AHP模糊綜合法在泥石流防治工程運行現狀評價中的應用

張國信，劉興榮，周自強，張座雄，賈雪梅

［關鍵詞］ 泥石流攔擋壩；評價體系；AHP模糊綜合法；等級分類

［摘要］ 對治理工程進行效果評價是保障泥石流溝道安全運行的重要環節。以隴南地區泥石流攔擋壩為例，通過野外調查獲取了影響泥石流攔擋壩運行效果的變量信息，采用AHP模糊綜合法，構建了包含4個要素層、13個指標層的綜合評價體系，并對評價結果進行了量化分級，結果表明：隴南地區約94%的攔擋壩達到較優及以上級別，工程運行良好，應吸取成功經驗；評價為較差及以下的攔擋壩約占6%，為帶病運行或失效工程，需要重修或者加固，應引起高度關注。

［中圖分類號］ P642.23［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）06－0045－03

泥石流防治工程的研究多著重于防治前的參數選取和工程結構的更新，對防治工程運行狀況的研究較少，以至于還未形成較成熟的、統一的泥石流防治工程評價方法。王念秦等[1-2]采用層次分析法建立了泥石流防治工程效果后評價指標體系；張文濤等[3]以2019年“8·20”泥石流為背景，結合現場考察，對四川汶川縣臥龍幸福溝泥石流巖土防治工程的治理效果進行了分析和評價；陳寧生等[4]認為防治工程評價應較全面地考慮攔擋壩的攔蓄和調節泥石流固體物質總量及溝道微地貌的變化；叢凱等[5]認為FLO-2D軟件在泥石流治理工程的評價方面具有借鑒和參考意義。以上研究主要針對流域內泥石流防治工程的整體效果進行評價，而針對單體工程運行狀況進行逐一評價的研究較少。本研究使用0.1～0.9標度下的AHP模糊綜合評價法，結合隴南市武都區泥石流防治工程的運行狀況，構建了一套泥石流防治工程評價方法，旨在為單體工程評價提供理論依據。

1研究區概況

武都區位于甘肅省東南部的隴南市中部，屬白龍江流域。氣候由北亞熱帶半濕潤向暖溫帶半干旱過渡，其垂直差異明顯，區內雨量充沛，多集中于4—10月，尤其5—9月易發生強降雨或暴雨事件。武都區為西秦嶺構造的中高山地，山高坡陡、河谷深切，地域內多見侵蝕和剝蝕地貌，脆弱碎屑巖廣布[6]。地表裸露范圍大，未裸露地表由棕壤、黃棕壤、暗棕壤、黃土和松散堆積物覆蓋[7-8]。受濕潤的季風氣候影響和特殊的地質構造作用，武都區成為全國泥石流災害多發區之一[9]。

自“5·12”汶川地震以來，武都區已多次實施泥石流治理工程[10]。治理模式主要為攔排結合，材料多采用漿砌石砌筑，少數采用混凝土或者鋼筋混凝土澆筑。攔排結合的工程措施使泥石流快速形成水石分離，一方面降低了泥石流容重，削減了泥石流的破壞力，另一方面抬高了溝床基準面，減少了溝岸坍塌，改善了流域地質環境[11]。本研究以隴南市武都區54條溝道內167道攔擋壩為例，進行泥石流防治工程運行現狀評價。

2評價模型

武都區的泥石流防治工程已經運行了10余年，降低了泥石流的含沙量和破壞力，達到了治理泥石流的目的。但經過長年累月的泥石流作用后，少數工程已被破壞，部分攔擋工程也局部或全部淤滿。依據調查數據可知，39%的攔擋壩已淤滿，26%的攔擋壩發生了不同程度的破損或基礎下切。現狀條件下這些工程是否還能達到防災效果、是否需要增設加強工程、防治工程自身是否安全等問題，迫切需要一套科學、合理和可量化評價方法進行評估。本研究通過前期設計資料和現狀調查數據對比分析，構建了泥石流防治工程運行現狀評價指標體系，全面地評價了武都區泥石流防治工程的運行現狀。

2.1指標體系的構建

本研究以2008年“5·12”汶川地震以來修建的攔擋壩為研究對象，涉及地理位置為104°34′25″～105°38′28″E、32°47′48″～33°42′25″N。以2019—2020年調查數據為基礎，以資料收集、現場實測、訪問調查及無人機輔助勘測等手段獲取數據，對涉及的54條溝道進行了梳理。根據專家學者、泥石流危害區居民和管理部門的評分結果，最終構建了攔擋壩工程評價體系。其要素層涵蓋了方案布局、施工概況、運行工況和運行效果4個方面，依次用X1、X2、X3和X4表示。根據攔擋壩不同階段發揮的不同作用及特征，在4個要素層下又涵蓋了13個指標層。其評價指標體系見表1。

2.2評價模型的建立

評價模型采用的是AHP模糊綜合法[12-13]，判斷值范圍為0.1～0.9。

2.2.1構建判斷矩陣

根據打分結果，分別對照判斷賦值，構建相應的判斷矩陣。要素層的判斷矩陣為A=u11…u1i… u1m

ui1…uii…uim

um1 … umi…umm（1） 式中：A為m行m列的目標層判斷矩陣；u為要素層判斷值；i為要素層數，i=1，2，…，m。

指標層的判斷矩陣公式為 Xi=v11…v1j…v1n

vj1…vjj…vjn

vn1…vnj…vnn（2）式中：Xi為n行n列的要素層判斷矩陣；v為指標層判斷值；j為指標層數，j=1，2，…，n。

2.2.2求取指標分量及暫時權重

矩陣行向量相乘， 張國信等：AHP模糊綜合法在泥石流防治工程運行現狀評價中的應用得到指標所占分量，公式為Ui=Πmb=1uib（3）

Vij=Πnc=1vjc（4）通過指標所占分量比重獲取暫時權重：Wi=Ui/∑mi=1Ui（5）

Lij=Vij/∑nj=1Vij（6）式中：Ui為要素層各項要素所占分量；Vij為指標層各項指標所占分量；Wi為各要素層暫時權重;Lij為指標層暫時權重。

2.2.3求取最終權重

要素層和指標層所占分量兩兩相乘，可得到指標層的最終權重，公式為Wij=Wi×Lij（7）式中：Wij為指標層的最終權重值。

經計算得出攔擋壩指標層的權重，見表2。

2.2.4求取模糊評價值

泥石流防治工程運行現狀評價由模糊評價值決定，其值越高，說明運行效果越好。求取模糊評價值公式為Kij=Wij×Q（8）式中：Kij為治理工程量化評價值；Q為攔擋壩對應指標層調查值，由專業人員或管理人員打分獲得，分為3個等次，即調查結果優秀（外觀無破損且防御功能強）打3分，中等（外觀有破損但仍有防御功能）打2分，差（失去防御功能）打1分。

3評價與分析

3.1分類等級劃分

本研究使用AHP模糊綜合法進行了攔擋壩防治工程運行情況的評價，對式（8）的評價結果進行了分類，分類間距以等間隔為準，取0.28。再按評價結果進行了分類，將防治工程效果歸納為5個不同等級，依次為差、較差、較優、優和最優。統計結果見表3。

3.2攔擋壩工程效果評價與分析

由表3可知，攔擋壩工程最優的涉及纏坡溝、東江水溝等47條溝的123座壩，占調查攔擋壩的73.7%，此類攔擋壩治理效果突出，當地群眾評價高，屬于精品工程，要作為學習、推廣和科學研究的重點，只要定期進行巡查即可；攔擋壩工程評價優的涉及清水溝、燕兒溝等15條泥石流溝的32座壩，占調查攔擋壩的19.2%，此類攔擋壩工程治理效果較好，能達到治理目的，但存在一定不足，屬于能正常運行工程，要加大運行監管力度，尤其要加強雨季巡查；攔擋壩工程較優的涉及甘家溝、馬槽溝等2條溝的2座壩，占調查攔擋壩的1.2%，是臨界失效工程，此類攔擋壩仍有防治功能，但局部有破損，工程自身具有較大安全隱患，需要及時修復；攔擋壩較差的涉及泥灣溝、馬槽溝等2條溝的7座壩，占調查攔擋壩的4.2%，此類攔擋壩防治功能已明顯不足，需要增加輔助設施和進行壩體修復，屬于帶病工程；攔擋壩工程差的涉及泥灣溝的3座壩，占調查攔擋壩的1.7%，此類攔擋壩結構已損毀，已失去防治泥石流功能，需要重建，屬于失效工程。

在攔擋壩現狀運行中需要重點關注的是評價為較差和差的2個等級，占調查攔擋壩的5.9%，要增加輔助設施、修復或者重新治理。如兩水鎮泥灣溝1～6號攔擋壩性能綜合評價為差或較差，主要原因為災害機理認知度差，參數取值不合理，加上實施難度大，導致設計結構不合理、工程安全性低，已失去攔擋性能，當地居民不滿意。綜合評價泥灣溝壩體受損嚴重，應重新治理。

4結論

本研究使用工作人員現場調查和訪問的數據，構建了隴南市武都區泥石流工程現狀運行評價指標體系，該體系由防治工作的方案布局、施工概況、運行工況和運行效果4個方面組成，采用AHP模糊綜合法進行評價，從而獲得泥石流防治工程指標體系結果值，得出以下結論：

（1）工程評價體系涵蓋了4個要素層、13個指標層，較全面地覆蓋了泥石流防治工程評價指標。

（2）評價結果表明隴南市武都區泥石流防治工程現狀約94%為較優及以上，約6%為差和較差。

（3）采用AHP模糊綜合法得出的評價結果與實際調查較吻合，能較好地評價和預測泥石流治理工程的運行工況，也能較好地優化泥石流治理工程設計方案和完善運行工程的管理措施。

［參考文獻］

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［作者簡介］ 張國信（1987—），男，甘肅靜寧人，助理研究員，碩士，研究方向為地質災害防治；通信作者劉興榮（1979—），男，甘肅靖遠人，研究員，碩士，研究方向為地質災害防治。

［收稿日期］ 2022-05-07

（責任編輯楊傲秋）