一種基于灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的海綿城區(qū)潛力指數(shù)的評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的海綿城區(qū)潛力指數(shù)的評(píng)價(jià)方法，屬于 城市環(huán)境規(guī)劃、洪澇災(zāi)害防治和給水排水技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著我國(guó)城市規(guī)模逐漸擴(kuò)張，不透水面積不斷加大，城市內(nèi)澇防治以及雨 洪控制利用方面的問(wèn)題愈發(fā)突出，依賴大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施和管網(wǎng)建設(shè)的傳統(tǒng)雨水排放思路已 經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代城市雨水管理的要求。為此國(guó)內(nèi)外許多城市開(kāi)始實(shí)踐新型雨洪管理的理 念，將雨洪蓄滲工程技術(shù)與城市綠地景觀相結(jié)合設(shè)計(jì)，構(gòu)建以自然積存、自然滲透、自然凈 化為目標(biāo)的"海綿城市"，以有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護(hù) 和改善城市生態(tài)環(huán)境。
[0003] 然而，雖然海綿城區(qū)城市建設(shè)從源頭分散控制污染并利用雨水資源，不僅可以改 善經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)中的矛盾，也能在水資源短缺的情況下提高雨水利用效率。而且目 前國(guó)內(nèi)已有一些實(shí)際工程使用了低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)，但是總體上普及率還是比較低，因?yàn)榈?影響開(kāi)發(fā)理念很大部分已超出傳統(tǒng)的市政工程范疇，廣泛涉及城市規(guī)劃與土地利用、交通 規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)等城市管理的各個(gè)方面。同時(shí)國(guó)內(nèi)與低影響開(kāi)發(fā)配套的產(chǎn)業(yè)剛 起步，相關(guān)從業(yè)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中配套政策不完 善、缺乏技術(shù)指導(dǎo)，推廣也缺乏政策依據(jù)。從目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，低影響開(kāi)發(fā) 還受降雨強(qiáng)度，季節(jié)等多方面因素影響。在推廣的過(guò)程中它有很多方面的局限性。
[0004] 因此從開(kāi)發(fā)可行性的角度考慮，有必要在城區(qū)進(jìn)行海綿城市建設(shè)前期通過(guò)一些指 標(biāo)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)，合理確定需要開(kāi)發(fā)的功能和規(guī)模，達(dá)到即增加城市水資源，又避 免盲目利用雨水資源的目的。為此，需要一個(gè)綜合考慮各方面因素的評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)方法 來(lái)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)。以此作為海綿城區(qū)城市建設(shè)的決策依據(jù)，保證開(kāi)發(fā)的科學(xué)性、合 理性和可靠性。
[0005] 各指標(biāo)的多樣性以及指標(biāo)之間關(guān)系的復(fù)雜性使得評(píng)價(jià)的可操作性大大降低，而且 很難利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論上的優(yōu)化，應(yīng)用最多的是集中多個(gè)專家或決策者針對(duì)各城區(qū)具 體情況對(duì)其生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行論證、評(píng)比和選擇，但因個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)及偏好的差異，完 全有可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的不一致或不合理，為此引入了模糊數(shù)學(xué)中的關(guān)聯(lián)分析法和多目標(biāo) 規(guī)劃中的層次分析法，在建立灰色關(guān)聯(lián)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法求出各城區(qū)評(píng)判指 標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)而對(duì)各城區(qū)的生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力的大小進(jìn)行更加客觀的判斷。因此，本發(fā)明提出一 種基于灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的城區(qū)生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)體系及方法，以期為海綿城區(qū)城市建 設(shè)提供科學(xué)性的有益參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)海綿城市建設(shè)的現(xiàn)狀需求，本發(fā)明的目的在于提出一種基于灰關(guān)聯(lián)-層次分 析法的海綿城區(qū)潛力指數(shù)的評(píng)價(jià)方法，以期為海綿城區(qū)城市開(kāi)發(fā)建設(shè)提供科學(xué)性的有益參 考。
[0007] 本發(fā)明所述的海綿城區(qū)潛力指數(shù)評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)含義如表1所示： 表1海綿城區(qū)潛力指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)含義
本發(fā)明提出的基于灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的海綿城區(qū)潛力指數(shù)的評(píng)價(jià)方法，所述海綿潛 力指數(shù)包括開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)潛力和開(kāi)發(fā)技術(shù)潛力，所述開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)潛力包括開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)能力和開(kāi)發(fā)用 地能力；所述開(kāi)發(fā)技術(shù)潛力包括建筑開(kāi)發(fā)潛力、道路開(kāi)發(fā)潛力和土地開(kāi)發(fā)潛力；評(píng)價(jià)步驟 包括建立海綿城區(qū)指數(shù)評(píng)價(jià)的目標(biāo)樹(shù)，確定指標(biāo)特征量矩陣，評(píng)價(jià)指標(biāo)的規(guī)范化，建立灰關(guān) 聯(lián)度矩陣，計(jì)算各判斷矩陣的特征值、特征向量，一致性檢驗(yàn)，確定海綿潛力等級(jí)，具體步驟 如下： (1)建立海綿城區(qū)指數(shù)評(píng)價(jià)的目標(biāo)樹(shù) 目標(biāo)樹(shù)從上到下分為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)；一級(jí)指標(biāo)為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)潛力和開(kāi) 發(fā)技術(shù)潛力；二級(jí)指標(biāo)5項(xiàng)，為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)能力、開(kāi)發(fā)用地能力、建筑開(kāi)發(fā)潛力、道路開(kāi)發(fā)潛力 和土地開(kāi)發(fā)潛力；三級(jí)指標(biāo)11項(xiàng)，為地均GDP、用地性質(zhì)、建筑密度、屋面可利用性、地面坡 度、道路網(wǎng)密度、道路可利用性、土壤滲透性、河網(wǎng)密度、地下水埋深和土地可利用性； (2 )根據(jù)目標(biāo)樹(shù)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣 設(shè)有#城區(qū)參與本次海綿城區(qū)潛力指數(shù)評(píng)價(jià)，則本次評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣/?為/M 4尸7,…，&…尸丄其中：/?表示理想城區(qū)的11項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的集合，所謂理想城區(qū) 是指該城區(qū)進(jìn)行海綿城市改造的潛力最大，所有的三級(jí)指標(biāo)滿足最有利的條件，其中理想 城區(qū)的所有三級(jí)指標(biāo)組成的集合為/^=(4, /@ ···，/?》= (20，0.9，0.1，0.8，0.002， 7, 0· 8，3. 52 X nT:，〇· 25，50，0· 8)，其三級(jí)指標(biāo)值是固定的；/^.(i=l，2, · · ·，/?)表示第 i個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的11項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的集合，即尸,=(/,/，/^，…，/,7，···，/^)，々/(? 2,...，功戶1，2,. . .，77)表示第i個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的第j個(gè)三級(jí)指標(biāo)值，尸"表示第η個(gè)待評(píng) 價(jià)城區(qū)的11項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的集合；則個(gè)城區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣（也稱決策矩陣）：
(3) 評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣的規(guī)范化 所述評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣的規(guī)范化是對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣中的理想城區(qū)和個(gè)評(píng)價(jià)城區(qū)的11個(gè) 三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化，使其三級(jí)指標(biāo)數(shù)值隸屬于[0，1]的區(qū)間；其中：地均GDP、用地性質(zhì)、 屋面可利用性、道路網(wǎng)密度、道路可利用性、土壤滲透性、地下水埋深和土地可利用性這8 個(gè)三級(jí)指標(biāo)采用極大型規(guī)范法，建筑密度，地面坡度和河網(wǎng)密度這3個(gè)三級(jí)指標(biāo)用極小型 規(guī)范法； 對(duì)于極大型規(guī)范法：
式中：/d旨的是理想城區(qū)的第^個(gè)三級(jí)指標(biāo)值，是第i個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的第J個(gè)三級(jí) 指標(biāo)值，是第7個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的第^個(gè)三級(jí)指標(biāo)規(guī)范化之后的值； 對(duì)平M/1、刑挪茹姑.
式中：/d旨的是理想城區(qū)的第^個(gè)三級(jí)指標(biāo)值，是第i個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的第J個(gè)三級(jí) 指標(biāo)值，_是第i個(gè)待評(píng)價(jià)城區(qū)的第it三級(jí)指標(biāo)規(guī)范化之后的值； 進(jìn)行規(guī)范化之后，理想城區(qū)的所有三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的集合_=(1，1，1，1，1，1，1， 1， 1， 1， 1); (4) 根據(jù)規(guī)范化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣確定灰關(guān)聯(lián)度矩陣 以評(píng)價(jià)城區(qū)指標(biāo)向量與理想城區(qū)指標(biāo)向量的關(guān)聯(lián)度作為評(píng)價(jià)城區(qū)生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力優(yōu)劣 的準(zhǔn)則，參評(píng)城區(qū)4；中第J個(gè)三級(jí)指標(biāo)與理想城區(qū)乂y的第^個(gè)三級(jí)指標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)度 為：
式中：?為分辨系數(shù)，取0. 5 ;i=l，2……η，j =1，2……11 ; 由#城區(qū)，每個(gè)城區(qū)11個(gè)三級(jí)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度建立起一個(gè)孩:_:議:的多目標(biāo)決策矩 陣，稱為灰關(guān)聯(lián)度矩陣 (5)根據(jù)層次分析法確定灰關(guān)聯(lián)度矩陣中每項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重 采用層次分析法確定灰關(guān)聯(lián)度矩陣中每項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重時(shí)，需要先確定2項(xiàng)一級(jí)指 標(biāo)的權(quán)重，再確定5項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，最后再確定11項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重；確定權(quán)重時(shí)需要 對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比，然后采用（〇，1，2)三標(biāo)度法排定各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)優(yōu)劣順序，構(gòu) 造出三標(biāo)度比較矩陣「甘 ?
(5. 1)計(jì)算三標(biāo)度Κ牧爐降C的彳丁耍富rZ和：
比較矩陣C的行要素 r的最大值為_(kāi)_則^_=3:?￡_|，比較矩陣C的行要素 r的最小值為，則，，，與和簡(jiǎn)藏相對(duì)應(yīng)的要素稱為兩個(gè)基點(diǎn)比較 要素，將兩個(gè)基點(diǎn)比較要素按1~9判斷尺度進(jìn)行比較判斷，得出其相對(duì)重要性程度為 為拘 一 ; (5. 2 )根據(jù)三標(biāo)度比較矩陣C得出間接判斷矩陣A : 三標(biāo)度比較矩陣并不能準(zhǔn)確地反映各因素在某準(zhǔn)則下的相對(duì)重要性程度，因此必須將 其變換成具有層次分析法特點(diǎn)和性質(zhì)的間接判斷矩陣，利用比較判斷矩陣G用以下公式求 間接判斷矩陣J的元素％;
式中，:?卩表示間接判斷矩陣A的元素，％表示三標(biāo)度比較矩陣C的第i行要素之和，. 表示三標(biāo)度比較矩陣C的第j行要素之和，_表示三標(biāo)度比較矩陣C的行要素之和的最 大值，表示三標(biāo)度比較矩陣C的行要素之和的最小值，%:表示其相對(duì)重要性程度，取 (5.3)求解間接判斷矩陣厶的權(quán)重向量#:__:彳^產(chǎn)'*，|"，》|1: (5. 3. 1)計(jì)算判斷矩陣A每行元素乘積的η次方根：
式中，戀表示間接判斷矩陣A的元素，i| (i=l，2, . . .，4表示間接判斷矩陣A的第i 行元素乘積的η次方根； (5. 3. 2 )計(jì)算權(quán)重向量W = (Vp ?):
式中， (i=l，2, ...，4表示間接判斷矩陣A的第i行元素乘積的η次方根，其中, (i=l，2, · · ·，λ)表示第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值；
(5. 3. 3)求權(quán)重向?qū)? w姑心1+牲紅估』 . 式中：Cl表示層次一?義丨王館懷；K1衣不腿機(jī)一?義丨王館懷，:ainmi'T均隨機(jī)一致性指標(biāo) 可得出；CR表示檢驗(yàn)系數(shù)； CI越小，表示一致性越大；考慮到一致性的偏離可能是由于隨機(jī)原因造成的，因此在 檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿意的一致性時(shí)，還需將CI和平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較，得 出檢驗(yàn)系數(shù)CR ; -般認(rèn)為CKO. 1，CR〈0. 1時(shí)，判斷矩陣的一致性可以接受，否則重新兩兩進(jìn) 行比較； 根據(jù)兩項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重和五項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，最后可以確定灰關(guān)聯(lián)度矩陣中每項(xiàng) 三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量W=^1, w2，......，W11); (6)確定海綿城區(qū)潛力等級(jí)指數(shù) 根據(jù)步驟（4)確定的灰關(guān)聯(lián)度矩陣f和步驟（5)確定的三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量W，可以得 出η個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的海綿城區(qū)潛力等級(jí)指數(shù)向暈
^ : ，中元素?cái)?shù)值即為該海綿城區(qū)潛力指數(shù)，，中元素?cái)?shù)值愈大，說(shuō)明該城區(qū)生態(tài)開(kāi) 發(fā)潛力愈接近于理想城區(qū)。
[0008] 本發(fā)明中，所述用地性質(zhì)根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)GB 50137-2010》規(guī)定的綠地與廣場(chǎng)用地、居住用地、商業(yè)及公共服務(wù)用地、道路與交通設(shè)施用 地、工業(yè)與物流倉(cāng)儲(chǔ)用地5種用地類型，結(jié)合灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的要求，將5種用地性質(zhì) 分別量化為無(wú)量綱化數(shù)〇. 9、0. 7、0. 5、0. 3和0. 1。
[0009] 本發(fā)明中，所述理想城區(qū)為地均⑶Ρ、用地性質(zhì)、建筑密度、屋面可利用性、地面坡 度、道路網(wǎng)密度、道路可利用性、土壤滲透性、河網(wǎng)密度、地下水埋深、土地可利用性分別取 值為20億元/1〇11 2,0.9,0.1%，80%，0.15%，7 1〇11/1〇112,80%，3.52\106111/8,0.25 1〇11/1〇112,50111， 80% 〇
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明提出一種基于灰關(guān)聯(lián)-層次分析法的海綿城區(qū)潛力指數(shù)的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)層次 分析法建立城區(qū)生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力指數(shù)評(píng)價(jià)體系，并以灰關(guān)聯(lián)-層次分析法為體系評(píng)價(jià)方法， 進(jìn)行城區(qū)生態(tài)開(kāi)發(fā)潛力的評(píng)價(jià)。其評(píng)價(jià)體系適用于海綿城區(qū)城市建設(shè)規(guī)劃建設(shè)前期的開(kāi)發(fā) 潛力預(yù)判，為科學(xué)決策提供依據(jù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性