滿堂河河道治理工程整治方案優(yōu)選研究

趙 珊

(沈陽市水利建筑勘測設計院有限公司，沈陽 110015)

河流是連接自然生態(tài)環(huán)境與水資源系統(tǒng)的重要媒介，直接關系著水生態(tài)文明建設與社會經濟的持續(xù)發(fā)展，對于河道整治方案的合理評價可為提升城市品味、增強流域競爭力、創(chuàng)造宜居環(huán)境和實現(xiàn)人水和諧等提供重要保障。河道治理工程涉及到的領域廣、參數多，對其方案的優(yōu)選屬于一個多目標、多要素的復雜問題，其中方案優(yōu)選結果與權重系數的準確計算密切相關。目前，權重系數計算的常用方法有基于差異驅動理論和功能驅動理論的賦權法，前者具有較為完善的理論體系和運算流程，且以客觀環(huán)境為載體獲取初始數據信息，然而該方法未考慮決策者的主觀判斷使得評價結果往往存在較大的偏差；后者體現(xiàn)了評判者的個人偏好與知識結構，這也是導致評價結果存在偏差的主要原因。為了能夠體現(xiàn)指標信息更加合理的求解權重值，綜合集成以上方法能夠避免單一方法存在的弊端。目前，涉及綜合權重計算的現(xiàn)有研究方法存在兩方面不足：其一，對于綜合權重比重的確定缺乏各類賦權法的判別依據；其二，綜合權重的計算存在計算量大、過程冗長等問題。鑒于此，文章對評價指標權重利用綜合賦權法求解，該方法具有客觀性墻、精準度高、運算量少、理論清晰等優(yōu)點，對于治理方案的優(yōu)選分析具有廣泛的應用前景[1-4]。

1 綜合集成賦權法

1.1 G1序關系法

主觀賦權法是以功能驅動原理和決策者主觀判斷為理論依據，對各指標權重系數按照相對重要程度確定，當前較為常用的方法有G1序關系法、G2法和AHP法等。較AHP法，G1序關系法可不必檢驗矩陣一致性，由此大大提升了運算效率和速度，并且不受同一層次中參評指標數的限制，保證了評價結果的系統(tǒng)性和客觀性。因此，文章將評估指標主觀權重系數利用G1法求解，然后對河道整治方案綜合評估值按照計算的權重系數確定。采用G1序關系法求解指標主觀權重流程如下：

步驟二：參評因子xi的權重wi計算。設wk-1/wk為河道整治方案評價因子xk-1與xk的相對重要度，rk為河流治理領域評判專家的理性判斷，其中k=m,m-1,…,2。Ri值在m較大時可取1，專家理性判斷的參考依據如表1。

表1 rk參考賦值及含義

采用下述公式求解河道整治方案評價指標權重wm，即：

(1)

wk-1=rkwk；k=m，m-1,…,2

(2)

步驟三：依據權重系數值確定各參評方案評估值，數學表達式為：

(3)

式中：bij為不同治理方案中各評價因子數據。

1.2 熵值法

客觀賦權法確定權重系數的主要依據為差異驅動理論和各參數包含信息量的大小，該方法考慮了不同指標間的關聯(lián)特性，能夠克服人為主觀判斷對權重計算的干擾，保證了治理方案優(yōu)選的客觀性。目前，比較常用的方法有均方差法熵值法、、拉開檔次法和極差法等，文章對不同治理方案的總體評價值和客觀權重系數考慮選用熵值法確定。

熵值法求解權重系數的重要條件是各項指標提供的數據信息量不同，設第j項指標在第i個決策方案或評價對象中的數值為xij，其中i=1,2,…,m；j=1,2,…,n。給定評價因子j，數值xij的差異越大則用于比較決策方案或參評樣本的作用越高，此參數能夠傳遞的信息和包含的有效數據也越多，在方案決策或目標評價中賦予的權值越大。評價指標權重利用熵值法求解的流程如下：

步驟一：因子特征比重的求解，設評價因子j關于參評樣本i的特征為pij，其表達式為：

(4)

步驟二：采用公式(5)求解評價指標j的的熵值ej，即：

(5)

步驟三：評價指標xj差異性系數的計算。給定評價因子j，數值xij的差異性越低則ej越大，該評價指標能夠比較決策方案的程度越小；反之，xij的差異性越高則ej越小，該評價指標能夠比較決策方案的程度越大。采用下述公式確定差異系數gj，即：

gj=1-ej

(6)

(7)

(8)

1.3 綜合賦權法

w=αw′+βw″

(9)

根據公式(9)可知，運用綜合集成賦權法的核心環(huán)節(jié)是確定待定系數α和β。單位化約束條件下α與β應滿足關系式：

α2+β2=1

(10)

整治方案綜合評估目標值ui采用決策分析的加權法則求解，其數學計算式為：

(11)

一般情況下，決策方案的優(yōu)劣程度與ui值的大小正相關，因此盡可能的增大決策方案綜合評價值之和為權重計算的約束條件，在此基礎上構造的最優(yōu)化模型如下：

(12)

上述最優(yōu)化模型屬于多目標、多因素系統(tǒng)性決策問題，而河道整治方案之間不存在明顯的偏好特征，因此可選用單目標最優(yōu)化模型和加權線性求和法作等價轉換，最優(yōu)化模型可轉化為對下式的求解問題：

(13)

模型的求解公式選用Lagrange函數，通過歸一化處理運算結果獲取最優(yōu)化單目標模型的理想解α*、β*，計算公式如下：

(14)

(15)

(16)

2 滿堂河整治方案優(yōu)選

滿堂河屬于渾河的一級支流，發(fā)源于上木匠村，流經沈陽市渾南區(qū)、沈河區(qū)后于王家灣橡膠壩處匯入渾河，河流全長23.5km，控制面積62.73km2。滿堂河綜合整治工程主要治理沈河段，起點為繞城高速，終點為王家灣橡膠壩，治理段長8.972km，治理目標為綠化河岸、美化環(huán)境、加固護岸、清淤疏通，保證河流的順暢及提升河道的生態(tài)景觀。根據防洪標準和工程情況，工程設計標準為10a一遇防洪，現(xiàn)狀滿堂河沈河區(qū)段大部分河道均無法滿足該標準，按照防洪標準要求需要拓寬或加高河道。該工程項目建設的目是為解決河道淤積，險工及生態(tài)環(huán)境問題，由于河道沿線兩側堤岸靠近岸邊有大量的房屋、菜地大棚、現(xiàn)有的道路等不允許被占用，應業(yè)主要求項目設計過程中不考慮防洪標準。樁號17+500—18+731段河道寬度不滿足6m處按6m拓寬，超過6m處按現(xiàn)有河道寬度清淤整形、清除垃圾；14+500-17+500段、18+731-23+472段河道寬度不滿足8m處按8m拓寬，超過8m處按現(xiàn)有河道寬度清淤整形、清除垃圾、護岸整治、河堤的綠化等[5-9]。

河道整治的關鍵環(huán)節(jié)是合理的選擇護岸形式及河道斷面，考慮河道生態(tài)景觀、農田灌溉、城市防洪等功能要求擬定了四個整治方案。①方案Ⅰ：治理河段全部選用干砌石護坡和單槽斷面形式；②方案Ⅱ：治理河段全部選用砂漿砌石護坡，洪水槽與清水槽雙槽斷面形式；③方案Ⅲ：治理河段為中間洪水槽、兩邊清水槽斷面形式，為混凝土護坡；④方案Ⅳ：治理河段下游選用干砌石護坡、單槽方案，治理段中游為漿砌石護坡、中間洪水槽、兩邊清水槽、方案，治理段上游為綜混凝土護坡、雙槽斷面方案。從土地增值效益x6、洪水資源利用率x5、占地面積x4、環(huán)境協(xié)調性x3、親水性x2、投資成本x1等6個方面評價分析河道整治方案產生的生態(tài)、經濟與社會效益，從而確定最優(yōu)方案。

2.1 主、客觀權重

1)主觀賦權法。采用專家打分法獲取環(huán)境協(xié)調性和親水性等定性指標數值，各河道整治方案中6項指標值計算結果如表2。

表2 河道治理工程評估指標值

2)客觀賦權法。采用正向化和無量綱化公式處理表2中各治理工程初始數值如表3，并以此作為河道整治方案評估樣本值。根據熵值法運算流程和計算公式(4)-(7)得到客觀權向量為：w″=(0.077，0.114，0.261，0.006，0.313，0.229)。

表3 河道治理工程各評估指標無量鋼化數值

2.2 綜合權重

3 結 論

1)對滿堂河沈河區(qū)段河道整治方案選用綜合集成賦權法優(yōu)選，將主客觀權重法相耦合確定綜合權重。該方法考慮了初始有效信息且能夠反映評判者的主觀判斷，各方案利用計算的綜合權重評估具有運算量少、理論清晰等優(yōu)點，最終確定滿堂河沈河區(qū)段最佳整治方案。

2)根據綜合集成法、主觀與客觀賦權法確定的河道整治方案優(yōu)劣排序結果，不同方法的排序結果存在一定差異，綜合集成法兼顧了單一法的優(yōu)點，使得評價結果更加合理、準確，在多要素、多目標方案決策和綜合評價中具有較好的應用價值及應用前景。