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摘要：水坝可形成水库、抬高水位、调节径流、集中水头,用于防洪、供水、灌溉、水力发电、改善航运等，是水利工程的重要组成部分。针对水坝维修、养护过程中一系列的决策问题，本文利用分层分析法和0-1整数规划思想建立水坝相关方案的评估和优化模型，并在传统算法的基础上进行数据修匀、一致性检验等措施提高结果的准确性，使水坝的管理更加科学化。
关键词：分层分析法；优化模型；0-1整数规划模型
1 问题背景
以三峡大坝为首的国内各水坝，在防洪、供水、灌溉、水力发电、改善航运等方面作用巨大，为我国经济的发展、国民生活的保障做出了巨大贡献。中国是世界上水能资源最丰富的国家之一，水能资源技术可开发装机容量为5.42亿千瓦，经济可开发装机容量4.02亿千瓦，因此水坝建设在水利工程中占据着举足轻重的地位。但是目前我国建造的大多数水坝以水泥混凝土为主要材料，其建造、维修和养护的周期和成本都较高，且由于水坝周期性承受急流冲蚀或静水压力作用，易出现失稳、渗流等现象。针对以上急需维护的水坝，一般有以下三种处理方案：i.修复现有的水坝；ii.在现有地点重建相同规模、类型的水坝；iii.拆除现有水坝，并更换为沿线一系列十到二十个较小的水坝。i、ii两种方案一般需考虑潜、外在成本与收益以进行可行性论证。而选择以一系列小水坝来代替现有大水坝的方案iii除考虑经济可行性之外，还应使新建的一系列水坝与现有的水坝具有相同的整体水管理能力、提供与现有水坝相同或更高水平的保护选择和水管理选择。
2 水坝维修方案评估
水坝工程中不论是前期建造还是后期的维修、养护，其成本与收益分析都是项目可行性分析中的重要一步，对方案优劣的评估起着重大影响。本文针对水坝后期的维修、养护工程，通过查阅资料和历史工程，归纳了三种不同方案各自的成本与收益类别，并利用层次分析法建立方案比选的评估模型。
2.1成本与收益类别
根据查阅的水利工程相关资料，并结合我国实际情况，维修、养护的三种方案中涉及的潜、外在成本与收益类别可归纳如下：三种方案的成本都包括后期污染治理、旅游业亏损及扰民成本等，而方案i中还包括维修成本，方案ii中包括拆除成本及重建成本，方案iii中包括拆除成本、选址成本及新建水电站成本。三种方案的收益较为类似，都包括带动当地旅游业发展、水利发电、提高工程师经验、促进当地就业、农田灌溉、减少洪灾灾害、增加航运贸易等收益，但各自的着重点不同。如方案iii由于增加了水坝的数量且使其位置较原水坝分散，因而在增加航运贸易收益上更为显著。
2.2方案优劣的评估模型
首先将问题层次化，即分别表示出方案优劣排序的目标层O、与目标直接相关的准则层C以及供选择的方案层P，根据实际情况，可得到层次关系如下图所示：
3系列水坝替换的优化模型
假设在方案iii中替换的一系列水坝的数量和位置已定，则针对该方案的优化模型可以修建的总成本最低为目标函数，以满足改建水坝的三个要求为约束条件。
约束一为改建后一系列水坝的总体水管理能力与现有水坝相同。选取水坝的发电功率 来刻画其水管理能力，则新水坝系统的总发电功率 应大于现有水坝的发电功率 。即建立约束条件：
4 总结
本文利用层次分析法建立方案优劣的评估模型，符合实际情况中方案影响因素众多、数据资料获取不便的特点。通过分层分析理清思路，并考虑影响因素的权重使结果更具有说服力。此外，在评估模型和优化模型中进行了指标同向化、一致性检验、引入调整系数等措施，全面模拟现实情况，提高了模型结果的准确性。
参考文献：
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[2]T.L.Saaty.层次分析法标度研究的若干问题.琼州学院学报.2013.5
[3]葛玉兰.浅析水利工程建设的经济效益和环境效益.巍山县水务局水利勘测研究所.2014.1
论文作者:袁锐莹,李昌恒,蒋荣飞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/12
标签：水坝论文; 方案论文; 成本论文; 模型论文; 收益论文; 三种论文; 系列论文; 《防护工程》2017年第31期论文;