖的杭埠河左半部分導流，導流底寬145 m。該方案仍需挖除在建的連接線公路1.68 km。

4 三種方案綜合比較

為更加科學合理的比較三種建設方案的優劣，借助AHP方法，分別從工程地質、工程占地、施工組織設計、工程造價和社會影響這五個方面對三種方案進行綜合比較。

1)工程地質。從地質條件看，三種方案建筑物位置相距較近，地質條件相似。

2)工程占地。方案二輸水線路長，占地大，將杭埠河右堤內灘地分割為兩塊，不利于土地的再利用；方案一和方案三穿過現階段正在規劃實施的三叉河濕地公園，對于土地的影響較小。相對來說，方案一和方案三優于方案二。

方案三分兩期實施，一期完成新河道左側堤防建設、倒虹吸出口控制段及下游側26節箱涵；二期施工項目主要為新河道右側堤防、倒虹吸進口控制段及上游側7節箱涵澆筑。二期堵口段戧堤封閉和老河槽初期排水(約100萬m3)在9月中旬～12月完成，基坑開挖和深井降水在第二年1月施工，其他主體工程需在4月底前完成，施工強度高；基坑采用深井降水，為達到干堤施工要求，深井需在底板處布置，運行和封堵難度極大。

3)工程造價。

方案一的工程造價估計為32 779萬元；方案二的工程造價估計為35 740萬元；方案三的工程造價估計為31 063萬元。

4)社會影響。

三種方案均要挖除部分正在興建的六安市—舒城縣—三河鎮—環湖大道連接線公路，其中方案一最長，方案三次之，方案二較短。該公路即將通車，很快又面臨挖除，顯然會造成不良的社會影響，尤以方案一為最甚。

表2 各施工方案權重矩陣表

綜合考慮施工組織設計、工程占地、社會影響、工程造價和工程地質這五個方面的影響，三種方案的綜合權重為：

W綜合=(0.510 0.264 0.130 0.063 0.033)×

由三種方案的綜合權重W綜合=(0.386 0.370 0.244)可知，杭埠河倒虹吸的三種建設方案中，方案一優于方案二，方案二優于方案三，即應選取方案一作為建設方案。而在實際設計規劃過程中，推選方案一為最佳建設方案，與本文得出的結論相符。證明了本文所提出的基于AHP杭埠河倒虹吸建設方案綜合比較法的可行性和合理性。

5 結論與展望

引江濟淮工程是一項功在當代利在千秋的重大水利工程，在該工程的建設過程中，避免不了如何選取最佳建設方案的問題。本文以杭埠河倒虹吸工程為例，基于層次分析法(AHP)，分別從工程地質、工程占地、施工組織設計、工程造價和社會影響這五個方面進行綜合對比，最終得出方案一是最佳的施工方案，與工程實際設計采取的方案相一致，表明本文提出的方法科學有效，為引江濟淮的其他工程進行方案比較提供了可靠的借鑒方法。

在引江濟淮工程可行性研究階段和初步設計階段經過充分論證分析，按分期導流圍堰法建設杭埠河穿越工程不可行。一般隧道暗挖法也難成行，下一步計劃借鑒或結合水下沉管(箱)、地下非開挖等技術措施，基于層次分析法(AHP)，進一步研究其他穿越方案，與初設批復的移址新建倒虹吸方案全面比選優化。