基于层次分析法农田水利建设方案优化地研究

基于层次分析法农田水利建设方案优化地研究

摘要基于层次分析法的农田水利建设方案优化研究“水利是农业的命脉。”我国农田水利设施大部分建于上世纪五六十年代，经过近半个世纪超期、粗放式的运行，其综合效益己越来越低，目前已严重制约了社会、经济的持续健康发展。2011年中央一号文件焦距水利，各地结合自身实际迅速落实中央精神，掀起了水利建设高潮。优秀的工程设计方案不仅要求在技术上安全可行，而且还要考虑经济、社会效益以及环境影响等方面的诸多因素。这当中既有可定量计算的指标，又有无法定量计算、要求工程设计人员根据相关经验定性分析的指标。定量指标的确定以及定性指标的难以量化增加了决策者在方案选择过程中的难度。当前，对工程方案进行决策的方法有定性分析决策和定量(数值)分析决策两种。但是对于涉及较多因素的大型工程，因其存在较多定性的因素，因此难以用定量方法决策，大多数情况下宜采用定性和定量决策相结合的方法进行分析决策。本文运用综合评价理论中的层次分析法(触口)从多个备选方案中选出综合效益最优的建设方案。本文以湖北省汉川市脉旺镇新农村建设土地整理项目农田水利建设方案优选为实例，主要介绍了基层农田水利设施的现状、存在的问题，对粮食生产、社会发展的影响以及农田水利设计的理论与技术措施，脉旺镇一横渠沿线滨水景观生态设计，工程项目综合评价理论以及层次分析法(AHP)。针对土地整理项目农田水利建设以及新农村建设面临的具体问题，详细介绍并列举了一横渠改造的三种建设方案；通过建立评价的层次结构模型，运用层次分析法对三种设计方案进行了分析评价，应用MATLAB相关矩阵运算函数计算选出了综合效益最佳的建设方案。关键词：农田水利：设计方案；综合评价；层次分析法n目录BASEDONTHEAHPOFFARMLANDⅥ7：ATERCONSERVANCYCONSTRUCTIONSCHEMEOPTIMIZATIONRESEARCHABSTRACT”WaterResourcesistllelifelmeOfagnculture．”MostofC11ina’swatercollSe九，ancyf．acilitieswerebuiltin也efi衔esa11dsixtiesoftlle1aStcentury，aRernearlyhmfacentllryoVemsiIlg，t11eoVeraJlemciencygetting10、vera11d10wer，w11ichhasseriouslysustajnedthehealtllydeVelopmentofsocietyaIldeconomy．1112011，t11efirstcen扛a】filefocusonwaterconservancy矗尬ilitiescon蛐mction．WitlltlleguidallceofmeceIl仃alflle，LocalgoVemmentscombining、)l，ithtlleirownsituation，carryoutmewaterconSeⅣancycons仇lction谢ma11t11eire岱)rtsaSsoonaSpossible．Excellentdesignandengilleeringsolutionsarenot011lyneedsaf．e毋andfeaSibili够i11technology，butaJsotaketheeconomic，sociaLl，enViroIⅡnemalirllpacta11domerf．actorsintoacco眦．Someof吐lemarequalltitatiVecmculationoftheindex．Wmlesomeoft11emarenot，wmchneedof廿ledesi印i11accordaIlce谢tllthereleVantexperiencetot11eq砌itatiVeanaJysisofengilleeringdesigners．Therefore，itaddsmoredi筒cultieswhenengilleeringsta行designchoosingt11eoptimizationprocess．Atpresent，engiIleeringprogramdecision—ma虹ngme也odincludesquaI：ltitatiVe(nmnericaI)analysisofdecision—m妇gandqualitatiVea11alysisoft11edecision—m越dngtwokinds．Butitisdimcultt0useq眦mtitatiVemethodsofdecision-m越ngforcorrlplexprojectWhichinVolViIlgmaIlyq埘itatiVeflactors．IIlmostcaSes，quanti协Veandqu2LlbtiVedecision-makiIlgme也odofco瑚【billingshouldedbeadopted．Tllisp印eruSesaIlal如cllierarchyprocess(AHP)of也ecomprehensiVeeValuationtoelect也ebestcon删ionpro伊ams谢tlloVeralle伍ciency矗omanumberofoptions．Thispapertakestheprojectsofwacerconservancyconstnlctionpr0簪锄innewmralcons仃uctionofMaiWa工lgtowninHanCh啪HuBeiproVillceforinStallce．ThemaincomentsareaSfollows：FirSt，证仃oducet11estatusofin趣ation姐dwatern华北水利水电学院硕士学位论文conseⅣaIlcyfacllities，andtllee丘．ectof。whichon也efoodproductlonaIldsocl2LldeVelopment；Second，elaborateVillage嘶consen，aIlcydesigntlleoryandtechllic出measures；T11ird，discuSs吐1econs咖ctionof廿le1aIldsc印eeco～desigllwmchalongthe6rstcrossch猢e1i11M撕W狮gtoWn；Fouml，i11．的duceengillee曲gprojecteValuation也eoryaIldan2Ll如c11ierarchyprocess．AtlaSt，formeproblemsin吐lelandcons01idationprojectofconsmlctionofwaterconservaIlcypro铲am，thisp印er1istiIlgthreerecons廿uctiondesi印schemesof也efirstcrossch黝elindetails；es协11ishtheeValu撕onmodel，Using缸1eMATLABm砌xoperatiollS劬ctioncomputingtoselectet11ebestoVeralle伍ciencyofthebuildillgpro舒am．Keywords：Irrigationa11dwaterconseⅣancyconS．tmction；Desigllschemes；CoⅡlprehensiVeeValuation；Ana|皿cHierarchyProcessIInl绪论1．1本文研究背景及意义1绪论据世行归类，基础设施包括公共工程、交通设施和公共设施等三大类【1]。其中，电信、电力、排污、固体废弃物的回收与处理、自来水、卫生设施等属于公共设施范畴；大坝、排水及灌溉的渠道工程、道路等属于公共工程范畴；城市公用交通、港口、机场、航线、城市和城市之间的铁路等属于交通设施范畴。据此可见，农田水利基础工程应归于基础设施当中的公共工程这一类。由农业生产需水相关特征可知，农田水利基础工程应该指包括水坝、水库、泵站、水闸、机井、池塘、输水管道、排水沟道、灌渠等工程在内的，具有蓄、输、配水等多种功能的农业水利工程设施。综合而言，可以将农田水利基础工程看作农业水资源的“容器，’和“载体，，[21。早在30年前，中国农村地区就已经建立起了相对完善的农业水利基础工程体系，并藉此为家庭联产承包责任制实现之后的农业大增产打下了坚实基础。改革开放30年来，我国农业水利建设投入逐步进入市场和政府“双失灵”的局面。具体而言，一方面，中央政府的财政支农资金主要用于大江大河的治理，地方政府则片面追求“市场化”，更多投入那些具有较高收益的城市水利建设项目，对于小型农田水利设施的建设、管理、维护工作则有“甩包袱”倾向；另一方面，农民个体也因为农业生产的比较收益过低、农田水利设施的外部性较大、农村组织化基本解散等问题而缺乏投入农田水利建设的动力，最后逐步导致出现乡村农田水利设施损毁难以发挥作用的局面【3】。建于上世纪的农业水利基础工程经过近半个世纪的超期运行，原来的农业水利设施服务农业与抗灾的能力不断减弱。目前全国18亿多亩耕地中，其中有55％的耕地完全靠天收，国内几个大型灌区的骨干输配水工程的损坏率接近四成，中小型灌区干支渠正常运行也只有五成左右，并且我国农业灌溉用水的利用系数平均也只有0．45左右，仅仅是世界先进水平的一半，多方面缺失、薄弱造成的结果是：每年由水引起的灾害造成粮食损失大约为1000亿斤I圳。脉旺镇位于汉川市境内西南，明朝中叶因“地脉旺盛”而得名。地处汉江中下n华北水利水电学院硕士学位论文游，汉水自西向东从镇中穿过，把脉旺分成脉南和脉北两片。它西南与仙桃市接壤，东南与杨林沟镇相抵，北与里潭乡、回龙镇相依。全镇共有12个行政村，一个社区，国土面积37．26平方公里【51。脉旺镇为江汉平原沉降地带，地表被第三系和第四系地层所覆盖，地势平坦，为平原地貌，地面一般海拔高程23．29—25．87m之间；脉旺镇地处亚热带季风气候区，日照充足，热量丰富，雨水丰沛，年平均气温16．1℃，年均降水量1200m瑚左右，年均蒸发量583．7111】[n，是极好的粮棉产区【6J。镇内绝大部分农田水利工程主要建于上世纪六、七十年代，当时土法上马，标准不高，配套不全，存在先天不足，加之年久失修，后天失调，工程老化严重，服务农业和抗灾夺丰收能力不强。目前全镇农田水利工程存在的主要问题表现在以下几个方面：第一，农田水利基础设施抗灾力差，失修老化；脉旺镇农田水利基础设施大多数是20世纪六、七十年代通过公社集体劳动建成的，灌溉排水沟道均以土渠、土沟为主，经过长期运行使用，大量输配水设施老化、损毁，渠道、排水沟道渗漏、淤塞严重，过水、排水能力严重不足导致综合效益不断衰减，有效灌溉面积、排水面积不断下降，易早易涝耕地面积逐年加大。第二，运行恶化；长期以来，镇农业水利基础工程重新建、轻改造，重硬件、轻软件的现象严重。片面地将农业水利基础工程建设当成是大规模新建、扩建，而忽略了对己建成的各种农业水利基础工程的改造和养护。一直以来湖北省的农业水利基础工程实行是的分级管理和“谁受益，谁负担”的原则。省内绝大部分农业水利基础工程的管理费用是从征收的水费费用中列支的，但近年来由于机构和税费改革，镇政府已停止农业水费的征收工作，导致镇农业水利基础工程的维护、费用管理难以按期保量落实，镇农业水利基础工程出现了管理维护不到位的情况，农业水利基础工程的使用效率和运营寿命也大大降低。第三，投入弱化；在国家没有实施税费改革以前，全镇各小型农业水利基础工程的维护和建设主要是依靠镇政府和各村组织农民集体劳动的方式进行。税费改革以后，之前带有政府性质的基金会被撤销，导致镇政府和村级的财政收入、财政经费急剧减少，在此背景下镇政府逐步减少了小型农业水利基础工程的投资和建设费用。与此同时，国家规定不得进行群众性集资，农民义务工和劳动积累nl绪论工也被取消。在这样的大环境下，镇农业水利基础工程的投资和建设在相当长的时间内一直处于困难时期，长期以来也难以找到积极而有效的解决问题的方法。2011年，中央一号文件63年来首次聚焦水利，印发了《关于加快水利改革发展的意见》。在这份文件中，首次将水利上升到了国家安全角度，为了保证用5到10年时间根本扭转水利建设滞后的局面，文件还提出一系列含金量极高的政策举措【|71。今后10年，已有规划和正在规划的水利建设项目总投资将在4万亿元左右。湖北省委书记李鸿忠同志多次指出：“兴水利，除水害，事关人类生存，经济发展，社会进步，历来是湖北为政之要，民生之本，兴鄂之基”。按中央“一号文件”要求，湖北省政府出台了一揽子措施加大力度推进全省的水利改革和发展。未来10年湖北省全省水利年均投资将在2010年的基础上增加一倍。湖北省水利改革和发展的规划目标显示，“十二五”期间全省水利概算的总投资将达到1189亿元，包括中央投资资金635亿元，地方配套资金554亿元。据悉，这笔水利巨额资金将重点投入到实施的八大水利工程当中，包括长江、汉江的防洪安保工程、中小型河流的治理和小型水库的除险加固工程、农业水利工程建设、农村安全饮水“自来水村村通”工程、水生态修复和保护工程、水土流失综合防治工程、水资源科学配置工程、水能资源开发工程等【8J。2009年8月，脉旺镇被湖北省委省政府确定为全省88个新农村建设试点乡镇。脉旺镇通过积极争取省市政策项目，目前已有省级投资万亩土地整理项目落户，南水北调中线工程江汉平原(脉旺镇18000亩)土地整治项目正稳步推进过程中。省级投资脉旺镇新农村建设万亩土地整理项目总投资1500万元(每亩1500元)，其中农田水利建设是土地整理项目中的重要组成部分，占项目总投资的60％。选择综合效益最优的农田水利建设方案对改善项目区农田水利设施状况、人居环境，保障项目区农作物稳产、增产，为全省社会主义新农村建设树立示范典型，对促进项目区经济社会持续快速发展将产生巨大作用。1．2本文的主要内容本文以脉旺镇新农村建设土地整理项目农田水利建设方案优选为实例，主要介绍了当前基层农田水利的现状及急需解决的问题、农田水利工程的设计与计算理论、城市河道滨水生态景观设计理论、农田水利工程建设一横渠三种边坡建设n华北水利水电学院硕士学位论文方案、对方案进行分析评价的综合评价理论和层次分析法。针对脉旺镇农田水利工程的现状及存在的问题，运用层次分析法，以优化农田水利工程建设方案为目标，比较了农田水利工程渠道建设的混凝土、土质、生态三种边坡形式，以经济性、可靠性、社会影响和环境影响为评价准则，建立了评价的层次结构模型，采用专家打分法，确定各评价因素的权重。为了方便决策，提高决策速度，基于MatLab软件平台中的相关矩阵运算函数，对判断矩阵进行分析计算，得出了生态边坡为最优建设方案的结论。最后，为使本设计成果更清晰直观，用CAD绘制了三种设计方案的渠道断面图。n2农田水利工程、河道生态景观设计2．1概述农田水利是水利工程的类别之一，其基本任务是通过各种工程技术措施，调节和改变农田水分状况及其有关地区水利条件，以促进农业生产的发展。农业是国民经济的基础。搞好农业是关系到我国社会主义经济建设、关系到国家高速发展的全局性问题，是实现四个现代化的重要保证。历史实践证明，只有农业得到了长足发展，国民经济的其它部门才具备最基本的发展条件。我国地域辽阔，各地自然特点不同，发展农业的水利条件也有差异。秦岭淮河以南地区，通称南方，年降雨量800．2000n1111，故又称水分充裕地区，多年平均无霜期为220．300天，作物以稻麦为主，一年至少两熟。其中南岭山脉以南的华南地区，年降雨量1400．2000Im，终年很少见霜，一年可三熟。南方雨量虽较充沛，但由于降雨的时程分配与田间农作物需水要求不相适应，往往出现各种程度的春旱和秋旱，故仍需灌溉。长江流域中下游属于平原、低洼地带，太湖流域河流密集地区以及珠江三角洲等地，每年4．10月汛期外河水位经常高于地面高程，造成垸内水无法自流外排，渍涝和洪水灾害较为严重。淮河以北地区通称北方，年均降雨量少于800nun，该地区属于半干旱或干旱地区。其中属于干旱地区的有甘肃、陕西北部、宁夏、新疆、青藏高原、内蒙古西部和北部地区以及云南贵州高原的部分区域，上述地区降雨量少，而蒸发量大，大部分的干旱地区年均降雨量为100．200I】m，有的地区几乎全年无雨，而年均蒸发量却达到了1500．2000mm，远远超过了当地年均降雨量，因此造成这些地区相当程度的干旱以及土壤出现盐碱化的现象。大部分干旱地区主要是农牧兼作区，种植的主要作物有棉花、小麦和杂粮等，灌溉在农牧业生产上占有极为重要的作用。此外，有些排水不良的半干旱地区，地下水位较高，地下水矿化度大，土壤盐碱化威胁较重。由以上内容可知，发展农业生产，一方面具有良好的自然条件，但另一方面也存在不同种类、不同程度的不利因素。农田水利建设是指为发展农业生产服务的水利事业，其基本任务是通过水利工程技术措施，改变不利于农业生产发展的自然条件，为农业高产高效服务。农田水利建设就是通过兴修为农田服务的水利n华北水利水电学院硕士学位论文设施，包括灌溉、排水、除涝和防盐、渍灾害等，建设旱涝保收，高产稳定的基本农田。因此，兴修水利，大力开展除涝、灌溉、治盐碱等水利工作对发展农业生产具有十分重要的意义【91。2．2农田水利工程设计2．2．1灌溉渠道及水力计算农作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。因此，它是水资源规划与开发利用时的必需资料，同时也是灌溉排水系统工程的规划设计和管理的基本依据。农田水分的消耗主要包括3部分：一是植株蒸腾，二是株间土壤蒸发，三是深层渗漏。通常把一、二部分消耗的水量称为作物需水量。作物需水量的多少通常与温度、日照、湿度、风速、土壤的含水状况、种植作物的种类以及作物的生长发育阶段、农业种植技术和灌溉排水措施等相关。计算作物需水量的方法，大致可归纳为两类；一类是直接计算出作物需水量，另一类是通过计算参照作物需水量来推算实际作物需水量。在实际工程设计中较常采用第二类计算方法。农作物的灌溉制度是指作物播种前(或水稻栽秧前)及全生育期内的灌水次数、每次的灌水日期和灌水定额以及灌溉定额。灌水定额是指一次灌水单位面积上的灌水量，各次灌水定额之和，叫灌溉定额。灌溉制度是灌区规划设计的主要内容和组成部分，也是水土资源平衡计算和渠系设计的基本依据，还是灌区运行管理的重要依据。由灌溉制度确定灌水率是计算灌区渠首的引水流量和灌溉渠道的设计流量。灌溉渠道的设计流量Q设=Q皂=Q净+Q损(2．1)Q净=g净‘国Q损=础Q净盯：』(％)C丁=一L_／o，鳞6(2．2)(2．3)(2．4)n2农田水利工程、河道生态景观设计国一一渠道控制的灌溉面积，万亩；氏一一渠道损失的流量，勿3／s：仃一一每公里渠道渗漏损失水量占渠道净流量的百分数；L一一渠道长度；A、历一一渠床土壤的透水系数及透水指数，9净一一设计净灌水率或称设计净灌水模数【(脚3／s)·万亩j要满足自流灌溉要求，各级渠道入口均应有足够的水位，该水位应根据其所辖灌溉面积上所控制点的高程，加上控制点以上渠道的沿程水头损失及各建筑物的局部水头损失，即；日^=A。+△办+乩f+∑占(2．5)式中日、．．渠道入口处水位，m；A。．．渠道所辖灌溉面积上控制点高程，m；△11．．所选控制点与末级固定渠道出口处地面高程差，一般取O．1～0．2m；L．．计算渠道入口下游各级渠道的长度，m；i．．计算渠道入口下游各级渠道的比降；占．．水流通过渠系建筑物的水头损失，，，z，取值可参见灌溉排水设计规范；渠道纵断面图包括：沿渠地面高程线、渠道内设计水位线及最低水位线、渠底及渠道堤顶高程线、分水口及渠系建筑物的位置。上皲柴1邑L水勰J，毯点渡槽分水点＼口儿，＼P甲堤顶线＼亏Ⅳ⋯＼～卜一＼一一、7孑＼。／7＼地面线＼7J／最低水位线＼v／设计峦位线“／渠底线＼／—＼桩号地面高程正常水位最低水位堤项高程l渠底高程f渠道比降图2．1干渠纵断面示意图F远2—1MainCallalVenicalsectiondiagramn华北水利水电学院硕士学位论文灌溉渠道大多在一定长度内具有相同的流量、底坡、断面尺寸及相近的渠床糙率，渠内水流符合明渠均匀流条件，渠道横断面尺寸按明渠均匀流公式计算，即【10】：Q=么c√Rf(2．6)式中Q、彳．．渠道设计流量(聊3／s)及过水断面面积，聊2；R、f．．水力半径(聊)及渠道比降；1三C．．谢才系数，一般采用C=二月6；玎聆一一渠床糙率系数，参见相关设计规范；渠道断面宽深比即渠道底宽与水深的比值b／ll，它影响到渠道性能和造价。选择b／11时常应考虑以下几个方面因素。1．水力最优断面当渠底比降和糙率一定时，通过某一规定流量所需的最小过水断面称水力最优断面，此时渠道工程量最小。对于梯形渠道，水力最优断面的宽深比为：拿：2(厢一聊)(2．7)门式中m一一渠道边坡系数；不同边坡系数下，渠道水力最优断面的宽深比见表表2．1不同边坡系数m下水力最优断面宽深比值表TIable2—1Optimalhyd船uIiccrosssectionofwidthtodepth髓tioofthetableunderadi脏reⅡtslOpecoemcient望垫丕塑!Q：；!!：!!!：Q!!：三!!：!!!：!i三：!!!：!!(b／h)最优2．o1．561．241．00o．83o．70o．61o．53o．47o·兰2．渠道的不冲不淤流速为保持渠道的纵向稳定，所断面还应使渠道的设计流速V设计满足不冲、不淤流速要求，即：V不於Q排水，因此采用Q灌溉设计的渠道断面尺寸均能满足灌溉与排水要求。现针对一横渠的现状以及存在的问题，结合新农村建设的要求和工程投资情况，有三种形式的边坡可供选择。n华北水利水电学院硕士学位论文3．4设计方案(1)混凝土边坡由上节水力计算可知，用渠道引水流量Q=6．4m3／s设计的渠道断面尺寸能满足排水及灌溉要求。查阅一横渠现状的基本资料，其底宽为仁8m，两侧边坡1：1．5，纵坡比降％000，运用明渠均匀流公式Q=彳c励c=吉R％设计渠道的断面尺寸。为提高渠道的灌排效率，改善渠道沿线生态环境，经分析研究，本方案拟对渠道边坡采用混凝土衬砌，为方便农民取水，每间隔200米设置踏步，具体设计如下图，一横渠护砌标准断面莲1：100图3．1一横渠护砌标准断面图Fig3—1Y1hengquembankmentstandardsectiOnaldr：l、Ving32n3农田水利工程渠道建设方案渠项卜l剖面图l：100图3．2剖面图Fig3·2Sectiondiag姗Pr嘶1e《豢{t、●蓬蕞圭：自拔莲彘装爸▲．≯角谴，盛盈疆邕二÷．／——‘_—、[、＼＼j酤溱辎oa口o里程o口o。o●—中●'●o墨基原状j翱穰●‘设计煞高陧售些设计水位高程暑涮赳护朗觥心窭-盘量#菇沟底}啤一1，3咖．一横渠衬砌纵断面图I：I∞图3．3一横渠衬砌纵断面图Fig3—3Yihengqulininglongitudinalsection33n华北水利水电学院硕士学位论文(2)土质边坡运用明渠均匀流相关公式的计算方法，确定渠道断面结构尺寸和不冲不淤的约束条件渠道断面形式。经研究分析，选用弧形坡脚的土质梯形断面，因该断面形式接近水力最佳断面，满足水力最佳断面的相关条件，所以具有水流条件好，流速快，输沙能力较强，防渗效果好，抗冻性能较强等优点。根据渠道挖填平衡原则，确定了灌溉渠道工程量和渠道填方量、挖方量、渠道比降。通过实例比较证实，采用土质边坡的设计方法可以大幅度节省工程投资。结合汉川地区多项工程中的实践经验和当地土质，取糙率力=o．019，比降为％ooo，运用咏淤=c√R，咏冲=印0‘1校核渠道流速。经比较研究各种防渗材料，拟采用5009／朋2二布一膜作防渗体，为了防止防渗体下植物杂草生长，避免穿透二布一膜防渗体，对于边坡上有植物杂草的要彻底清除，并喷洒灭草剂。为减少土方使用量和工程建设投资，将渠底清淤的土壤晾干后覆盖二布一膜并压实，覆盖层厚度为0．5m。I：瑚图34一横渠土质边坡标准断面图Fig3—4Sectionaldm_wingofYihengqusoilslopestandardsn3农田水利工程渠道建设方案(3)生态边坡生态边坡的设计特点：1、“人本”的设计理念“人”是景观的使用者，在设计时应首先考虑使用者的各种要求、做好总体布局。人本的景观设计就是以周边居民为第一服务对象，为不同年龄层次的人群提供不同的设施、场所以满足他们不同的需求。创造出适宜他们休闲、娱乐的空间和环境，从而改善附近居民的生活条件以及丰富他们的精神生活。2、设计具有亲水特性渠岸每隔5旺100米建成多阶段形式，通过层层平台将居民活动的平台延伸到水上，增加了居民的亲水性。渠道一侧连接张蛤新村这一地区设有延伸至渠道中的栈桥，也使居民的亲水体验更加直接、生动。3、“因地制宜”是植物造景的根本在景观设计中，“因地制宜”应是“适地适植物”、“适景适树”最重要的条件。选择适生树种和乡土树种，要做到宜树则树，宜花则花，宜草则草，充分体现地方特点与文化，做到这两点就能以最经济最节约的方式发挥最大的景观生态效益。4、自然景观与人工景观相结合张蛤新村广场是附近居民休憩的主要场所。设计中主要采用以植物造景为主，“以绿为主”，最大限度提高绿化程度，体现自然生态。绿地中配置高大乔木，茂密的灌木，营造出令人心旷神怡的环境。周边建有大小广场三处，设置的人工景点能增添了这一地区的活力，也为附近居民的休闲娱乐提供了场所。这种人工景观与自然景观的完美结合，使人们能体会到生活在水边的清新与惬意。5、“崇尚自然”寻求人与自然的和谐纵观中外古今的庭院设计，都本着“接近自然，回归自然”的设计理念，把这一理念贯穿于整个设计与建造过程中。只有在有限的生活空间中学习自然、依托自然，寻求人与建筑小品、植物之间、山水的和谐相处，才能使环境有融于自然之感，从而达到人与自然的和谐。根据中央提出的新农村建设“生产发展、生活富裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”20字要求，参照城市河道景观设计原理、运用景观生态学基本原理，n华北水利水电学院硕士学位论文拟对荷沙沿线5．6km长渠段进行景观生态设计，主要内容如下；(1)结合渠道灌溉、排水等治理措施，确定渠道的断面尺寸。(2)通过水力计算求出校核水位，确定亲水平台的高程。(3)渠道的断面形式采用不对称的复式结构，增加附近居民的活动空间。(4)对渠道边坡进行混凝土衬砌。(5)渠堤两岸绿化(6)缓冲带景观建设。渠岸一侧连接张蛤新村广场的建设。(7)亲水平台的设计。在已完成的渠岸基础上每隔5旺lOO米，将渠岸改成多阶段形式，通过层层平台将附近居民活动的平延伸到水上，增加了居民的亲水性。(8)景观桥梁的设计。为方便沿线居民及生产机械通行，在渠道上新建6座便桥，修复4座，体现新农村建设“以人为本”的理念。由上节计算出一横渠灌溉流量Q灌溉=6．4m3／s，排水流量Q捧水=1．55聊3／s，一横渠设计为灌排两用渠道，经灌溉流量设计的断面尺寸能满足灌溉、排水要求。经计算得出的渠底宽度和水深与一横渠现状尺寸进行对比分析，取底宽6：6．0聊，水深办=1．7聊，安全超高O．5聊，为方便施工确定亲水平台的高度为办=2．5m。具体断面设计及效果图如下所示：一躲㈣雠断醐1：l加图3．5一横渠生态景观设计标准断面图Fig3—5SectiOnaldrawingOfYihengquecological1andscapedesignstandardsn3农田水利工程渠道建设方案图3-6一横渠生态景观设计实际效果图Fig3-6TheYihengquec0109icallandscapedesignoftheactua】renderingsn华北水利水电学院硕士学位论文4．1前言4综合评价理论和层次分析法一般来讲，评价工作就是按照事先确定的目标，在对待评价对象进行系统分析基础之上，确定待评对象的相关属性以及把这些属性转变成主观效用的过程。因此，评价工作应包括两个基本方面：①在评价目标的指导下，对待评对象进行系统分析，确定评价的指标体系和权重体系；②对待评对象相关性质进行评定，并转化成为评价者的主观效用。所以，评价过程就是客观和主观结合的过程，评价结果是决策者决策的基础。系统评价是方法系统工程学中的一种基本评价方法，这种方法将研究的对象作为一个系统来分析，并对分析结果进行综合，在该基础上，在对系统进行多角度、多方面评价，如此重复进行这个过程直到有效实现预期设定的目标。总而言之，评价工作贯穿整个系统开发的过程，在系统的分析、设计、实施阶段均要进行系统评价工作，系统评价的内容一般可用图4．1所示【27J。图4．1系统评价的内容Fig．4一lThecomentSof也esystematicreViews4．1．1综合评价的原则与步骤对工程项目进行综合评价的工作虽然随着具体的评价模型不同而不一样，但是评价工作一般都应遵循以下几个基本原则：①确保评价的客观公正性；②确保评价方案之间的可比较性；③确保评价指标体系的全面性；④确保评价目标与国家法律、法规的一致性。综合评价工作的一般步骤：①首先要明确系统评价的总体目标，了解并熟悉各待评方案的基本情况；②其次在分析系统的要素，找出评价项目；③确定评价n4综合评价理论和层次分析法的指标体系；④制定出相应的评价结构与评价的准则；⑤根据实际情况，选出相应的评价方法；⑥进行单项评价；⑦最后进行综合评价。4．1．2综合评价方法目前，多目标多层次的综合评价已经渗透到人们的各个方面，其应用的范围也越来越广泛，可以使用的方法也越来越，对于应用者而言，如何从纷繁复杂的备选方法中选择最适宜的方法。所以，对综合评价的理论和方法进行整理总结具有很重要的现实意义。根据评价方法的理论基础，可分为以下四大类：(1)专家评价法。例如：优序法、综合评分法、专家评分法。(2)运筹学方法。例如：DEA分析法，多目标决策方法，专家最优综合评价模型。(3)其他数学方法。例如：层次分析法(A肿)，模糊综合评价法，可能．满意度模型，数理统计方法，灰色评价方法。(4)混合方法。这是以上几种方法共同使用的方法。例如：FHw方法，模糊聚类分析方法，主成份加权线性分析方法，PC。AHP方法【28]。根据本文工程设计方案的特点，以下两节将详细介绍专家评价方法和层次分析法(甜{P)。4．2单指标评价及评价指标标准化综合评价指标体系主要有定量和定性两种指标。在评价过程中一般采用专家(分级)评分方法将定性指标数量化。对于定量的指标则在原有各标值的基础上给予无量纲化和归一化，之后统一转化成标准值进行综合评价。4．2．1单指标评价(分级)单定性指标的数量化，一般都是邀请经验丰富的专家，对各方案的不同指标进行分级评分，通常应用方法是直接打分法。这是～种经验评分法或感觉评分法。如果要对不同方案的某一个指标进行比较、评价，可邀请部分专家，按照各位专家的主观经验，对各种方案的同一指标按一定的分级进行计分(分良、中、差三个等级，相应的分数为3、2、1，当然也可以分成五级、七级等不同的记分形式)记入表格中，然后加以统计综合。例如：以下五个方案的某一个指标，邀请了15位专家给予评分，如表4—1所示。n华北水利水电学院硕士学位论文表4-1单指标直接打分法示例表1’able4—1Singleindexscoringmethodthesampletable评分者方案I方案II方案Ⅲ方案Ⅳ方案V1差中差中良23456789101112131415小(a)良(b)中计(C)差S，=3(口)+2(6)+(c)R—sl／1，一／15百分制B。十分制B；2．079．17．91得分系数，o．132o．164o．200o．230o·224_——_-———_———_-————————_———__—————-———_l—l_——-———一最后综合评分结果，可分别用以下的几种方法计算：(1)总分制，如表中的S，；(2)平均得分，如表中只；(3)100分籼，=乏×100，瓦。-2．53；(4)10分制，如表中Bj=丢L×10；F，ma)(76中差中中中中良良良中良良良良86，”“叽卯差中中中中良良中良良良良良良95，弛狮m加差良良中良中中良中差良良中中663驺勉哪蝴差差中差中差中中中中良中中中，加4”mn¨良中中差中差中良差中中良良中474孔n4综合评价理论和层次分析法(5)得分系数，如表中，=每，配=11；以上是对各个方案的同～个指标的评分值，同理可对其它的指标进行评分，最终可得到一综合评价矩阵见表4．2。表夺2不同方案各个指标的评价矩阵1’able4-2EValuatiOnoftheindexmatrixofthedif|FerentOptiOns～J2．．√⋯聊⋯lYilYJ2⋯Yl㈠Yim2Y2iY22⋯玛，．．．匕m●Z■，％⋯巧⋯y；明●船K，K2⋯K，．．．y删表中n为方案数(i_1，2，⋯n)；m指标数(j=1，2，⋯m)L第i方案第j项指标的评价值。若为定性指标，则Z，为评分值，若为定量指标则为各指标的物理或货币量数值。4．2．2评价指标的归一化基于以上评价中各个指标的量纲不尽相同，并且各个指标优化准则也不一致。有些是愈小愈好，比如成本、费用、对环境的不利影响等等。有些则是愈大愈好，比如产值、内部收益、率效益等等；为了用统一的综合指标以便于计算，用插值法把Z，标准化成为x。。若指标j为越小(越大)越好，可令各个方案中第j指标的最大(最小)值41n华北水利水电学院硕士学位论文为最差值％，相应的赋其指标值Xw=1；再令同一指标的最小(最大)值定为最佳值％，相应的赋予它的标准值X。，=100。即：maX戤j=k专xw=1．o，mill溉j=％专x妙=100(，=l，2，⋯m)(越小越好)miIl戤j=％一彳叫=1．o，ma)【慨}_％专x砂=100(歹=1，2，⋯m)(越大越好)任一指标Z，的标准值[2们。z．：1+笠当×99”k一艺，(f’1，2，⋯咒；／=1，2，⋯m)4．3运用层次分析法(—6蝴)确定指标的权重不同方案进行比较和多目标的综合评价，经常会涉及到各个指标权重(加权系数)％的确定，指标权重的确定对方案选优和综合评价都有很大的影响。在实际工程中常常运用层次分析法(。d岍)来确定指标权重【301。层次分析法分析问题的常用思路是把将要分析的问题层次化；根据问题的有关特性和要达成的总目标，把问题分解为不同类型的组成因素，并按照这些因素间的关联影响及其隶属关系，将因素按不同层次凝聚组合，形成一个多层次分析结构模型；最后，对问题进行优劣比较并排列【311。层次分析法的运用给决策者解决诸如那些难以定量描述的问题提供了很大的方便‘321。4-3．1单层次模型结构如图4．2所示，该模型是由一个目标C以及隶属它的n个评价元素么。，么：，⋯，彳。和决策者组成。让决策者在这个目标下对n个元素进行评价，对这些元素进行优劣排序并做出相对重要的权衡，但在实际操作过程中，往往由于决策者能力的限制很难一次性做出判断，不过如果仅对两个元素的优劣程度进行比较则是切实可行的【331。42n4综合评价理论和层次分析法图4．2单层次模型结构Fig．4-2Single—leVelmodels咖cn鹏4．3．2评价的基本思路层次分析法的基本思路就是将决策者对这n个元素的重要程度的整体判断转变成对这n个元素的两两相互比较，然后再对这n个元素的整体重要程度判断排序，即确定各个元素的权重【341。4．3．3构造判断矩阵(1)构造成对比较判断矩阵是在单层次模型结构中，假设目标元素C。，同与它相连的元素4，彳：，⋯，彳。有隶属关系。假设上一层次某个目标元素C。作为准则，通过询问决策者在原则C。下元素4的优劣程度比较，构造出一个判断矩阵，其形式为【35】：表¨判断矩阵1hble4-3Judgmentmatrix其中口扩表示对于C。来说，么，对彳，相对重要性的数值体现，通常口口可取1、2、⋯9以及它们的倒数作为标度，含义如下表4．4所示【36】。43n竺j!垄型查皇堂堕堡主堂垡笙塞———————_———-————__—————————————-_—————_——————————————_———————————————————一表4-4判断矩阵的比例尺度及其含义1’abIe4-4TbdeterminethematrixOftheprOpOI．tiOnofscaleandtheirmeanings__————————————————————————————————————————一尺度口。含义1兀系l匀兀系1削影哪寸日1日J3元素i比元素j的影响稍强5元素i比元素．i的影响强7元素i比元素j的影响明显的强9元素i比元素j的影响绝对的强2，4，6，8元素i与元素j的影响之比在上述两个相邻等级之间从心理学的观点来分析，过多分层既增加了作判断的难度，又容易因此而造成提供互相矛盾的结果。Saa够等人还采用了实验方法比较在各种不同标度下的判断结果的正确性，其实验结果也证明，采用1～9的比例尺度最为适宜‘371‘381。判断矩阵的元素具有如下性质，①口p>o；②日口=÷；③口。=1；¨Jf(2)计算单一准则下元素的相对重要性计算判断矩阵A的最大特征根九戤和其对应的经归一化后的特征向量形：[q国：⋯％F。第一步先对判断矩阵A求解最大特征根4形=旯。。∥得特征向量w后将其归一化，将归一化后所得的特征向量形=b∞：⋯国。y作为本层次4么：⋯⋯4。对于目标元素C。的排序权值‘391。旯。戡和∥的计算可采用以下一种近似计算的方根法，其步骤如下：①将判断矩阵A中元素按行相乘：即卉口∥(f：1，2，⋯，船)；，=1②计算纰=③将石归一化得q=‘生，形=b国：⋯qr为所求特征向量：兀∞，J=1n4综合评价理论和层次分析法④计算最大特征根九。=喜芝竽，其中。形)，表示向量么矽的第i个元素【401；(3)单层次判断矩阵A的一致性检验在单层次判断矩阵A中，当口。：堕时，称判断矩阵为一致性矩阵。但在实u|k际计算过程中往往由于客观事物的复杂性和决策者主观意见，所得的判断矩阵一般很难满足一致性矩阵，但是其偏差应不宜过大。因此，在得到判断矩阵的最大特征值旯一后，还要求对判断矩阵的一致性进行检验H11。一致性检验的基本方法如下所示：①计算一致性特征指标c．，．：掣，押为判断矩阵的阶数；②计算平均随机一致性指标R．，．是对此重复进行随机判断矩阵特征值的计算后取算术平均数得到的，表4．5给出1～15维矩阵重复矩阵计算1000次的平均随机一致性指标值：表4．5一致性指标值-I-able禾5COnsistencyindexValue③计算一致性比例c．R．：坠，R．』．当C．R．

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