基于AHP的河道生态岛植物选择合理性的评估方法

本发明涉及河道生态治理
技术领域：
，具体涉及一种基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法。
背景技术：
：随着全球工业化和城市化的快速发展，水体富营养化已经成为严重的城市环境问题。而植物对于水体内富营养化物质有着高效的去除效果，能够明显改善水质，鉴于利用植物进行水体净化具有作用领域广泛、净化成本低和兼顾景观效果等优势，在河道的景观设计中，在河道生态岛上选择具有较好净化作用的植物也成为设计的重点。但是现有的植物种类繁多，景观设计师缺乏评价植物合理性的标准，通常只能凭借自身经验进行植物选择，易导致选用植物不适应性环境而大量死亡造成河道二次污染的现象，无法满足水体净化的需求，另外，现有的凭借自身经验进行植物选择的过程需耗费大量的时间，导致植物设计效率较低，延长了生态岛的设计周期，无法满足建设需求。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，能够建立统一的评判模型而对备选植物的合理性做出科学准确地评估，以提高生态岛的植物设计效率，缩短设计周期。为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，包括以下步骤：1)建立层次结构模型，所述层次结构模型包括目标层、决策层和因子层，所述决策层表示植物选择合理性，所述决策层表示影响目标层的植物选择合理性的决策因素，所述因子层表示影响决策层的决策因素的评价因子；所述因子层包括至少一种评价因子，每种所述决策因素对应因子层的至少一种评价因子；2)利用ahp分析方法确定所述评价因子对于相应决策因素的影响程度的相对权重，并确定每个所述决策因素对于目标层的影响程度的相对权重；3)对每个所述评价因子进行评价打分得到因子评价分，并依据因子评价分、评价因子对于相应决策因素的影响程度的相对权重以及决策因素对目标层的影响程度的相对权重得出植物总评分l；植物总评分l越高，表示河道生态岛选择该植物的合理性越高。在其中一个实施方式中，所述植物总评分l由以下公式计算获得：其中，表示第i个参评人员对第t种决策因素的标准化评分，rt表示第t种决策因素对目标层的影响程度的相对权重，rt∈[0，1]，i∈[1，n]，t∈[1，m]，n为参评人员数量，m为决策层中决策因素的种类总数；表示第t种决策因素的实测值，表示第t种决策因素所对应的第j种评价因子的因子评价分，e表示第t种决策因素所对应的评价因子的总数，表示第j种评价因子对于第t种决策因素的影响程度的相对权重，在其中一个实施方式中，当20<l≤30时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为优秀；当10<l≤20时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为良好；当0<l≤10时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为差。在其中一个实施方式中，所述决策层包括多种决策因素，所述决策因素为净化能力、生态环境适应性或应用成本。在其中一个实施方式中，所述评价因子为净化污染物多样性、生物量、抑制藻类能力、气候适应性、植物耐受性、植物侵略性、植物品种成本、管理养护成本或废弃物产量，所述净化污染物多样性、生物量和抑制藻类能力对应所述决策层的净化能力，所述气候适应性、植物耐受性和植物侵略性对应所述决策层的态环境适应性，所述植物品种成本、管理养护成本和废弃物产量对应所述决策层的应用成本。在其中一个实施方式中，在进行步骤1)之前，还要依据水体检测结果确认待选植物清单，所述待选植物清单中包括多种具有水体净化作用的植物。在其中一个实施方式中，进行水体检测时，采用五点取样法获取目标水样，并依据比色法测定所述目标水样中的污染物含量。在其中一个实施方式中，在进行步骤2)之前，还需要构建判断矩阵并进行一致性检验，所述判断矩阵用于比较决策因素对于目标层的重要程度，或比较评价因子对于相应决策层的重要程度。在其中一个实施方式中，构建判断矩阵时采用九级标度法。本发明具有以下有益效果：本发明的基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，建立了统一的评判标准，能够对备选植物的合理性做出科学准确地评估，使得生态岛的植物设计更加高效，提高了植物设计效率，缩短了生态岛的设计周期。附图说明图1是本发明的基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法的结构框图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。如图1所示，本实施例公开了一种基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，包括以下步骤：1)建立层次结构模型，层次结构模型包括目标层、决策层和因子层；决策层表示植物选择合理性，决策层表示影响目标层的植物选择合理性的决策因素，因子层表示影响决策层的决策因素的评价因子；因子层包括至少一种评价因子，每种决策因素对应因子层的至少一种评价因子；2)利用ahp分析方法确定评价因子对于相应决策因素的影响程度的相对权重，并确定每个决策因素对于目标层的影响程度的相对权重；其中，ahp(analytichierarchyprocess，层次分析法)是一种对定性问题进行定量分析的多准则决策方法，能够利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权重，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重；3)对每个评价因子进行评价打分得到因子评价分，并依据因子评价分、评价因子对于相应决策因素的影响程度的相对权重以及决策因素对目标层的影响程度的相对权重得出植物总评分l；依据植物总评分情况，判断该植物是否为该河道生态岛适宜植物，植物总评分l越高，表示河道生态岛选择该植物的合理性越高。在其中一个实施方式中，植物总评分l由以下公式计算获得：其中，表示第i个参评人员对第t种决策因素的标准化评分，rt表示第t种决策因素对目标层的影响程度的相对权重，rt∈[0，1]，i∈[1，n]，t∈[1，m]，n为参评人员数量，m为决策层中决策因素的种类总数；表示第t种决策因素的实测值，表示第t种决策因素所对应的第j种评价因子的因子评价分，采用十分制，e表示第t种决策因素所对应的评价因子的总数，表示第j种评价因子对于第t种决策因素的影响程度的相对权重，上述公式中，由多名参评人员对层次结构模型进行评分，可减少误差。进一步地，当20<l≤30时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为优秀；当10<l≤20时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为良好；当0<l≤10时，表示河道生态岛选择该植物的合理性评估为差。生态岛进行植物选择时，推荐选择植物合理性评价为优秀的植物，以达到最佳的河道净化修复作用；不推荐选择植物合理性评价为良好的植物；对于合理性评价为差的植物则不能作为该生态岛的植物使用。参阅图1，在其中一个实施方式中，决策层包括多种决策因素，决策因素为净化能力b1、生态环境适应性b2或应用成本b3。在其中一个实施方式中，评价因子为净化污染物多样性c1、生物量c2、抑制藻类能力c3、气候适应性c4、植物耐受性c5、植物侵略性c6、植物品种成本c7、管理养护成本c8或废弃物产量c9，净化污染物多样性c1、生物量c2和抑制藻类能力c3对应决策层的净化能力b1，气候适应性c4、植物耐受性c5和植物侵略性c6对应决策层的态环境适应性b2，植物品种成本c7、管理养护成本c8和废弃物产量c9对应决策层的应用成本b3。上述决策因素种类和其相应的评价因子的种类选择更利于科学判断待选植物对河道的综合净化作用和应用效果，提升了待选植物选择的有效性和准确度。在其中一个实施方式中，在进行步骤1)之前，还要依据水体检测结果确认待选植物清单，待选植物清单中包括多种具有水体净化作用的植物，以便于后续对多种待选植物进行选择。在其中一个实施方式中，进行水体检测时，采用五点取样法获取目标水样，并依据比色法测定目标水样中的污染物含量，污染物主要指总磷和总氮，以判断水体富营养化程度。在其中一个实施方式中，在进行步骤2)之前，还需要构建判断矩阵并进行一致性检验，一致性校验合格的，再进行权重计算。判断矩阵用于比较决策因素对于目标层的重要程度，或比较评价因子对于相应决策层的重要程度。上述判断矩阵是每一层次各因素的相对重要性给出判断，对各层元素进行两两比较判断，这些判断用数值表示出来而写成矩阵形式。具体地，如表1-表4所示，分别建立了各层因素对于上层影响的重要程度的判断矩阵。其中，表1为净化能力b1、生态环境适应性b2和应用成本b3这三种决策因素相对目标层的植物选择合理性a的判断矩阵及一次性校验表，表2为净化污染物多样性c1、生物量c2和抑制藻类能力c3这三种评价因子相对净化能力b1的判断矩阵及一次性校验表，表3为气候适应性c4、植物耐受性c5和植物侵略性c6这三种评价因子相对生态环境适应性b2的判断矩阵及一次性校验表，表4为植物品种成本c7、管理养护成本c8和废弃物产量c9这三种评价因子相对应用成本b3的判断矩阵及一次性校验表。表1a-b判断矩阵与一次性检验表a/bb1b2b3权重值b111/31/50.37b23150.46b31/31/510.17表2b1-c判断矩阵与一次性检验表表3b2-c判断矩阵与一次性检验表b2/cc4c5c6权重值c411/51/20.13c55130.64c621/310.23表4b3-c判断矩阵与一次性检验表b3/cc7c8c9权重值c711/51/50.1c85110.45c95110.45在其中一个实施方式中，构建判断矩阵时采用九级标度法(satty1-9标度法)。九级标度法是现有的标度方式。九级标度法的标度方法参阅表5。表5九级标度法的标度方法表具体地，评价因子得分根据表6和表7获得，表6为评价因子的评分指标，表7为评价因子的评分标准。表6评价因子的评分指标表7评价因子的评分标准优因子评价分：7～10良因子评价分：3～6差因子评价分：0～3表6和表7为人为经验获得，由专业人员经大量的检索分析获得。获取评价因子的评分时，先依据表6确定该评价因子属于“优”、“良”或“差”，然后再根据表7中“优”、“良”、“差”对应的评分确定该评价因子的得分，该得分采用十分制。下面以图1所示的层次结构模型为例，说明上述植物总评分l的计算方法：其中，表示第i个参评人员对第1种决策因素b1的标准化评分，其对应净化污染物多样性c1、生物量c2、抑制藻类能力c3这三种评价因子；0.37、0.46和0.17分别为b1、b2和b3的权重值，由表1获得；表示第i个参评人员对第2种决策因素并b2的标准化评分，其对应气候适应性c4、植物耐受性c5和植物侵略性c6这三种评价因子，表示第i个参评人员对第3种决策因素b3的标准化评分，其对应植物品种成本c7、管理养护成本c8和废弃物产量c9这三种评价因子。其中，对应净化污染物多样性c1的因子评价分，对应生物量c2的因子评价分，对应抑制藻类能力c3的因子评价分,根据表6，假设c1对应的评分指标为“优”，则再依据表7，则评价因子c1的因子评价分为7～10，同样的，可获取评价因子c2、c3的评分；由表2获得和的值分别为0.41、0.11和0.48，若评价因子c1、c2和c3的评分分别为8、6、3，参评人员为5人，则有：则依据上述同样的方式可获得的值，从而可计算出l的值。下面以具体应用实例来说明上述基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法的评估过程：首先，进行某一河道水体检测，检测结果显示其河水污染指标为tn(总氮)27.6～159.3mg/l、tp(总磷)1.58～7.16mg/l、codcr(化学需氧量)80.9～313.2mg/l、nh3-n(氨氮)21.3～148.9mg/l、ss(悬浮固体)151.0～685.0mg/l；确认其为主要污染源为tp、tn的超标严重水体，针对这一问题，列出景观型生态浮岛待选植物品种表，参阅表8；表8待选水生植物品种对表8中12种植物在该河道污染物浓度下进行文献检索，了解其净化能力，确定表6中c1-c9这九种评价因子的评价指标情况，邀请多位从业人员根据表7对每个植物进行评分，将多人打分数据去除极限值后取平均值带入植物总评分l的计算公式中进行计算获取各自的l值。当20<l≤30时，河道生态岛选择该植物的合理性评估为优秀；当10<l≤20时，河道生态岛选择该植物的合理性评估为良好；当0<l≤10时，河道生态岛选择该植物的合理性评估为差。最终l值计算结果如表9所示。表912种待选植物净化能力评估排序表植物名植物评议得分评估美人蕉(cannaindica)27.27优秀黄菖蒲(irispseudacorus)22.1优秀鸢尾(iristectorum)18.46良好伊乐藻(elodeanuttallii)16.33良好香菇(hydrocotylevulgaris)16.19良好荷花(nelumbonucifera)15.7良好大聚藻(myriophyllumaquaticum)15.4良好马蔺(irislactea)8.61差狐尾藻(myriophyllumverticillatum)4.21差千屈菜(lythrumsalicaria)4.11差大薸(pistiastratiotes)4.02差凤眼莲(eichhorniacrassipes)4.58差由表9可知，各个植物评分情况差距较大，得分较高为美人蕉、黄菖蒲、鸢尾和伊乐藻，说明对这几种植物对富营养化水体中呈现出高于其他植物的净化效应，建议设计时多考虑此类植物的使用；而得分较低的植物为大薸和凤眼莲，该类植物虽然具有良好的净化富营养化植物的能力，但由于其扩张性和爆发性会导致水体的二次污染，故评分较低，生态岛设计时不建议选择该类植物品种。利用本实施例的基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，可快捷准确地选出合适的净化植物，以对老城区河道中不便于进行生态湿地修复的河段进行水质修复。本实施例的基于ahp的河道生态岛植物选择合理性的评估方法，将ahp层次分析方法引入植物设计初期，建立了统一的评判标准，能够对备选植物的合理性进行科学准确地评估，使得生态岛的植物设计更加高效，提高了植物设计效率，缩短了生态岛的设计周期；另外，相较于偏向植物学严谨难以掌握的判断标准，本实施例将评估模型简化为三个主要层面，提高了模型的适用范围和普适度。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本
技术领域：
的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。当前第1页12