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[摘 要]堤防工程作为防洪工程体系的重要组成部分，是防御洪水的最后一道屏障。堤防工程的安全是关系到国计民生的大事，因此研究堤防工程安全综合评价方法具有重要的理论意义和实用价值，本文结合堤防工程特点，对层次分析法、人工神经网络法、集对分析法、突变理论等几种堤防工程安全评价方法进行了探讨。
[关键词]堤防工程 安全评价 评价方法
中图分类号：TV87 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）22―0458―01
0.引言
堤防工程是防洪工程体系的重要组成部分，是抵御洪水、保障两岸人民生命财产安全的基本设施和最后防线。新中国成立以来，我国已累计修筑堤防28.69万km，是新中国刚成立时的七倍。进入九十年代以来，我国各大江河流域相继发生了特大或较大洪水，堤防工程在抵御洪水中发挥了重要作用，但于此同时也暴露出了许多问题，由于堤防安全受多种因素影响，且其作用机理复杂，一旦失事危害巨大。对其进行科学合理的评价是很有必要的。鉴于此，本文结合堤防工程特点对几种堤防工程安全评价方法进行了探讨。
1.堤防工程特点
堤防工程的安全涉及到堤防、堤岸防护工程以及穿堤建筑物的安全等。由于堤防与土石坝相比虽有相似之处，但从安全评估角度来看则有重大区别，主要表现在：从堤防建设看，堤防多是在民埝基础上逐渐加高形成的，大多未经过地质勘探和地基处理，填筑质量也未严格控制，并且历经多次抢险、战乱、动物的破坏，堤身、堤基情况非常复杂；从安全监测角度看，堤防高度低但轴线长，水文地质条件、隐患分布沿线随机性变化很大，受监测技术、经费以及管理条件的限制，在土石坝上成功使用的监测技术在堤防上却难以操作；从运行条件看，水库水位的控制可以人为调节，而堤防虽然临河水位作用水头较小，但是其水位和河势却难以做到有效的调控，呈现河水来去迅猛、河势多变的特点，甚至中小洪水也会直接影响堤防的安全；从安全的保障措施来看，堤防隐患分布及发生险情的随机性，增加了查险抢险等人为非工程措施在堤防安全保障中所占的比重。
2.堤防工程安全评价的重要性
在水利界，存在堤坝工程重大事故的危险，虽说发生这种事故的概率很小，但其后果却极为严重。因此，堤防工程的安全评价意义重大。目前，堤防工程安全评价的重要性已经引起国内有关方面的重视。《堤防工程设计规范》[1]10.1.2就明确规定：“堤防的安全鉴定是对所研究堤段的抗洪能力的综合检验和评价，是堤防加固设计前期的重要组成部分。”10.1.1也明确规定：“已建堤防的堤身或堤基隐患严重，或洪水期发生过较大险情，经安全鉴定认为堤的断面尺寸、强度及稳定性不能满足防汛安全要求的，均应进行加固。”
堤防工程安全评价是对整个堤防和各个堤段安全程度作出的全面论证，对可能造成堤防失事的原因进行全面科学的分析研究，这些成果是防洪决策时必不可少的参考资料。
3.堤防工程安全评价方法
由前面所述的堤防工程的特点我们可知，堤防安全是一个高度复杂的非线性系统，它受多种因素影响，而且各因素间相互作用、相互联系。鉴于堤防工程安全评价的重要性，为了实现堤防工程安全评价的定量化、模型化，利用现代新的科学理论方法和手段开展堤防工程安全评价方法的研究是目前亟待解决的核心和热点。为此，本文对几种堤防工程安全评价方法进行了探讨。
3.1 层次分析法
层次分析法（AHP）是一种实用的多准则决策方法。它适合于具有复杂层次结构的多指标决策问题。具有实用性、系统性、简洁性等优点。将层次分析法用于堤防工程安全评价，能够较为全面地考虑影响堤防安全的主要因素，反映堤防的综合安全状况。建立恰当的堤防工程安全调查和安全评价体系，有助于提高堤防工程安全评价的定量化，科学化。
3.2 人工神经网络法
人工神经网络是一种大规模并行分布处理的非线性的信息处理系统，它从模拟人脑的形象思维入手，由许多彼此之间高度连接的模仿大脑中的神经元设计成的处理单元组成。这些处理单元由大量加权重链接联系在一起，通过这些链接可以传递信号。
基于人工神经网络模型的堤防工程安全评价，具有考虑因素系统、全面、各种影响因素定量化特点，且计算方便快捷。网络不需预先给出一定的模型，只需提供一组训练样本对其训练，从而确定输入数据和输出数据的某种非线性关系，相当于某种函数对应关系。当网络训练完成以后，网络通过该种训练所建立的对应关系来对需预测的数据进行处理，以得出结果，即对堤防工程的安全评价。但神经网络模型有一定的适用范围和局限性，传统的数值方法也具有许多独特的特点，因此在工程实际中，对于一些复杂问题通过多种途径和方法相结合，则能取得更为理想的效果。
3.3集对分析法
集对分析理论（SPA）[4]是将确定与不确定视作一个确定不确定系统，并将确定性分为“同一”与“对立”两方面，将不确定性称为“差异”，从同一性、差异性和对立性三方面研究系统的不确定性。集对是指由一定联系的集合X和集合Y构成的对子。假设集合有N个特性，其中S个特性为XY共同拥有，P个特性为X、Y对立，其余L个特性关系不确定，则X、Y集合的联系度为：
式中，a、b、c分别为X与Y的同一度、差异度、对立度；i为差异度系数，取[-1，1]；j为对立度系数，取-1。
将集对分析理论引入堤防工程安全评价中，构建基于模糊集对分析的安全评价模型，能够分析比较评价样本与评价指标标准间的联系度，对样本中各指标进一步做同一、差异、对立的集对分析，依据调整计算后的联系度，按集对分析评价原则安全评价各样本。
3.4 突变理论
突变评价法[5]又称突变模糊隶属函数，它把受多个控制变量影响的复杂系统看成一个矛盾体系，把系统的各控制变量看成内部矛盾的诸方面，系统状态是它们斗争统一的结果，根据它们对状态变量作用的不同，可把它们分为矛盾的主、次方面。该方法减少了评价中的主观性，且计算简单、方便。
将突变理论引入堤防工程安全评价中，首先根据突变评价原理和堤防工程安全机制构建堤防工程安全评价指标体系，以此为基础，采用专家打分法获得各底层评价指标的评价值，并根据各指标的性质分别按“越大越优”或“越小越优”的原则采用隶属度函数法将各指标的原始数值转换为0～1的突变级数，然后利用突变评价的各归一公式由底层逐层向上进行归一化计算，最后得到最高层评价指标，即为堤防工程安全的总的隶属函数，据此可对堤防工程安全进行评价。
4.结 语
堤防工程是一个庞大的动态工程系统，堤防工程安全评价也是一个复杂的经济技术问题，它具有层次性和动态性的特点。为了能够全面的、科学合理的开展堤防工程安全评价，实现堤防工程安全评价的定量化、模型化。本文介绍了几种堤防工程安全评价方法，并结合堤防工程的特点和安全评价的实际对每一种评价方法的原理、适用范围以及优缺点进行了探讨。为后期的堤防工程安全评价研究提供参考，推进堤防工程安全评价的进一步发展。
参考文献
[1] 水利部水利水电规划设计总院，水利部黄河水利委员会，广西自治区水利厅，等.堤防工程设计规范（GB50286-98）[S].北京：中国计划出版社，1998
[2] 刘家学.定量型多指标决策的层次分析法探讨[J].运筹与管理，1996，5（3）：10～15
[3] 郭杜峰，毛彦龙，高德彬，等.基于人工神经网络的公路黄土高边坡稳定性预测研究[J].公路交通科技，2005，（S2）：63～66
[4] 陳 晶，王文圣，陈 媛.基于集对分析的全国生态环境质量评价研究[J].水电能源科学，2009，27（2）：40～43
[5] 周绍江.突变理论在环境影响评价中的应用[J].人民长江，2003，34（2）：52～54
[关键词]堤防工程 安全评价 评价方法
中图分类号：TV87 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）22―0458―01
0.引言
堤防工程是防洪工程体系的重要组成部分，是抵御洪水、保障两岸人民生命财产安全的基本设施和最后防线。新中国成立以来，我国已累计修筑堤防28.69万km，是新中国刚成立时的七倍。进入九十年代以来，我国各大江河流域相继发生了特大或较大洪水，堤防工程在抵御洪水中发挥了重要作用，但于此同时也暴露出了许多问题，由于堤防安全受多种因素影响，且其作用机理复杂，一旦失事危害巨大。对其进行科学合理的评价是很有必要的。鉴于此，本文结合堤防工程特点对几种堤防工程安全评价方法进行了探讨。
1.堤防工程特点
堤防工程的安全涉及到堤防、堤岸防护工程以及穿堤建筑物的安全等。由于堤防与土石坝相比虽有相似之处，但从安全评估角度来看则有重大区别，主要表现在：从堤防建设看，堤防多是在民埝基础上逐渐加高形成的，大多未经过地质勘探和地基处理，填筑质量也未严格控制，并且历经多次抢险、战乱、动物的破坏，堤身、堤基情况非常复杂；从安全监测角度看，堤防高度低但轴线长，水文地质条件、隐患分布沿线随机性变化很大，受监测技术、经费以及管理条件的限制，在土石坝上成功使用的监测技术在堤防上却难以操作；从运行条件看，水库水位的控制可以人为调节，而堤防虽然临河水位作用水头较小，但是其水位和河势却难以做到有效的调控，呈现河水来去迅猛、河势多变的特点，甚至中小洪水也会直接影响堤防的安全；从安全的保障措施来看，堤防隐患分布及发生险情的随机性，增加了查险抢险等人为非工程措施在堤防安全保障中所占的比重。
2.堤防工程安全评价的重要性
在水利界，存在堤坝工程重大事故的危险，虽说发生这种事故的概率很小，但其后果却极为严重。因此，堤防工程的安全评价意义重大。目前，堤防工程安全评价的重要性已经引起国内有关方面的重视。《堤防工程设计规范》[1]10.1.2就明确规定：“堤防的安全鉴定是对所研究堤段的抗洪能力的综合检验和评价，是堤防加固设计前期的重要组成部分。”10.1.1也明确规定：“已建堤防的堤身或堤基隐患严重，或洪水期发生过较大险情，经安全鉴定认为堤的断面尺寸、强度及稳定性不能满足防汛安全要求的，均应进行加固。”
堤防工程安全评价是对整个堤防和各个堤段安全程度作出的全面论证，对可能造成堤防失事的原因进行全面科学的分析研究，这些成果是防洪决策时必不可少的参考资料。
3.堤防工程安全评价方法
由前面所述的堤防工程的特点我们可知，堤防安全是一个高度复杂的非线性系统，它受多种因素影响，而且各因素间相互作用、相互联系。鉴于堤防工程安全评价的重要性，为了实现堤防工程安全评价的定量化、模型化，利用现代新的科学理论方法和手段开展堤防工程安全评价方法的研究是目前亟待解决的核心和热点。为此，本文对几种堤防工程安全评价方法进行了探讨。
3.1 层次分析法
层次分析法（AHP）是一种实用的多准则决策方法。它适合于具有复杂层次结构的多指标决策问题。具有实用性、系统性、简洁性等优点。将层次分析法用于堤防工程安全评价，能够较为全面地考虑影响堤防安全的主要因素，反映堤防的综合安全状况。建立恰当的堤防工程安全调查和安全评价体系，有助于提高堤防工程安全评价的定量化，科学化。
3.2 人工神经网络法
人工神经网络是一种大规模并行分布处理的非线性的信息处理系统，它从模拟人脑的形象思维入手，由许多彼此之间高度连接的模仿大脑中的神经元设计成的处理单元组成。这些处理单元由大量加权重链接联系在一起，通过这些链接可以传递信号。
基于人工神经网络模型的堤防工程安全评价，具有考虑因素系统、全面、各种影响因素定量化特点，且计算方便快捷。网络不需预先给出一定的模型，只需提供一组训练样本对其训练，从而确定输入数据和输出数据的某种非线性关系，相当于某种函数对应关系。当网络训练完成以后，网络通过该种训练所建立的对应关系来对需预测的数据进行处理，以得出结果，即对堤防工程的安全评价。但神经网络模型有一定的适用范围和局限性，传统的数值方法也具有许多独特的特点，因此在工程实际中，对于一些复杂问题通过多种途径和方法相结合，则能取得更为理想的效果。
3.3集对分析法
集对分析理论（SPA）[4]是将确定与不确定视作一个确定不确定系统，并将确定性分为“同一”与“对立”两方面，将不确定性称为“差异”，从同一性、差异性和对立性三方面研究系统的不确定性。集对是指由一定联系的集合X和集合Y构成的对子。假设集合有N个特性，其中S个特性为XY共同拥有，P个特性为X、Y对立，其余L个特性关系不确定，则X、Y集合的联系度为：
式中，a、b、c分别为X与Y的同一度、差异度、对立度；i为差异度系数，取[-1，1]；j为对立度系数，取-1。
将集对分析理论引入堤防工程安全评价中，构建基于模糊集对分析的安全评价模型，能够分析比较评价样本与评价指标标准间的联系度，对样本中各指标进一步做同一、差异、对立的集对分析，依据调整计算后的联系度，按集对分析评价原则安全评价各样本。
3.4 突变理论
突变评价法[5]又称突变模糊隶属函数，它把受多个控制变量影响的复杂系统看成一个矛盾体系，把系统的各控制变量看成内部矛盾的诸方面，系统状态是它们斗争统一的结果，根据它们对状态变量作用的不同，可把它们分为矛盾的主、次方面。该方法减少了评价中的主观性，且计算简单、方便。
将突变理论引入堤防工程安全评价中，首先根据突变评价原理和堤防工程安全机制构建堤防工程安全评价指标体系，以此为基础，采用专家打分法获得各底层评价指标的评价值，并根据各指标的性质分别按“越大越优”或“越小越优”的原则采用隶属度函数法将各指标的原始数值转换为0～1的突变级数，然后利用突变评价的各归一公式由底层逐层向上进行归一化计算，最后得到最高层评价指标，即为堤防工程安全的总的隶属函数，据此可对堤防工程安全进行评价。
4.结 语
堤防工程是一个庞大的动态工程系统，堤防工程安全评价也是一个复杂的经济技术问题，它具有层次性和动态性的特点。为了能够全面的、科学合理的开展堤防工程安全评价，实现堤防工程安全评价的定量化、模型化。本文介绍了几种堤防工程安全评价方法，并结合堤防工程的特点和安全评价的实际对每一种评价方法的原理、适用范围以及优缺点进行了探讨。为后期的堤防工程安全评价研究提供参考，推进堤防工程安全评价的进一步发展。
参考文献
[1] 水利部水利水电规划设计总院，水利部黄河水利委员会，广西自治区水利厅，等.堤防工程设计规范（GB50286-98）[S].北京：中国计划出版社，1998
[2] 刘家学.定量型多指标决策的层次分析法探讨[J].运筹与管理，1996，5（3）：10～15
[3] 郭杜峰，毛彦龙，高德彬，等.基于人工神经网络的公路黄土高边坡稳定性预测研究[J].公路交通科技，2005，（S2）：63～66
[4] 陳 晶，王文圣，陈 媛.基于集对分析的全国生态环境质量评价研究[J].水电能源科学，2009，27（2）：40～43
[5] 周绍江.突变理论在环境影响评价中的应用[J].人民长江，2003，34（2）：52～54