生态防洪工程是将生态功能与工程功能及安全功能综合考虑,沿江河两岸采取环境保护措施用以保持水土、稳固堤岸、阻挡洪水对防洪堤岸冲击侵蚀的工程。传统的水工建筑物为兴利除害而建,通过在河流上修建一系列的建筑达到改造、控制和调节河流的目的,但是基本都忽略了河流的生态功能和可持续发展需求。此外,现在人们对居住环境的生态要求越来越高,传统水工建筑中生硬的、大面积的灰色混凝土防洪建筑已经不符合城市建设的要求,在一定意义上阻碍了城市的发展建设。因此将生态理念引入到城市河道的防洪工程建设中,修建生态防洪工程,既可以满足城市防洪要求,又能改善生态环境,提高城市居民生活质量。城市生态防洪工程就是在传统防洪工程的基础上增加了对生态设计理念,在设计建造时考虑到水工建筑对河流生态系统、生物多样性和周围环境气候的影响,更加注重河流的自然状态,尽量减少工程措施对河流的影响。但是随着时间的推移,所建成各类生态防洪工程会出现一些技术问题,存在安全隐患,影响工程寿命。生态防洪工程的维护管理并不是简单的进行维修就可以,其内容包括前期对建筑物的风险分析、劣化评价和未来劣化过程预测,选择合适的维修方法在合理的时间进行操作的完整过程。此类工程是近年来治水新思路、新理念的新型综合工程的典型,要按照每种工程设施布置、工程结构特点进行科学有效管理,解决工程实际遇到的运行管理、维修养护的问题,延长工程寿命,提高工程的防洪安全性能、生态安全性能,保障工程的社会经济效益和生态环境效益,需要大量的资金投入和合理科学的维修计划。生态防洪工程将是未来水利工程建设的重要方向,这类工程目前仍处于发展阶段,未来对这类工程的维修养护管理也将投入更多的人力物力财力。因此,考虑生态防洪工程长远利益,将LCC优化理论引入到生态防洪工程的维修管理领域,在保证建筑物的性能的前提下,对维修方案进行比选,给决策者提供性价比较高的、合理的维修计划方案,使维修投入资金发挥最大效益。本文主要研究内容及结果如下:(1)在收集了国内外资料的基础上,综述城市生态防洪工程在国内外的建设与管理情况;水工建筑维修计划的研究背景及发展现状;LCC理论在水工领域的应用与发展;归纳了传统水工建筑、城市生态防洪建筑的病害及产生、发展机理等相关内容。(2)阅读大量相关文献以及实地调查生态防洪工程的现状,对比此类工程与传统水工建筑在选材、研究对象、治理效果等方面的不同,归纳生态防洪工程的破坏类型与特点。基于此建立生态防洪工程劣化评价指标体系,其中增加了河流面貌、生物丰度、河流水质、管理执行以及资金投入的评价指标,使评价结果更加全面。本文以某橡胶坝为例建立二级评价指标体系,总目标定为工程的劣化状态,选择安全性、适用性和耐久性作为评价指标体系中的子目标。采用灰色聚类法和模糊可拓层次分析法相结合的方法对每个具体目标进行评价,最后通过最大隶属度原则确定建筑物最终的劣化等级。(3)从工程风险管理角度出发,基于可靠度理论,用失效概率表示工程的可靠程度。采用基于序列子空间的蒙特卡罗-马尔可夫链算法对城市生态防洪工程进行风险模拟,主要是从稳定性和防冲刷等方面通过计算结构当前的失效概率分析结构目前的风险状态。本文以堤防为实例计算其基础冲刷的风险,最终计算得到失效概率为3.061×10-5,满足Ⅰ级建筑物受到一类破坏和二类破坏的失效概率控制指标和精度要求。(4)由于生态防洪工程中还有许多生态型指标具有不确定性因素,结合可靠度理论应用马尔科夫过程建立生态防洪工程的劣化预测模型,以工程破坏的实际情况为基础,将建筑物的劣化状态等级分为四个等级,据此简化马尔科夫过程中的转移状态矩阵,由于计算过程复杂通过编程实现。本文以某橡胶坝运行11年时的劣化状态为初始向量,通过程序预测其未来20-90年每隔10年时所处的劣化状态等级。(5)将全寿命周期成本(Life Cycle Cost,简称LCC)理论引入到城市生态防洪工程运行维护管理领域,根据生态防洪工程的特点建立基于LCC理论生态防洪工程维修计划优化实用模型,以结构的维修方法和维修时间为决策变量,通过多目标遗传算法编程以维修计划中的成本、使用寿命和性能为目标,对滹沱河城市生态防洪工程维修计划进行优化,寻找合理的最优方案,给决策者提供理论依据。本文以橡胶坝为例,选取常见的维修方法以及对应的维修效果、维修费用,通过程序计算得到79组非劣解(即79组符合约束条件的维修方案),将这些非劣解按照目标分为短期计划、中期计划和长期计划,决策者可以根据工程实际情况和偏好进行决策。