柳江流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)研究

摘要：由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜、使用年限較長等問題，柳江流域航道整治工程建筑物出現(xiàn)了損毀甚至失效等問題。為研究柳江流域航道整治工程建筑物服務(wù)性能情況，文章利用模糊分析法結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法，對航道整治建筑物展開了全面評價(jià)研究。結(jié)果表明：2019年柳江流域航道整治工程建筑物的評分為70.75，評分等級為Ⅱ級;航道內(nèi)主要存在的問題在于山區(qū)地貌復(fù)雜、河流速度大，導(dǎo)致大壩壩根及壩面出現(xiàn)較大程度的損毀，應(yīng)當(dāng)采取措施及時(shí)修復(fù)。

關(guān)鍵詞：模糊分析法;貝葉斯網(wǎng)絡(luò);柳江流域;航道整治;工程性能評價(jià)

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：U617.9-A-52-182-4

0 引言

由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜、使用年限較長等問題，我國長江、珠江等流域內(nèi)的航道整治工程建筑物出現(xiàn)了損毀甚至失效等問題[1-3]。因此，對流域整治建筑物展開全面評價(jià)并因地制宜采取措施進(jìn)行處置，對保證航道順利通航具有重要意義。

模糊評價(jià)法是對航道工程及其他工程性能展開全面評價(jià)的重要方法。趙春鋒等[4]基于模糊層次分析法將建設(shè)項(xiàng)目的驗(yàn)收工作分為多個(gè)指標(biāo)，并結(jié)合使用“定性+定量”的評價(jià)方法方法，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目驗(yàn)收工作的準(zhǔn)確評價(jià)。孫海波[5]依托于某水利工程建立該流域的水資源承載能力評價(jià)體系，并采用模糊綜合評價(jià)法對該地區(qū)的水資源承載能力進(jìn)行準(zhǔn)確評估，研究成果為區(qū)域水資源的合理利用和分配工作提供了重要支撐。

綜上所述，現(xiàn)有針對流域整治建筑物工程性能評價(jià)的研究較少。因此，本文利用模糊分析法結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法，對航道整治建筑物展開了全面評價(jià)并提出具體的處置措施。研究成果可為我國各流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)及修復(fù)工作提供一定的指導(dǎo)作用。

1 航道概況

為研究柳江流域航道整治工程建筑物的工程性能，本次研究選取柳江流域某區(qū)段為研究對象，該區(qū)段全長303 km，流經(jīng)都勻市及黔東南苗族侗族自治州，是我國典型的山區(qū)河流。柳江流域在該航道段內(nèi)的河床較為陡峭狹窄，且地形地貌落差大、河流流速快。由于該河段處于貴州山區(qū)，因此航道條件較為復(fù)雜。此外，為改善河道運(yùn)輸條件，在該河段內(nèi)共修建了20余座航道整治建筑物，以保證船只在該航道段內(nèi)的順利通行。由于航道整治工程建筑物使用年限較長，且流域內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，部分航道整治工程建筑物出現(xiàn)了損毀甚至功能缺失問題。因此，利用模糊分析法對柳江流域航道整治工程建筑物性能展開評價(jià)并采取相應(yīng)整治措施，對改善該航道水力運(yùn)輸條件具有十分重要的意義。

2 航道整治工程建筑物評價(jià)模型構(gòu)建

2.1 模糊分析法

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法是利用概率計(jì)算來表示各種因素的不確定性并利用概率計(jì)算方法進(jìn)行推理，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，在一個(gè)完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中存在一定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)之間具有相互依賴性和獨(dú)立性，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)間的相互關(guān)系構(gòu)成一個(gè)具有層次性的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)可以具體劃分為根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)變量或因素，節(jié)點(diǎn)之間具有歸屬性，根節(jié)點(diǎn)層可以向中間節(jié)點(diǎn)層歸納，中間節(jié)點(diǎn)層可以向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)層歸納。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型能夠利用節(jié)點(diǎn)概率和重要性準(zhǔn)確判別某因素的相對權(quán)重，因此能夠應(yīng)用于評價(jià)事物的重要性或性能。

2.2 航道整治工程建筑物評價(jià)指標(biāo)體系

基于柳江流域航道整治工程建筑物性能的基本特性和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法和層次分析法概念，將柳江流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)體系中的影響要素劃分為4個(gè)層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層和指標(biāo)層，具體層遞劃分及要素情況如圖2所示。由圖2可知，本次研究的目標(biāo)層是柳江流域航道整治工程建筑物的技術(shù)狀況和工程性能，準(zhǔn)則層包含功能狀況和結(jié)構(gòu)狀況兩個(gè)方面，其中，功能狀況是基于束水攻沙、河道分流及通航優(yōu)化3個(gè)方面展開評價(jià)，結(jié)構(gòu)狀況是基于結(jié)構(gòu)局部損傷和結(jié)構(gòu)整體損毀狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)的，這5個(gè)因素為要素層。進(jìn)一步劃分指標(biāo)層，束水攻沙可細(xì)分為深寬比、等深線寬度、航槽最小水深以及水流速共4個(gè)指標(biāo);通航優(yōu)化則可以分為壅水高度、急流水速和水面比降共3個(gè)指標(biāo);局部損毀則是從壩頭、壩根、壩面和邊坡4個(gè)不同部位進(jìn)行評價(jià);整體損毀則是包括壩體體積和平均高程兩個(gè)指標(biāo)。由此，柳江流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建完成，主要包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層和指標(biāo)層4個(gè)層次，準(zhǔn)則層包含兩個(gè)準(zhǔn)則，要素層包含5個(gè)要素，指標(biāo)層包含14個(gè)指標(biāo)。

2.3 指標(biāo)評價(jià)分值劃分

文獻(xiàn)[6]和[7]中提出一種新型指標(biāo)評價(jià)體系方法，并驗(yàn)證了該指標(biāo)評價(jià)方法的可行性。本文基于該評價(jià)方法，結(jié)合專家咨詢結(jié)果，最終確定了適用于柳江流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)體系的指標(biāo)評價(jià)方法如表1所示。由表1可知，該評價(jià)方法共分為5個(gè)層次，對應(yīng)不同層次分別評價(jià)得到100、80、60、40和20分。此外，指標(biāo)T9、T10、T11、和T12則需要通過現(xiàn)場調(diào)查其損毀程度給予評分，其中，結(jié)構(gòu)完好則評分為100，結(jié)構(gòu)輕微損毀或垮塌則評分80，結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p毀則評分60，結(jié)構(gòu)大面積損毀且具有繼續(xù)破壞的趨勢則評分40，結(jié)構(gòu)完全損毀以至于無法繼續(xù)發(fā)揮工程性能則評分20。

3 柳江流域航道整治工程建筑物性能評價(jià)

3.1 評價(jià)模型構(gòu)建

基于貝葉斯模糊評價(jià)法構(gòu)建航道整治工程建筑物評價(jià)模型，首先需要構(gòu)建隸屬度矩陣S。其中，Sij為代表各個(gè)不同要素層下的指標(biāo)因子;i表示第i個(gè)要素;j表示某一要素層下的第j個(gè)指標(biāo)。隸屬度矩陣S如式（1）所示：

S=r11r12…r1mr21r22…r2mrn1rn2…rnm（1）

采用降半梯形分布函數(shù)計(jì)算隸屬度，降半梯形分布函數(shù)計(jì)算方法如式（2）所示：

rij=0，Ti≤Vi，j-1，Ti≥Vi，j+1Ti-Vi，j-1Vij-Vi，j-1，Vi，j-1

式中：Ti——實(shí)際取值;

Vij——指標(biāo)Ti在第j評價(jià)等級的標(biāo)準(zhǔn)值;

m——評價(jià)等級數(shù)。

綜上，結(jié)合模糊評價(jià)理論可以將上述隸屬度矩陣轉(zhuǎn)化為根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率，先驗(yàn)概率的計(jì)算方法如式（3）所示：

p=π（dij）∑jπ（dij）（3）

式中：p——某一要素出現(xiàn)的概率;

π（dij）——該要素隸屬于某模糊子集j的可能性。

3.2 數(shù)據(jù)采集與建筑物評分

本次研究通過深入收集查閱柳江流域各航道局、水務(wù)局及水文局等單位網(wǎng)站公布的資料，結(jié)合研究小組現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，獲得了2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物實(shí)際數(shù)據(jù)及所處情況，并對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理篩選與處理，保留真實(shí)有效的研究數(shù)據(jù)，最終得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物實(shí)際評分如表2所示。

3.3 評價(jià)結(jié)果

基于表2數(shù)據(jù)及貝葉斯模糊評價(jià)法可以構(gòu)建2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物評價(jià)隸屬度矩陣如式（4）所示：

S=1000100010000.20.8001000100000.40.6010000.20.80000.40.6000.40.6010000.20.8001000（4）

進(jìn)一步由式（3）將其轉(zhuǎn)化為根節(jié)點(diǎn)模糊概率，轉(zhuǎn)化結(jié)果如表3所示。表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表根據(jù)《內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范》[8]中的評級劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中Ⅰ級為75～100分，Ⅱ級為50～75分，Ⅲ級為25～50分，Ⅳ級為0～25分。

根據(jù)前述章節(jié)評價(jià)方法，最終得到2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物綜合評價(jià)得分技術(shù)概率為D2019=（0.20，0.48，0.27，0.05），則可得到其綜合評價(jià)得分為k=0.20×100+0.48×75+0.27×50+0.05×25=70.75。由此可見，在2019年柳江流域某段航道整治工程建筑物綜合評價(jià)得分<75分，其綜合評價(jià)等級為Ⅱ級。經(jīng)過對航道實(shí)際情況的現(xiàn)場考證，認(rèn)為評價(jià)結(jié)果與航道建筑物的實(shí)際情況符合。

綜上所述，柳江流域航道整治工程建筑物整體評分不高，存在航道運(yùn)行不暢甚至受阻的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合資料查閱及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，柳江流域航道整治工程建筑物主要存在的問題在于航道段內(nèi)地貌落差大、河流流速湍急。此外，由于航道段處于山區(qū)內(nèi)，大范圍存在落石、滑坡等問題，導(dǎo)致航道建筑物尤其是大壩的壩根及壩面均出現(xiàn)了嚴(yán)重的損毀問題。因此，建議及時(shí)采取措施對大壩的壩根及壩面展開全面修復(fù)工作，以保障柳江流域航道的順利通航。

4 結(jié)語

為研究柳江流域航道整治工程建筑物性能實(shí)際情況，本次研究利用模糊分析法結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法，對航道整治工程建筑物展開了全面評價(jià)，并進(jìn)一步指出柳江流域航道整治建筑物存在的問題及應(yīng)對措施。研究得到主要結(jié)論如下：

（1）柳江流域航道整治工程建筑物的評分為70.75，航道整治建筑物評分等級為Ⅱ級，評價(jià)結(jié)果與航道整治建筑物的實(shí)際情況相符合。

（2）柳江流域航道整治建筑物主要存在的問題是航道段內(nèi)地貌落差大、河流流速湍急;大范圍存在落石、滑坡等問題，導(dǎo)致航道建筑物尤其是大壩的壩根及壩面均出現(xiàn)了嚴(yán)重的損毀問題。需要采取措施對大壩的壩根及壩面展開全面修復(fù)工作，以保證柳江流域航道的順利通航。

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[8]JTJ 287-2005，內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：徐開春（1975—），碩士，工程師，主要從事航道工程管理工作。