基于層次分析法的豫北地區(qū)雨水花園植物綜合評價

梁彥蘭, 陳曉霞, 王昭娜

(安陽工學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院， 河南 安陽 455000)

海綿城市的國際通用術(shù)語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”，是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[1-2]。雨水花園是眾多生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中的一種，集雨水利用及景觀效果于一體，是一種生態(tài)高效的雨水利用措施。雨水花園能夠收集滯留雨水，緩解雨水徑流量，降低城市洪澇災(zāi)害，雨水花園作為低影響開發(fā)(low impact development, LID)技術(shù)有效的措施之一,具有削減徑流量、調(diào)峰、延緩徑流速度、雨水凈化的作用,具有很好的經(jīng)濟(jì)、美學(xué)、生態(tài)效益。雨水花園植物具有凈化雨水和景觀提升的功能，所以由植物營造的雨水花園成為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中重要的角色。

國外對雨水花園的研究主要集中在水文模擬研究、土壤滲透力研究、污染物滯留能力研究、不同植物應(yīng)用對水文的影響、雨水花園的建造及應(yīng)用研究等方面[3]。國內(nèi)對雨水花園的研究主要集中在雨水花園的起源與發(fā)展研究、國外優(yōu)秀雨水花園案例介紹、雨水花園的營造技術(shù)研究、雨水花園試驗(yàn)及模型構(gòu)建等方面[4-6]。由于雨水花園植物地域性較強(qiáng)，國內(nèi)對雨水花園的植物選擇與設(shè)計研究較薄弱，對雨水花園植物選擇多為定性研究，定量化研究較少。蔡妤等[7]應(yīng)用AHP方法，研究北京地區(qū)的雨水花園植物選擇，對北京地區(qū)的雨水花園植物選擇提供大量數(shù)據(jù)支撐，但具有較強(qiáng)的地域性。本文擬應(yīng)用層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)，研究定性指標(biāo)的定量化，以期為豫北乃至中原地區(qū)雨水花園的植物營造和設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

豫北地區(qū)地處南太行山前平原和冀中南地區(qū)，與山西省長治、晉城毗鄰，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14 ℃，7月最熱，平均27 ℃，1月最冷，平均0.1 ℃，最高氣溫42.8 ℃，最低氣溫-21.5 ℃。年均濕度68%，最大凍土深度285 mm，無霜期220 d，全年日照時間約2 400 h。年平均降雨量650 mm，最大降雨量1168.4 mm，最小降雨量241.8 mm，夏秋降水較多，占全年降水的72%，且多暴雨。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

本文選擇豫北地區(qū)的國家級海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市河南省鶴壁市和河南省省級海綿城市試點(diǎn)城市安陽市為研究對象。2017年4月至9月，對鶴壁市桃園公園內(nèi)的雨水花園、安陽市人民公園、龍安公園等典型地段內(nèi)的雨水花園植被進(jìn)行實(shí)地隨機(jī)抽樣調(diào)查，選取10 m×10 m的樣方20個，記錄雨水花園的植物種類、觀賞特性(綠化美化特性、景觀時序性)、生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性(根系發(fā)達(dá)程度、抗旱性、抗?jié)裥?、自我繁殖能?、環(huán)境保護(hù)功能(鄉(xiāng)土植物、去污降污能力、植物對雨水的截流)等。

2.2 層次分析法

層次分析法 (簡稱AHP法)，是美國運(yùn)籌學(xué)家匹茲堡大學(xué)教授A. L. Saaty于20世紀(jì)70年代初提出的，旨在建立一種能模擬人的思維邏輯 ，將定性分析與定量分析，將主觀判斷與客觀實(shí)際有機(jī)結(jié)合起來的 一種決策理論方法，使用AHP法分析，首先要把問題層次化 ，構(gòu)成不同等級的一個多層次結(jié)構(gòu)模型[8-10]。層次分析法用于評介因素較多的植物選擇評價，適用于園林植物景觀評價，本研究用層次分析法對豫北地區(qū)29種雨水花園植物進(jìn)行量化評價，以期對雨水花園的營造提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的確定

為確定雨水花園植物選擇的指標(biāo)體系，課題組邀請了多位長期從事園林植物應(yīng)用的高級工程技術(shù)人員和高校教師進(jìn)行各指標(biāo)體系的確定。將觀賞特性、生物學(xué)生態(tài)特性、環(huán)境保護(hù)功能這3項(xiàng)指標(biāo)作為評價體系的準(zhǔn)則層，每項(xiàng)再細(xì)分，觀賞特性可再分為綠化美化特性、景觀時序性兩個指標(biāo)層，生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性可再分為根系發(fā)達(dá)程度、抗旱性、抗?jié)裥?、自我繁殖能?個指標(biāo)層，環(huán)境保護(hù)功能可再分為鄉(xiāng)土植物、去污降污能力、植物對雨水的截流3個標(biāo)準(zhǔn)層(表1)。

表1 雨水花園植物評價體系的層次結(jié)構(gòu)模型

2.4 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

采用二元相對比較的1—9標(biāo)度法，判斷各指標(biāo)相對重要性，構(gòu)建雨水花園植物評價體系的判斷矩陣C—A，A1—(D1—D2)，A2—(D3—D6)，A3—(D7—D9)(表2—5)，并確定判斷矩陣的一致性。設(shè)λmax是判斷矩陣A的最大特征根，W是其對應(yīng)的特征向量，求解向量的特征根，所得W經(jīng)歸一化后就得到該層元素相對于上一層某一因素的相對權(quán)重。元素的單層排序權(quán)重和該元素對應(yīng)的上一層元素的單層排序的乘積即是該元素的總權(quán)重。

表2 C-Ai判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

注：λmax=3.05RC=0.043 0.043=<0.1。

表3 A1-Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

注：λmax=0.866RC=0.000<0.1。

表4 A2-Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

注：λmax=4.060RC=0.022 0.022=<0.1

表5 A3-Di判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

注：λmax=3.10RC=0.086 0.086=<0.1

2.5 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

為保證結(jié)論的合理性和可靠性，結(jié)合專家問卷調(diào)查結(jié)果，對所構(gòu)建的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

計算公式如下：

RC=IC/IR

(1)

(2)

式中：IR——平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可查表求得。

當(dāng)RC<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標(biāo)選擇結(jié)果與分析

根據(jù)上述研究方法可知，對構(gòu)建雨水花園植物評價體系的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，所有矩陣的RC值均小于0.1，判斷矩陣具有一致性，說明雨水花園的評價體系模型和權(quán)重結(jié)果的確定有有效的，可信的。豫北地區(qū)雨水花園植物選擇與評價指標(biāo)體系與權(quán)重計算結(jié)果如表6所示。從表6可看出準(zhǔn)則層權(quán)重從高到低的排序?yàn)樯飳W(xué)生態(tài)特性(0.718)〉觀賞特性(0.156)〉環(huán)境保護(hù)功能(0.127)。這說明雨水花園植物的選擇首先考慮的是生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性，兼具生態(tài)學(xué)特性和生物學(xué)特性的雨水花園植物有利于雨水花園的生態(tài)平衡，其次是植物的觀賞特性。在指標(biāo)層中，排名前四的是抗旱性(0.370)、抗?jié)裥?0.214)、綠化美化特性(0.099)、去污降污能力(0.098)。說明抗旱性在豫北地區(qū)雨水花園植物的選擇中具有重要作用，因?yàn)樵ケ钡貐^(qū)春、秋、冬季干旱少雨，雨水主要集中在夏季；抗?jié)裥晕痪拥诙?，因?yàn)橛晁▓@的植物要求有短暫的耐水濕特性。同時雨水花園植物屬于景觀營造的重要組成部分，綠化美化特性也具有舉足輕重的作用，植物的去污降污能力對于雨水的凈化吸收，重復(fù)利用也具有較重要的生態(tài)學(xué)意義。

表6 雨水花園植物評價體系各層級權(quán)重

3.2 賦值的確定與實(shí)例分析

對鶴壁、安陽市的雨水花園實(shí)地調(diào)研和評價指標(biāo)分析的前提下，對29種典型雨水花園植物進(jìn)行綜合評價。邀請相關(guān)行業(yè)專業(yè)人員和景觀設(shè)計人員按照很好(10分)、較好(8分)、一般(6分)、較差(4分)4個級別對9個指標(biāo)層進(jìn)行逐一打分并求平均值，再結(jié)合每項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行加權(quán)，最后得出每種雨水花園植物的綜合評價值。并將總評價值分為4個等級，一級(≥9)，一級為雨水花園的首選植物，適應(yīng)干旱、積水環(huán)境，具有較強(qiáng)觀賞價值，管理容易；二級(7.5～9)，雨水花園的較優(yōu)品種，適應(yīng)性稍差，具有一定的觀賞價值；三級(6～7.5)，雨水花園栽植的一般品種，耐水濕和耐干旱能較差，但也可以正常生長；四級(≦6)，生長狀況不良，有些甚至是外來入侵的風(fēng)險，如再力花(表7)。

表7 豫北地區(qū)雨水花園植物綜合評價值

4 結(jié)論與討論

本文采用AHP層次分析法綜合評價構(gòu)建評價模型，為雨水花園的植物選擇提供支撐。相對于雨水花園植物的選擇與設(shè)計[11]等定性化選擇雨水花園植物具有更實(shí)踐和科學(xué)意義。相對于美景度評價法(SBE，適用于大景觀樣本的評價)[12-14]，AHP分析方法更適合于居住區(qū)、公園、綠地等的景觀評價。

在實(shí)地調(diào)研和查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于AHP方法的綜合評價體系，對雨水花園植物選擇的量化綜合研究具有指導(dǎo)意義。本文將調(diào)查的雨水花園植物分為4級：1級的千屈菜、紅蓼、東方狼尾草、鳶尾、細(xì)葉芒、花葉芒是豫北地區(qū)建設(shè)雨水花園的首選植物；4級的再力花、常夏石竹、八寶景天、美人蕉、金雞菊、馬鞭草、大麗花是建設(shè)雨水花園慎重選擇的植物材料；2級和3級的植物根據(jù)雨水花園種植區(qū)不同的水淹情況，選擇合適的區(qū)域如蓄水區(qū)、緩沖區(qū)、邊緣區(qū)進(jìn)行雨水花園植物的種植[15]，邊緣區(qū)一般種植耐旱的植物，緩沖區(qū)選用有一定的耐淹能力，又有一定耐旱能力的植物品種，蓄水區(qū)種植耐淹能力較強(qiáng)和抗污染能力較好的植物品種。雨水花園作為有效的雨水收集和凈化系統(tǒng)，AHP層次分析法在權(quán)重賦值，植物綜合得分方面具有一定的主現(xiàn)性和片面性，如植物的納污吸污能力在實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合應(yīng)用目標(biāo)綜合考慮。因此，在后續(xù)的研究中，應(yīng)加強(qiáng)雨水花園植物跟蹤調(diào)查、植物生理生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)、濕地生態(tài)系統(tǒng)中野生鄉(xiāng)土植物的篩選，為豫北乃至中原地區(qū)雨水花園植物的選擇和海綿城市建設(shè)提供理論支撐。