一种基于层次物元可拓法的海绵城区生态指数的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城区防洪排涝评价领域，涉及一种城区雨水控制与利用的高低程度的 评价方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济社会的快速发展，城市化进程不断加快，城市发展过程中面临的雨水径 流污染、洪涝灾害、水资源匮乏等突出共性问题日益严重。为从源头缓解城市内涝、削减城 市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境，国家提出了建设"海绵城市"的新 理念，提倡构建低影响开发雨水系统。海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化 和应对自然灾害等方面具有良好的弹性，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水 释放并加以利用。海绵城市强调以"慢排缓释"和"源头分散式"控制为主要规划设计理念， 为新型城镇化建设提供重要保障。
[0003] 2014年11月，住房和城乡建设部出台技术指南，首次提出"雨水径流总量控制率" 指标，指导各地建设"海绵"城市，大力推进建设自然积存、自然渗透、自然净化的"海绵城 市"，节约水资源，保护和改善城市生态环境，促进生态文明建设，旨在从源头缓解城市内涝 等现象。然而目前的评价，大多是针对城区防洪内涝的风险等级的评价，评价的目的多是得 出哪些地区的防洪内涝风险较高，并没有针对该地区的管渠设计能力及低响应开发措施提 出建议，所以在海绵城市改造中没有明确性。基于以上提出了海绵城区生态指数评价指标 体系。
[0004] 海绵城区生态指数的指标体系的评价采用改进的层次物元可拓法，其中物元分析 法于上世纪80年代，由我国蔡文教授创立，是主要研宄和处理不相容问题的理论和方法， 是贯穿于自然科学与社会科学的横断学科。目前已广泛应用于新产品构思与设计、优化决 策、控制、识别与评价等各个领域。可拓方法的理论支柱是物元理论和可拓集合论。它是以 事物、特征及事物关于该特征的量值三者所组成的三元组，记作R=(事物，特征，量值）。并 根据待评价事物的数据资料将事物质量分成若干等级，并确定各等级的数据范围，再将待 评事物的指标带入各等级的集合中进行多指标评定，评定结果按它与各等级集合的关联度 大小进行比较，关联度越大，它与某等级集合的符合程度就愈佳。
[0005] 在确定等级关联度时，其中最重要的一项就是确定各个指标的权重。层次分析法 是一种较好的权重确定方法。它是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之 条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法。该方 法将定量分析与定性分析结合起来，用决策者的经验判断各衡量目标能否实现的标准之间 的相对重要程度，得出判断矩阵，从判断矩阵中得出权重。
[0006] 综上，海绵城区生态指数评价指标体系的建立用于对城区的雨水控制与利用高低 程度进行评价，可以明确海绵城市改造的技术方向与技术措施，同时采用改进的层次物元 可拓法对指标进行评价，得出海绵城区的生态指数，可以更直观的反应该城区的雨水调节 与利用能力。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提出了一种基于层次物元可拓法的海绵城区生态指数的评价 方法，包括多层次多环节的评价指标体系和适宜的评价方法，评价城区低影响开发雨水系 统、城区雨水管渠系统等对雨水控制与利用的高低程度。
[0008] 在评价过程中，首先是评价体系的建立，其评价体系从城区的生态控制能力和城 区的生态利用能力两方面进行评价，其中生态控制能力主要考查其管渠系统、建筑生态、道 路生态、绿地生态、水系生态，而生态利用能力考查其雨水资源利用能力，并从工程中切实 可行的角度着手，全面分析影响城区生态控制能力与生态利用能力的各个因素。
[0009] 然后是评价方法的建立，使用其改进的物元可拓评价法，在物元分析法的基础上， 对每个经典域进行归一化处理。并针对此归一化方式提出改进的关联函数。运用层次分析 法确定各级指标的权重，并将最后的评价等级以百分制分数的形式来定量海绵城区生态指 数。
[0010] 具体步骤如下： (1)确定评价内容与评价对象，建立三级指标评价体系，本指标体系用于评价海绵城区 生态指数，其中评价指标体系从城区的生态控制能力与生态利用能力两方面着手，从不同 角度对城区的雨水控制与利用的高低程度进行评价； 表1海绵城区生态指数评价指标体系及指标含义
(2)确定三级指标的评价标准：将二十二项三级指标按海绵城区生态指数从低到高的 顺序分为I、Π 、III、IV、V级，参考《室外排水设计规范GB 50014-2006》、《海绵城市建设技 术指南(试行)》和《城市污水再生利用分类GB/T 11919-2002》标准，并结合实际情况确定 所有三级指标对I、II、III、IV、V级的评价标准；按照标准的确定方式不同，三级指标分为 三级定量指标和三级定性指标；所述三级定量指标是指可直接采用精确的数学区间来确定 其I、II、III、IV、V级的评价标准，三级定性指标是指无法直接采用精确的数学区间只能采 用区间[0,0. 2]、[0. 2,0. 4]、[0. 4,0. 6]、[0. 6,0. 8]、[0. 8,1]表示；以此来建立三级指标评 价体系，从不同角度对城区的雨水控制与利用的高低程度进行评价； 表2三级定量指标等级表
(3) 根据三级指标的评价标准确定评价城区三级指标评价向量Pi :设 ，=，其中P丨（i=l，2,……，22)代表第i个三级指标的评价值，p，代 表评价城区三级指标评价向量，P丨的确定采取调研方法，对于三级定量指标，可直接调研得 出该指标的数值；对于三级定性指标，先要确定该指标的等级，再根据等级划分确定该指标 的数值； (4) 运用改进的层次物元可拓评价法，得到客观科学的评价结果，具体如下： (4. 1)建立评价指标矩阵 根据步骤2确定的三级指标的评价标准作为评价指标矩阵，设为G丨，其中G丨中的三级 指标对每一等级的评价值用^^ (i=l, 2,......，22, j=l, 2, 3, 4, 5)表示，i表示对应的第i个 三级指标，j表示对应的I、Π 、III、IV、V级； (4. 2)规范化处理评价指标矩阵和评价城区三级指标评价向量K 评价指标矩阵的规范化是对评价指标矩阵中的所有评价值进行归一化处理，使其评价 值隶属于[0，1]的区间；对于三级定量指标，若G丨中三级指标的节域是严格的闭区间，则每 个经典域1?的归一化处理是每个经典域的端点值除以节域的右端点值，若G丨中三级指标 的节域是[m，+ t?)的半闭半开区间，则用区间距离最大的经典域的左端点值的三倍将无限 节域变为有限节域，然后并将每个经典域的端点值除以区间距离最大的经典域的左端点值 的三倍进行归一化处理，最后得到归一化后的评价指标矩阵6，其中Gi中每个三级指标的 经典域用表示； 评价城区三级指标评价向量Pi的规范化是对评价城区三级指标评价向量Pi中的评价 值进行归一化处理使其评价值隶属于[0，1]的区间。规范化方法是用P丨分别除以G丨中第 i个三级指标归一化时所除以的数值，得到归一化后的评价城区三级指标评价向量P，其中 P = ('PliP2,-,Pii-SP22) ,Pi (i=l, 2,......，22)代表规范化处理后第i个三级指标的评价 值，P代表规范化处理后评价城区三级指标评价向量； (4. 3)确定关联度矩阵K 根据规范化处理后评价指标矩阵G:-和规范化处理后评价城区三级指标评价向量p，采 用关联函数的定义，确定关联度矩阵K，其中K是一个i X j(i -1,2,……22，j - 1,2.3,4,5)的 矩阵，K中的每一项用K(Fii)表示； 关联函数的定义如下：
式中：表示点Pi到有限区间1^ = [CXij為』·]的距离；表示点Pi到节域 ι? = [%p,iy的距离；|%|表示有限区间的距离。点p与有限区间F = [ca]距离的计