一种基于多目标决策的河道植被混凝土挡墙设计方法与流程

本技术涉及水利工程，尤其涉及一种基于多目标决策的河道植被混凝土挡墙设计方法。

背景技术：

1、城市河道护岸的生态化改造是当前水利工程领域的重要研究方向。传统的河道护岸多以混凝土、浆砌石等硬质材料为主，虽可满足防洪挡土的安全要求，但割裂了水陆生态系统的连通性，破坏了河道生态系统的连续性与生物多样性。目前，国内多地河道治理工程已开展护岸生态化改造的工程实践，涌现出多种改造技术手段。

2、但现有设计方法主要聚焦于直立式护岸的改造决策，对于斜坡护岸、直斜复合式护岸等更为复杂的护岸形态，尚未建立起有效的方案选型与参数优化机制，使得工程实践中面对不同护岸类型时仍主要依赖经验判断，缺乏科学定量的设计依据。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于多目标决策的河道植被混凝土挡墙设计方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、一方面，本技术实施例提供了一种基于多目标决策的河道植被混凝土挡墙设计方法，包括：采集目标河道的多源数据，基于所述多源数据将目标河道沿程划分为多个河段，并识别每个河段所属的典型河段类型；构建河道护岸生态化改造措施库，所述措施库包括多类生态化改造措施及对应各类措施的技术参数、适用范围与多维度评价函数；建立河道护岸生态化改造方案的多目标评价指标体系，其中，所述多目标包括生态效益、结构安全和经济性；构建措施匹配规则库，根据所述典型河段类型与所述措施匹配规则库，从所述措施库中筛选得到候选措施方案集合；对所述候选措施方案集合采用多属性效用函数法进行综合评价，确定推荐方案；采用参数敏感性分析方法对所述推荐方案的关键技术参数进行局部优化，得到最终生态优化设计方案。

3、需要说明的是，植被混凝土是河道护岸生态化改造中的一种重要结构型式，兼具结构防护与生态修复功能。本技术以植被混凝土相关结构型式为核心研究对象，构建涵盖挂壁花槽类、植被混凝土类（包括斜坡式、直墙式、植石互层护岸类三种结构型式）和复合式改造类的生态化改造措施库，用于实现生态化改造方案的多目标优选。

4、作为一种优选的实施方式，所述目标河道的多源数据包括河道水力特征数据、地质条件数据、周边用地性质数据及生态敏感性数据。

5、作为一种优选的实施方式，所述将目标河道沿程划分为多个河段，并识别每个河段所属的典型河段类型，包括：采用聚类算法对所述多源数据进行聚类分析，将目标河道划分为高流速冲刷型河段、缓流淤积型河段、水位变幅大型河段、生态敏感型河段和景观要求型河段。

6、作为一种优选的实施方式，所述措施库中的每条记录包括措施类型、技术参数、适用范围、生态效益函数、结构影响函数、成本函数和施工难度系数。

7、作为一种优选的实施方式，所述措施库中的措施类型包括挂壁花槽类、植被混凝土类和复合式改造类；

8、所述挂壁花槽类为在挡墙顶部或墙面设置花槽并种植垂吊植物的改造措施，对应参数包括花槽间距、花槽深度、花槽宽度、种植土厚度、植物种类；

9、所述植被混凝土类包括斜坡式植被混凝土护坡、直墙式植被混凝土和植石互层护岸类植被混凝土三种结构型式；

10、其中，所述斜坡式植被混凝土护坡为在斜坡护岸表面铺设含有植物种子的植被混凝土；

11、所述直墙式植被混凝土为在挡墙表面喷播含有植物种子的植被混凝土以形成植被覆盖层的改造措施，对应参数包括喷播厚度、混凝土强度等级、种子配比、锚固方式；

12、所述植石互层护岸类植被混凝土为在挡墙前采用素砼将块石与挡墙浆接、并在石块间隙填充种植土的改造措施，对应参数包括块石粒径范围、混凝土填充深度、种植土厚度；

13、所述复合式改造类为上述任意两类或三类及以上措施的组合，包括：

14、垂直挡墙复合式改造：在挡墙下部采用植石互层护岸类植被混凝土措施，在墙身及墙顶采用挂壁花槽类措施；

15、斜坡护岸复合式改造：在坡面采用斜坡式植被混凝土护坡措施，坡脚采用植石互层护岸类植被混凝土措施，坡顶采用挂壁花槽类措施，形成从坡脚到坡顶的多层生态防护结构；

16、直斜复合式护岸改造：在直立式挡墙段与斜坡式护岸段的衔接区域，采用上述措施的组合进行连续化生态改造，消除生态断点。

17、作为一种优选的实施方式，所述直墙式植被混凝土中，喷播厚度为130mm～150mm，喷播基层采用3d无侧限抗压强度不小于0.38mpa、ph值为6.0～8.5、有机质含量为5g/kg～30g/kg的植被混凝土，所述植被混凝土的抗冲刷流速不小于2m/s；所述植石互层护岸类植被混凝土中，采用c20素砼将块石与挡墙浆接嵌固；所述块石按大、中、小三种规格以3:5:2的比例配置；其中，大块石粒径300mm～500mm，中块石粒径150mm～300mm，小块石粒径50mm～150mm，块石间隙填充种植土，种植土下方设置厚度不小于80mm的砾石排水层。

18、作为一种优选的实施方式，所述多目标评价指标体系包括生态效益指标、结构安全指标和经济指标；所述生态效益指标包括植被覆盖率提升量、生物多样性指数、水质净化能力和景观协调度；所述结构安全指标包括抗滑稳定安全系数、抗倾覆稳定安全系数和地基承载力安全系数；所述经济指标包括单位长度工程造价、全生命周期维护成本和施工工期。

19、作为一种优选的实施方式，所述措施匹配规则库基于数值模拟和工程经验构建，规则库中包括河段类型与改造措施的对应匹配规则，包括：生态敏感型河段对应匹配植石互层护岸类措施或复合式改造类措施；景观要求型河段对应匹配挂壁花槽类或复合式改造措施；筛选候选措施方案集合时，先根据典型河段类型从措施库中初步匹配对应措施，再采用基于案例推理的方法，将目标河段的特征参数与规则库中的典型案例进行相似度匹配，得到候选措施方案集合。

20、作为一种优选的实施方式，所述采用多属性效用函数法进行综合评价，包括：

21、对每个评价指标进行无量纲化处理，通过层次分析法确定各指标的基础权重系数；再根据目标河段预设的生态保护等级、安全等级与经济约束条件，通过预定义规则对生态效益权重、结构安全权重和经济权重进行动态调整，最终计算每个候选方案的综合效用值；将综合效用值最高的方案确定为推荐方案，并输出各候选方案的多目标对比雷达图。

22、作为一种优选的实施方式，所述采用参数敏感性分析方法对所述推荐方案的关键技术参数进行局部优化，包括：在推荐方案的参数初始值附近进行小幅度扰动，调用所述措施库中的生态效益函数、结构影响函数和成本函数，计算各扰动方案的综合效用值，确定最优参数组合；优化完成后输出包含推荐措施类型、优化后的技术参数、评价指标预测值、施工图示意和维护管理建议的设计报告。

23、与现有技术相比，上述技术方案中的至少一个技术方案具有如下有益效果之一：

24、1、本技术措施库中包括挂壁花槽类、植被混凝土类和复合式改造类以及由上述两类或三类措施组合形成的复合式改造类。不同结构型式分别对应垂直挡墙复合式改造、斜坡护岸复合式改造、直斜复合式护岸改造等不同岸坡形态，能够满足高流速冲刷型、缓流淤积型、水位变幅大型河段、生态敏感型、景观要求型等多种典型河段的改造需求；此外，通过建立多结构型式的措施库和河道条件-结构型式的匹配规则，使设计人员能够根据目标河段的流速条件、岸坡形态、生态敏感程度等特征，快速定位适宜的护岸结构型式及其关键参数组合，将传统依赖经验的选型过程转化为有据可循的标准化流程，相对于现有技术依赖工程经验进行方案选择，显著提升了设计的科学性和针对性，建立了河段特征与生态化改造措施的定量匹配模型。

25、2、本技术将生态效益、结构安全、经济性纳入统一评价框架，通过多属性效用函数法进行量化比较，为设计人员提供了科学的决策依据，避免了方案选择的主观性和随意性，构建了多目标综合评价与决策支持系统。

26、3、本技术不仅推荐措施类型，还通过参数敏感性分析对关键技术参数进行优化，确保设计方案在局部范围内达到最优，实现了设计参数的系统优化。

27、4、本技术通过科学的方案匹配和参数优化，可在保证生态效益和结构安全的前提下，将工程造价降低15%-25%，同时减少因方案选择不当导致的返工和改造费用。

28、5、本技术措施库和规则库可根据工程实践积累不断更新和完善，使设计方法具有持续学习进化的能力，具有良好的可扩展性。