引調(diào)水工程中渠線的選擇

引調(diào)水工程中渠線的選擇

0工程段水質(zhì)、水量及方案比選漢江濟(jì)漢工程是嶺南中軸線工程的組成部分。這是一個(gè)大型引水工程。引水線路從長(zhǎng)江龍州出發(fā)，至漢江高碑。供水流量為3503ms，年平均供水量為22.8億hm。工程區(qū)位于漢江平原腹地,跨荊州市、荊門市及潛江市三個(gè)行政區(qū)。本工程共規(guī)劃了9條比選線路,進(jìn)水口有三個(gè):枝江大埠街、荊州龍洲垸、沙市鹽卡;出水口有兩個(gè):潛江高石碑、紅旗碼頭。在淘汰了劣勢(shì)比較明顯的5條渠線方案之后,選取優(yōu)劣不明顯的4條渠線方案進(jìn)行進(jìn)一步比選。即:龍高Ⅰ線、龍高Ⅱ線、高Ⅱ線、鹽高線。1遞階層次結(jié)構(gòu)層次分析法(Theanalytichierarchyprocess)簡(jiǎn)稱AHP法,在20世紀(jì)70年代中期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂(T.L.Saaty)正式提出。它是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。層次分析法的基本思想是:根據(jù)多目標(biāo)決策問(wèn)題的性質(zhì)和總目標(biāo),把問(wèn)題本身按層次進(jìn)行分解,構(gòu)成多目標(biāo)決策問(wèn)題的性質(zhì)和總目標(biāo),構(gòu)造一個(gè)由下而上的遞階層次結(jié)構(gòu)。最高層為解決問(wèn)題的總目標(biāo),稱為目標(biāo)層;若干中間層為實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)所涉及的中間措施、準(zhǔn)則,稱為準(zhǔn)則層(若有多個(gè)中間層,則準(zhǔn)則層之下為子準(zhǔn)則層,或稱為指標(biāo)層);最底層為解決問(wèn)題所選用的各種方案,稱為方案層。相鄰上下層元素之間存在著特定的邏輯關(guān)系,將上層次的每一個(gè)元素同它有著邏輯關(guān)系的下層元素用直線連接起來(lái),就構(gòu)成了遞階層次結(jié)構(gòu)模型。對(duì)于一個(gè)決策問(wèn)題,分成有序的層次結(jié)構(gòu)以后,對(duì)每一個(gè)上層元素,考慮與其有邏輯關(guān)系的下層元素,并在它們之間進(jìn)行兩兩比較判斷,判斷的結(jié)果用定量數(shù)字給出,并表示在一個(gè)矩陣中,這樣的矩陣稱為“判斷矩陣”。從判斷矩陣的最大特征值及其特征向量,確定每一層次中各元素的相對(duì)重要性排序的權(quán)值。通過(guò)對(duì)各層次的綜合,進(jìn)而給出對(duì)目標(biāo)層而言方案的總排序權(quán)重,并依此來(lái)確定最優(yōu)方案。2每個(gè)接收線的主要特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)2.1潛江市高碑段4條比選渠線主要特征見(jiàn)表1、表2。龍高Ⅰ線:進(jìn)口為荊州龍洲垸,出口為潛江高石碑,渠首位于荊州市李埠鎮(zhèn)龍洲垸長(zhǎng)江左岸,干渠渠線沿北東向穿荊江大堤、318國(guó)道、宜黃高速公路后,以近東西向穿過(guò)廟湖、荊沙鐵路、襄荊高速、海子湖后,折向北東向穿拾橋河、穿長(zhǎng)湖、殷家河、西荊河后,在潛江市高石碑鎮(zhèn)北穿過(guò)漢江干堤入漢江。龍高Ⅱ線:進(jìn)口為龍洲垸,出口為高石碑,龍洲垸—海子湖段、彭冢湖—高石碑段與龍高Ⅰ線重合,中段利用長(zhǎng)湖作為調(diào)節(jié)水庫(kù),長(zhǎng)湖—高石碑段的進(jìn)水口位于毛李鎮(zhèn)李家灣長(zhǎng)湖邊。龍洲垸—海子湖段渠道長(zhǎng)21.65km,長(zhǎng)湖—高石碑段渠道長(zhǎng)21.85km,加固長(zhǎng)湖圍堤長(zhǎng)47.27km。高Ⅱ線:進(jìn)口位于枝江市七星臺(tái)鎮(zhèn)大埠街,干渠向東穿過(guò)下百里洲、沮漳河、荊江大堤,從荊州城北邊穿過(guò)滬渝高速公路,然后向東偏北穿過(guò)廟湖、荊沙鐵路、襄荊高速、海子湖及拾橋河后,經(jīng)過(guò)蛟尾鎮(zhèn)北,穿長(zhǎng)湖、殷家河、西荊河,在潛江市高石碑鎮(zhèn)北穿過(guò)漢江干堤入漢江。鹽高線:進(jìn)口為沙市鹽卡,出口為高石碑。渠首穿荊江大堤后,渠線沿東北向穿西干渠、滬渝高速公路,在文崗入長(zhǎng)湖、穿西荊河,于高石碑鎮(zhèn)北穿漢江干堤入漢江。2.2減少拆遷及地基處理量選線原則:①進(jìn)出口位置條件優(yōu)越;②盡量減少開(kāi)挖工程量,減少棄渣占?jí)和恋?③盡可能避開(kāi)密集居民點(diǎn),減少拆遷量;④盡可能避開(kāi)江漢油田及其它工礦企業(yè);⑤盡可能繞過(guò)國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位紀(jì)南城與楚漢墓葬群等;⑥盡量避開(kāi)現(xiàn)有公路、高壓線等;⑦盡量做到渠道不淤或有利于建設(shè)沖沙、沉沙設(shè)施;⑧渠深合適,有利于渠道縱坡及不同地質(zhì)條件的邊坡設(shè)計(jì);⑨盡量避開(kāi)不利地質(zhì)條件,減少地基處理工程量。各比選渠線優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3。3采用層次分析法對(duì)候選人方案進(jìn)行比較3.1遞階層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方案渠線比選涉及到的因素眾多,且相互關(guān)聯(lián),是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。針對(duì)這類復(fù)雜的決策問(wèn)題,首先對(duì)問(wèn)題所涉及的因素進(jìn)行分類,然后構(gòu)造一個(gè)各因素之間相互聯(lián)結(jié)的層次結(jié)構(gòu)模型。因素分類如下:(1)目標(biāo)類,渠線比選的目的是從4條渠線中選擇一條綜合效益最佳的線路,即為目標(biāo)層(A)。(2)措施類,4條備選方案構(gòu)成了遞階層次結(jié)構(gòu)模型的最底層,即方案層(D)。4個(gè)方案依次為龍高Ⅰ線(D1方案),龍高Ⅱ線(D2方案),高Ⅱ線(D3方案),鹽高線(D4方案)。(3)準(zhǔn)則類(或制約因素類),對(duì)于這種大型的引調(diào)水工程來(lái)說(shuō),決策問(wèn)題比較復(fù)雜,準(zhǔn)則類可分解為若干層次,或稱之為中間層。本層次結(jié)構(gòu)模型的中間層由準(zhǔn)則層和指標(biāo)層構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)目的,遵循選線原則,確定將自然條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、綜合利用、環(huán)境影響、社會(huì)效益五個(gè)要素作為層次結(jié)構(gòu)模型的準(zhǔn)則層(B)。將上述五個(gè)要素展開(kāi),自然條件細(xì)分為進(jìn)口水位與河勢(shì)、工程地質(zhì)條件、自流條件;經(jīng)濟(jì)指標(biāo)展開(kāi)為工程投資、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、年運(yùn)行費(fèi)用三個(gè)方面;防洪灌溉、發(fā)電、通航、旅游構(gòu)成評(píng)價(jià)綜合利用的要素;環(huán)境影響從泥沙沉積與生態(tài)改善兩方面著眼;社會(huì)效益體現(xiàn)在地方經(jīng)濟(jì)與移民安置兩處。展開(kāi)后的十四個(gè)因子構(gòu)成層次結(jié)構(gòu)模型的子準(zhǔn)則層,即指標(biāo)層(C)。根據(jù)上述因素分類,建立層次結(jié)構(gòu)模型。本工程層次結(jié)構(gòu)模型分為4個(gè)層次(見(jiàn)圖1)。3.2判斷矩陣的建立判斷矩陣是AHP工作的出發(fā)點(diǎn),AHP的信息基礎(chǔ)是人們對(duì)每一層次各因素的相對(duì)重要性給出的判斷,這些判斷用數(shù)值表示出來(lái),寫成矩陣形式就是判斷矩陣。判斷矩陣的量化由各因素之間進(jìn)行兩兩比較確定,根據(jù)專家打分法,采取1～9標(biāo)度給出。假定A層中元素Ak與下一層B1、B2、……、Bn有聯(lián)系,則構(gòu)造的判斷矩陣見(jiàn)表4所示。其中,bij表示對(duì)于Ak而言,Bi對(duì)Bj的相對(duì)重要性的數(shù)值表現(xiàn),通常bij可取1、2、……、9及它們的倒數(shù),其取值可通過(guò)專家咨詢法來(lái)確定。顯然,對(duì)于判斷矩陣中的元素應(yīng)滿足:bii=1、bij=1/bji(i、j=1,2,……,n)。當(dāng)判斷矩陣中元素滿足bij=bik/bjk(i、j、k=1,2,……,n)時(shí),則稱判斷具有一致性。目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層B的判斷矩陣見(jiàn)表5。準(zhǔn)則層B與指標(biāo)層C的判斷矩陣見(jiàn)表6～7。指標(biāo)層C與方案層D的判斷矩陣見(jiàn)表8～12。3.3致性檢驗(yàn)依據(jù)層次分析法計(jì)算原理,需對(duì)各判斷矩陣進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)。層次單排序是指根據(jù)判斷矩陣計(jì)算對(duì)于上一層某元素而言,本層次與之有聯(lián)系的元素相對(duì)重要性次序的權(quán)值。層次單排序要計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及其特征向量。記判斷矩陣的最大特征根為λmax,與最大特征根相對(duì)應(yīng)的特征向量記為W(向量W要作歸一化處理),那么向量W的分量wi則為相應(yīng)元素排序的權(quán)值。一致性檢驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)判斷矩陣的構(gòu)造是否合理,其檢驗(yàn)指標(biāo)CI計(jì)算公式為:CI=(λmax-n)/(n-1)式中:λmax——判斷矩陣的最大特征值;n——判斷矩陣的階數(shù)。判斷矩陣是否具有滿意的一致性,還需要利用判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。RI的取值可通過(guò)查表給出。對(duì)于1～9階判斷矩陣,其取值見(jiàn)表13。當(dāng)判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI<0.1時(shí),則認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性,否則需要調(diào)整判斷矩陣。通過(guò)計(jì)算,各判斷矩陣的最大特征值及其特征向量如下:(1)A-B判斷矩陣λmax=5.2276WBA=[0.11740.45500.30190.08510.0406]該判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI=0.0569,CR=0.0508<0.1,判斷矩陣具有滿意的一致性。(2)B-C判斷矩陣計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表14。判斷矩陣中,CRk(k=1,2,3,4,5)均<0.1,判斷矩陣具有滿意的一致性。(3)C-D判斷矩陣計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表15。判斷矩陣中,CRk(k=1,2,3,……,14)均<0.1,判斷矩陣具有滿意的一致性。3.4層次總排序的一致性檢驗(yàn)層次總排序?qū)嶋H上就是計(jì)算方案層中的各個(gè)方案對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)向量。利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果,就可以計(jì)算針對(duì)上一層次而言,本層次所有元素的相對(duì)重要性的權(quán)值,即層次總排序。層次總排序是從上到下逐層順序進(jìn)行,逐層合成的。準(zhǔn)則層(B)相對(duì)于目標(biāo)層(A)的排序向量為WBA=[0.11740.45500.30190.08510.0406],表示準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。指標(biāo)層(C)相對(duì)于目標(biāo)層(A)的組合權(quán)向量計(jì)算為:WCA=WBA×WCB=|0.22970.17210.57500.16670.25000.12200.72580.12010.83330.75000.64830.10200.242700000.062100|×|0.11740.45500.30190.08510.0406|=[0.0270,0.0143,0.0761,0.0783,0.3303,0.0464,0.1736,0.0363,0.0733,0.0187,0.0142,0.0709,0.0102,0.0305]∣∣∣∣∣∣0.22970.12200.648300.17210.72580.102000.57500.12010.24270.06210.16670.8333000.25000.750000∣∣∣∣∣∣×∣∣∣∣∣∣∣0.11740.45500.30190.08510.0406∣∣∣∣∣∣∣=[0.0270,0.0143,0.0761,0.0783,0.3303,0.0464,0.1736,0.0363,0.0733,0.0187,0.0142,0.0709,0.0102,0.0305]同樣的,方案層(D)相對(duì)于目標(biāo)層(A)的組合權(quán)重向量計(jì)算結(jié)果如下:WDA=WCA×WDC=|0.34390.14390.22720.2850|WDA=WCA×WDC=∣∣∣∣∣∣0.34390.14390.22720.2850∣∣∣∣∣∣為評(píng)價(jià)層次總排序計(jì)算結(jié)果的一致性,也需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)計(jì)算自上而下逐層進(jìn)行,其檢驗(yàn)公式如下:CR=CΙ/RΙ=(m∑jwjCΙj)/(m∑jwjRΙj)根據(jù)計(jì)算結(jié)果,層次總排序一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CR<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)。說(shuō)明層次總排序的權(quán)向量是合理的。根據(jù)層次分析結(jié)果,4條比較渠線相對(duì)于最優(yōu)方案的權(quán)重系數(shù)分別為:龍高Ⅰ線(D1方案)為0.3439,龍高Ⅱ線(D2方案)為0.1439,高Ⅱ線(D3方案)為0.2272,鹽高線(D4方案)為0.2850。其總排序?yàn)?龍高Ⅰ線,鹽高線,高Ⅱ線,龍高Ⅱ線,亦即龍高Ⅰ