引调水工程中渠线的选择

引调水工程中渠线的选择

0工程段水质、水量及方案比选汉江济汉工程是岭南中轴线工程的组成部分。这是一个大型引水工程。引水线路从长江龙州出发，至汉江高碑。供水流量为3503ms，年平均供水量为22.8亿hm。工程区位于汉江平原腹地,跨荆州市、荆门市及潜江市三个行政区。本工程共规划了9条比选线路,进水口有三个:枝江大埠街、荆州龙洲垸、沙市盐卡;出水口有两个:潜江高石碑、红旗码头。在淘汰了劣势比较明显的5条渠线方案之后,选取优劣不明显的4条渠线方案进行进一步比选。即:龙高Ⅰ线、龙高Ⅱ线、高Ⅱ线、盐高线。1递阶层次结构层次分析法(Theanalytichierarchyprocess)简称AHP法,在20世纪70年代中期由美国运筹学家托马斯·塞蒂(T.L.Saaty)正式提出。它是一种定性和定量相结合、系统化、层次化的分析方法。层次分析法的基本思想是:根据多目标决策问题的性质和总目标,把问题本身按层次进行分解,构成多目标决策问题的性质和总目标,构造一个由下而上的递阶层次结构。最高层为解决问题的总目标,称为目标层;若干中间层为实现总目标所涉及的中间措施、准则,称为准则层(若有多个中间层,则准则层之下为子准则层,或称为指标层);最底层为解决问题所选用的各种方案,称为方案层。相邻上下层元素之间存在着特定的逻辑关系,将上层次的每一个元素同它有着逻辑关系的下层元素用直线连接起来,就构成了递阶层次结构模型。对于一个决策问题,分成有序的层次结构以后,对每一个上层元素,考虑与其有逻辑关系的下层元素,并在它们之间进行两两比较判断,判断的结果用定量数字给出,并表示在一个矩阵中,这样的矩阵称为“判断矩阵”。从判断矩阵的最大特征值及其特征向量,确定每一层次中各元素的相对重要性排序的权值。通过对各层次的综合,进而给出对目标层而言方案的总排序权重,并依此来确定最优方案。2每个接收线的主要特点和优缺点2.1潜江市高碑段4条比选渠线主要特征见表1、表2。龙高Ⅰ线:进口为荆州龙洲垸,出口为潜江高石碑,渠首位于荆州市李埠镇龙洲垸长江左岸,干渠渠线沿北东向穿荆江大堤、318国道、宜黄高速公路后,以近东西向穿过庙湖、荆沙铁路、襄荆高速、海子湖后,折向北东向穿拾桥河、穿长湖、殷家河、西荆河后,在潜江市高石碑镇北穿过汉江干堤入汉江。龙高Ⅱ线:进口为龙洲垸,出口为高石碑,龙洲垸—海子湖段、彭冢湖—高石碑段与龙高Ⅰ线重合,中段利用长湖作为调节水库,长湖—高石碑段的进水口位于毛李镇李家湾长湖边。龙洲垸—海子湖段渠道长21.65km,长湖—高石碑段渠道长21.85km,加固长湖围堤长47.27km。高Ⅱ线:进口位于枝江市七星台镇大埠街,干渠向东穿过下百里洲、沮漳河、荆江大堤,从荆州城北边穿过沪渝高速公路,然后向东偏北穿过庙湖、荆沙铁路、襄荆高速、海子湖及拾桥河后,经过蛟尾镇北,穿长湖、殷家河、西荆河,在潜江市高石碑镇北穿过汉江干堤入汉江。盐高线:进口为沙市盐卡,出口为高石碑。渠首穿荆江大堤后,渠线沿东北向穿西干渠、沪渝高速公路,在文岗入长湖、穿西荆河,于高石碑镇北穿汉江干堤入汉江。2.2减少拆迁及地基处理量选线原则:①进出口位置条件优越;②尽量减少开挖工程量,减少弃渣占压土地;③尽可能避开密集居民点,减少拆迁量;④尽可能避开江汉油田及其它工矿企业;⑤尽可能绕过国家重点文物保护单位纪南城与楚汉墓葬群等;⑥尽量避开现有公路、高压线等;⑦尽量做到渠道不淤或有利于建设冲沙、沉沙设施;⑧渠深合适,有利于渠道纵坡及不同地质条件的边坡设计;⑨尽量避开不利地质条件,减少地基处理工程量。各比选渠线优缺点见表3。3采用层次分析法对候选人方案进行比较3.1递阶层次结构模型的构建方案渠线比选涉及到的因素众多,且相互关联,是一个复杂的系统工程。针对这类复杂的决策问题,首先对问题所涉及的因素进行分类,然后构造一个各因素之间相互联结的层次结构模型。因素分类如下:(1)目标类,渠线比选的目的是从4条渠线中选择一条综合效益最佳的线路,即为目标层(A)。(2)措施类,4条备选方案构成了递阶层次结构模型的最底层,即方案层(D)。4个方案依次为龙高Ⅰ线(D1方案),龙高Ⅱ线(D2方案),高Ⅱ线(D3方案),盐高线(D4方案)。(3)准则类(或制约因素类),对于这种大型的引调水工程来说,决策问题比较复杂,准则类可分解为若干层次,或称之为中间层。本层次结构模型的中间层由准则层和指标层构成。根据设计目的,遵循选线原则,确定将自然条件、经济指标、综合利用、环境影响、社会效益五个要素作为层次结构模型的准则层(B)。将上述五个要素展开,自然条件细分为进口水位与河势、工程地质条件、自流条件;经济指标展开为工程投资、技术经济指标、年运行费用三个方面;防洪灌溉、发电、通航、旅游构成评价综合利用的要素;环境影响从泥沙沉积与生态改善两方面着眼;社会效益体现在地方经济与移民安置两处。展开后的十四个因子构成层次结构模型的子准则层,即指标层(C)。根据上述因素分类,建立层次结构模型。本工程层次结构模型分为4个层次(见图1)。3.2判断矩阵的建立判断矩阵是AHP工作的出发点,AHP的信息基础是人们对每一层次各因素的相对重要性给出的判断,这些判断用数值表示出来,写成矩阵形式就是判断矩阵。判断矩阵的量化由各因素之间进行两两比较确定,根据专家打分法,采取1～9标度给出。假定A层中元素Ak与下一层B1、B2、……、Bn有联系,则构造的判断矩阵见表4所示。其中,bij表示对于Ak而言,Bi对Bj的相对重要性的数值表现,通常bij可取1、2、……、9及它们的倒数,其取值可通过专家咨询法来确定。显然,对于判断矩阵中的元素应满足:bii=1、bij=1/bji(i、j=1,2,……,n)。当判断矩阵中元素满足bij=bik/bjk(i、j、k=1,2,……,n)时,则称判断具有一致性。目标层A与准则层B的判断矩阵见表5。准则层B与指标层C的判断矩阵见表6～7。指标层C与方案层D的判断矩阵见表8～12。3.3致性检验依据层次分析法计算原理,需对各判断矩阵进行层次单排序及一致性检验。层次单排序是指根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言,本层次与之有联系的元素相对重要性次序的权值。层次单排序要计算判断矩阵的最大特征值及其特征向量。记判断矩阵的最大特征根为λmax,与最大特征根相对应的特征向量记为W(向量W要作归一化处理),那么向量W的分量wi则为相应元素排序的权值。一致性检验的目的是为了检验判断矩阵的构造是否合理,其检验指标CI计算公式为:CI=(λmax-n)/(n-1)式中:λmax——判断矩阵的最大特征值;n——判断矩阵的阶数。判断矩阵是否具有满意的一致性,还需要利用判断矩阵的平均随机一致性指标。RI的取值可通过查表给出。对于1～9阶判断矩阵,其取值见表13。当判断矩阵的随机一致性比率CR=CI/RI<0.1时,则认为判断矩阵具有满意的一致性,否则需要调整判断矩阵。通过计算,各判断矩阵的最大特征值及其特征向量如下:(1)A-B判断矩阵λmax=5.2276WBA=[0.11740.45500.30190.08510.0406]该判断矩阵的一致性指标CI=0.0569,CR=0.0508<0.1,判断矩阵具有满意的一致性。(2)B-C判断矩阵计算结果见表14。判断矩阵中,CRk(k=1,2,3,4,5)均<0.1,判断矩阵具有满意的一致性。(3)C-D判断矩阵计算结果见表15。判断矩阵中,CRk(k=1,2,3,……,14)均<0.1,判断矩阵具有满意的一致性。3.4层次总排序的一致性检验层次总排序实际上就是计算方案层中的各个方案对于目标层的权向量。利用同一层次中所有层次单排序的结果,就可以计算针对上一层次而言,本层次所有元素的相对重要性的权值,即层次总排序。层次总排序是从上到下逐层顺序进行,逐层合成的。准则层(B)相对于目标层(A)的排序向量为WBA=[0.11740.45500.30190.08510.0406],表示准则层相对于目标层的权重。指标层(C)相对于目标层(A)的组合权向量计算为: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]同样的,方案层(D)相对于目标层(A)的组合权重向量计算结果如下:WDA=WCA×WDC=|0.34390.14390.22720.2850|WDA=WCA×WDC=∣∣∣∣∣∣0.34390.14390.22720.2850∣∣∣∣∣∣为评价层次总排序计算结果的一致性,也需要进行一致性检验。该检验计算自上而下逐层进行,其检验公式如下:CR=CΙ/RΙ=(m∑jwjCΙj)/(m∑jwjRΙj)根据计算结果,层次总排序一致性检验指标CR<0.1,满足一致性检验。说明层次总排序的权向量是合理的。根据层次分析结果,4条比较渠线相对于最优方案的权重系数分别为:龙高Ⅰ线(D1方案)为0.3439,龙高Ⅱ线(D2方案)为0.1439,高Ⅱ线(D3方案)为0.2272,盐高线(D4方案)为0.2850。其总排序为:龙高Ⅰ线,盐高线,高Ⅱ线,龙高Ⅱ线,亦即龙高Ⅰ