基于模糊層次綜合評價法的城市河道綜合整治效果評價

張 洋

(北京市城市河湖管理處，北京 100032)

0 引言

城市河流作為城市規(guī)劃發(fā)展中的重要組成部分，為人民生活提供良好的濱水景觀和休閑環(huán)境。隨著我國城市化發(fā)展水平的不斷提高，人類活動干擾和不利氣候環(huán)境的影響加劇，使城市河流基建設(shè)施的穩(wěn)定性和安全性面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，河道整治工程作為保護城市的防洪安全、抵御洪、澇、潮水危害和改善河道水環(huán)境基礎(chǔ)性水利工程，其重要性不言而喻。如今的城市河道整治不再是單一方面治理的工程措施，而是圍繞著防洪排澇安全、堤防建筑穩(wěn)定、水質(zhì)提升、河道疏浚、岸線整治等方面開展，是兼顧多因素的綜合性提升工程，同時隨著人們生態(tài)觀念和物質(zhì)精神需求的日益提升，城市河道綜合整治的內(nèi)涵要求也不斷變化，整治效果后評價則成為衡量工程效益和有關(guān)考核的重要手段。

目前，國內(nèi)部分學(xué)者對河道綜合整治效果評價開展了相關(guān)研究，朱穎茹等以現(xiàn)有河道綜合治理效果評價體系為基礎(chǔ)，根據(jù)簡潔、代表和整體的原則構(gòu)建了河道綜合整治效果評價體系并確定了各指標(biāo)的權(quán)重。程軍蕊等針對城市河道的水環(huán)境特征，采用系統(tǒng)分析和專家調(diào)查法，構(gòu)建了城區(qū)河道水環(huán)境綜合整治效果評價的指標(biāo)體系和數(shù)學(xué)評價模型，并以寧波市11條城區(qū)河道為實例開展評價，為城市河道水環(huán)境綜合整治與定量考核提供依據(jù)。朱相丞等首次在河道整治工程中采用模糊層次綜合評價法對工程實例效果進行量化評價，直觀的描述和評價工程實施成效。王春霞等針對我國城市河道的水環(huán)境特征，采用AHP法構(gòu)建了適用于我國江南水鄉(xiāng)老城區(qū)河道整治的岸上、岸下聯(lián)動綜合評價體系，共確定3個層級共計30余項指標(biāo)因素，為城市河道水環(huán)境綜合整治方案的制定及整治效果的評價提供參考。綜上所述，針對城市河道綜合整治效果評價研究較少，分析認(rèn)為現(xiàn)有評價指標(biāo)體系和評價方法不夠全面且具有一定局限性，本文根據(jù)研究實際并結(jié)合相關(guān)原則，構(gòu)建適用于城市河道綜合整治效果評價指標(biāo)體系，以北京市昆玉河河道綜合治理整治工程為例，采用FAHP評價模型進行應(yīng)用驗證，以期為城市河道整治改造工程后評價和考核提供借鑒。

1 評價指標(biāo)的構(gòu)建原則

城市河道整治效果綜合評價體系主要由評價指標(biāo)體系和評價模型體系構(gòu)成，評價指標(biāo)作為評價體系的重要內(nèi)容，對評價過程的實施和評價結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重大影響，本文根據(jù)研究內(nèi)容，結(jié)合城市河道管理整治普遍特征和現(xiàn)狀情況確立相適應(yīng)的評價指標(biāo)，分析認(rèn)為有關(guān)指標(biāo)構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則：

(1)全面性與簡明性相結(jié)合，城市河道整治工程涉及范圍廣、類型多，要平衡各方面的因素，從整體上能夠全面系統(tǒng)刻畫出工程整治前后的效果變化和現(xiàn)狀，同時所選指標(biāo)要準(zhǔn)確、簡明、有代表性、不重疊，能夠突出研究對象所處領(lǐng)域鮮明特點。

(2)可操作性與實用性相結(jié)合，所選指標(biāo)屬性要符合研究河道的實際情況和普遍特征，且不過于簡單或者難于收集數(shù)據(jù)，便于評價過程中操作和易于理解。

(3)系統(tǒng)性與層次相結(jié)合，評價指標(biāo)不僅是對河道整治效果某方面的單一體現(xiàn)，而是系統(tǒng)、完整的表示，涵蓋性強，指標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計上由重到輕分出層次，在不同層次上用不同指標(biāo)體現(xiàn)，形成完整有序的系統(tǒng)。

2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)的選取

城市河道基本處于社會經(jīng)濟發(fā)展水平較高、人口密度和活動影響較大的地區(qū)，兼顧防洪排澇、輸水、調(diào)度等功能，關(guān)聯(lián)區(qū)域社會生產(chǎn)生活多方面因素。本文根據(jù)指標(biāo)體系選取相關(guān)原則，參考現(xiàn)有研究資料相關(guān)成果，結(jié)合城市發(fā)展的普遍現(xiàn)狀和人們物質(zhì)文化的實際需求，分析選擇從工程成效、生態(tài)成效、社會成效3個方面出發(fā)，構(gòu)建城市河道綜合整治效果評價的層次化指標(biāo)體系，共包含3個準(zhǔn)則層和12個因素層，見表1所示。

2.2 評價指標(biāo)的內(nèi)容

(1)工程成效

工程成效是為達(dá)到城市河道綜合整治的實施目的所表現(xiàn)最直接的效益，一般包括解決水工程結(jié)構(gòu)體系安全性和穩(wěn)定性，維護、改善結(jié)構(gòu)耐久性和設(shè)計功能有效性等基本工程問題，指標(biāo)的構(gòu)成及意義見表2。

表2 工程成效B1評價指標(biāo)內(nèi)容

(2)生態(tài)成效

生態(tài)成效是城市河道綜合整治效益重要組成部分，主要包含河道水環(huán)境修復(fù)，岸線綠化整治，岸上岸下生態(tài)監(jiān)測與處理設(shè)施實施生態(tài)環(huán)境體系改善措施，以及構(gòu)建的水陸兩棲生態(tài)體系，指標(biāo)的構(gòu)成及意義見表3。

表3 生態(tài)成效B2評價指標(biāo)內(nèi)容

(3)社會成效

城市河道綜合整治產(chǎn)生的社會成效一般體現(xiàn)在人們的日常生活中，給周邊市民的休閑娛樂、生活服務(wù)提供便利，提高生活質(zhì)量。包括社會公眾滿意度、濱水空間規(guī)劃效果、景觀效果、休閑基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容，指標(biāo)的構(gòu)成及意義見表4。

表4 社會成效B3評價指標(biāo)內(nèi)容

3 評價模型構(gòu)建

3.1 FAHP評價法

FAHP評價法是一種將模糊綜合評價法(Fuzzy ComprehensiveEvaluation，F(xiàn)CE)和層次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)相結(jié)合的評價方法，在體系評價、效能評估、系統(tǒng)優(yōu)化等方面有著廣泛的應(yīng)用。其是一種定性與定量相結(jié)合的評價模型，一般是先用層析分析法確定因素集，然后用模糊綜合評判確定評判效果。模糊法是在層次法之上，兩者相互融合，對評價有著很好的可靠性。城市河道綜合整治工作點多面廣，其相關(guān)評價指標(biāo)量化困難，且存在的隨機性、時間不確定性、模糊性等特點，符合FAHP評價法研究對象所具有的特征；另一方面，F(xiàn)AHP評價法評價結(jié)果是一個矢量，包含的信息比較豐富，可以比較準(zhǔn)確地刻畫城市河道綜合整治效果評價結(jié)果，便于對比分析；因此，選擇采用FAHP評價法開展城市河道綜合整治效果評價是合理可行的。

3.2 評價方法

模糊層次分析法是層次分析法和模糊綜合評價法有機結(jié)合，在層次化評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上將兩者計算程序和結(jié)果上進行有效銜接和兼容，其評價過程如圖1所示。

圖1 模糊層次綜合評價法過程

根據(jù)模糊層次綜合評價法的評價過程，得到具體的計算方法和步驟為：

(1)構(gòu)建判斷矩陣

以層次化評價指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過利用德爾菲法得到指標(biāo)因素間的重要程度因子(具體操作方法見表2)，在同一層級指標(biāo)上構(gòu)造因素兩兩對比的判斷矩陣，構(gòu)造的判斷矩陣V如下：

(1)

式中，i=1，2…，n；j=1，2…，m。

層次分析法中判斷矩陣采用德爾菲法確定，是一種匿名的多輪次函詢專家意見的方法，調(diào)査者將相關(guān)問題征詢專家意見，經(jīng)過梳理、分析后多次征詢與反饋，使專家的意見趨于統(tǒng)一，最終獲得具有高準(zhǔn)確率的結(jié)果。德爾菲法賦值具體含義見表5。

表5 德爾菲法賦值含義

(2)歸一化處理

運用和法，將上述矩陣歸一化處理并進行求和計算，求得各要素求平均數(shù)最大特征根的歸一化向量W，將最低層級的權(quán)重數(shù)值(層次單排序)和上一層級權(quán)重值相乘得到本層級綜合權(quán)重值(層次總排序)。

(3)一致性檢驗

層次分析法作為主觀賦權(quán)法受主觀因素影響的可能性較大，為確保評估結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗。其公式如下：

(2)

式中，Z—一致性檢驗計算值；λ—最大特征值；n—判斷矩陣的階數(shù)。

Z值越小說明判斷矩陣的一致性越強。為了減少隨機原因?qū)е碌囊恢滦云?，需要將Z值與RI值(美國薩狄教授確定指標(biāo)值，見表6。)相除得到檢驗系數(shù)CR，若CR<0.1，則代表判斷矩陣通過一致性檢驗；若CR>0.1，則代表判斷矩陣未通過一致性檢驗。

表6 十階矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)(RI值)

(4)確定評語集

本文通過分析河道整治評價相關(guān)研究，參考現(xiàn)有評價標(biāo)準(zhǔn)和等級，建立直觀貼切和反映真實的城市河道整治效果的模糊層次評語集，用“P”表示，評語集P={P1，P2，P3，P4，P5}，其中，P1代表優(yōu)秀、P2代表良好、P3代表一般、P4代表合格、P5代表差。對各評語賦予一定的分值區(qū)間，取分值區(qū)間的中間值為評語的分值，則評語集對應(yīng)的分值集為L={95，85，75，65，30}，見表7。

表7 模糊層次評價模型的評語表

(5)隸屬度的確定

隸屬度函數(shù)的確定是模糊綜合評判的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)本文研究內(nèi)容、實際情況和評價方法的特點，在各層次指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體研究情況采用問卷調(diào)查法獲得評價數(shù)據(jù)，構(gòu)建隸屬度函數(shù)，用X表示。

(3)

式中，Xk1—第k個指標(biāo)因子在評語集P={P1，P2，P3，P4，P5}中評價等級為“Pi”評價人員人數(shù)占評價總?cè)藬?shù)的比例。

問卷統(tǒng)計計算所得的隸屬度子集X與層次分析法計算的權(quán)重W相結(jié)合得到定模糊綜合評價隸屬度矩陣M為：

M=W×X

(4)

(6)計算綜合評價得分

將最終運用模糊層次分析法計算的最終得分記為O，公式如為：

O=M×LT

(5)

式中，M—隸屬度矩陣；L—評語集對應(yīng)的分值集為L={95，85，75，65，30}。

4 實例分析

4.1 工程概況

昆玉河長約7.67km，是貫穿北京西部城區(qū)的重要水系，作為京密引水渠下游從頤和園團城湖通到玉淵潭八一湖的水道，將密云水庫的水引至北京市，供給城區(qū)飲用水，是北京市重要的水資源配置調(diào)度樞紐。2019年北京市相關(guān)部門實施西南二環(huán)水系濱水空間開放提升工程，其中包含昆玉河河道綜合治理規(guī)劃建設(shè)，主要包括9項內(nèi)容：開放濱水空間工程、濱河步道連通工程、海綿城市建設(shè)與親水工程、河道維修改造工程、綠化景觀工程、服務(wù)設(shè)施、沿河建筑物景觀提升、智慧水務(wù)、工程運行管理等。

4.2 指標(biāo)權(quán)重計算及分析

根據(jù)本文確立的城市河道綜合整治效果評價指標(biāo)體系，采用層次分析法計算各評價指標(biāo)權(quán)重。利用德爾菲法征求15名領(lǐng)域相關(guān)專家意見，通過matlab軟件進行歸一化處理和一致性檢驗，其CR均小于0.1，通過一致性檢驗，計算各層級評價指標(biāo)權(quán)重數(shù)值見表8。

表8 城市河道綜合整治效果評價指標(biāo)權(quán)重

權(quán)重分布情況表明，各級評價指標(biāo)權(quán)重值大小變化及分布相對平穩(wěn)，滿足評價指標(biāo)體系的差異性和均衡性的特征要求，其中3個準(zhǔn)則層中權(quán)重占比大小排序為社會成效>工程成效>生態(tài)成效，表明社會效益在河道綜合整治評價中具有較高重要性。12個因素層指標(biāo)總排序權(quán)重占比較大的為休閑基礎(chǔ)設(shè)施、工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、濱水空間規(guī)劃效果、水陸兩棲生態(tài)體系建設(shè)，總排序權(quán)重值均高于權(quán)重分布均值(0.08)，說明其是影響城市河道綜合整治效果主要因素。岸線綠化效果、設(shè)計功能有效性總排序權(quán)重占比較低，說明其是影響城市河道綜合整治效果潛在因素。

4.3 評價得分計算

采用問卷調(diào)查的方法征詢115名相關(guān)人員，其中包括20名第三方機構(gòu)測評專家、30名水行政主管部門管理人員，58名河道周邊市民。問卷主要根據(jù)城市河道綜合整治效果評價指標(biāo)體系中12個因素層指標(biāo)內(nèi)容進行打分(參考表4評語集標(biāo)準(zhǔn))，統(tǒng)計整理問卷調(diào)查結(jié)果得出有效數(shù)據(jù)，見表9。

表9 昆玉河河道綜合整治效果問卷調(diào)查評價情況

結(jié)合昆玉河河道綜合整治效果問卷調(diào)查的評定情況，利用公式(3)所述方法計算，得到工程成效B1、生態(tài)成效B2、社會成效B3模糊層次評價的隸屬度矩陣如下：

按照式4將準(zhǔn)則層下因素層構(gòu)成的模糊評價矩陣與對應(yīng)指標(biāo)的單排序權(quán)重進行矩陣運算，得到各準(zhǔn)則層指標(biāo)的隸屬度分別為：

M(B2)=Wc(B2)×X(B2)

M(B3)=Wc(B3)×X(B3)

按照公式(5)得到昆玉河河道綜合治理成效各準(zhǔn)則層評價得分計算分別為：

O(B1)=M(B1)×LT=92.12

O(B2)=M(B2)×LT=88.97

O(B3)=M(B3)×LT=91.63

根據(jù)準(zhǔn)則層計算結(jié)果及準(zhǔn)則層權(quán)重W(B)，計算昆玉河河道綜合治理成效(目標(biāo)層)指標(biāo)模糊層次得分為：

O(A)=Wb(B1)×M(B1)+Wb(B2)×M(B2)

+Wb(B3)×M(B3)=91.09

4.4 結(jié)果分析

基于單排序權(quán)重的模糊層次綜合評價法得到昆昆玉河河道綜合治理效果評價綜合得分為91.63，處于優(yōu)秀等級，表明本次綜合整治工程取得比較好的成效，達(dá)到工程改造的預(yù)期效果，同時與項目竣工驗收實際情況基本相符，說明模糊層次評價法的評分較為可靠，比較精準(zhǔn)地反映了昆玉河河道綜合治理成效。

5 結(jié)論

(1)本文根據(jù)我國城市河道發(fā)展的普遍現(xiàn)狀和人們的實際生活需求，結(jié)合相關(guān)原則，以工程效益、生態(tài)效益、社會效益3個要素為中心，構(gòu)建適用于城市河道綜合整治效果評價的層次化指標(biāo)體系，共包含3個準(zhǔn)則層和12個因素層。

(2)基于本文建立的城市河道綜合整治效果評價指標(biāo)體系采用模糊層次綜合評價法作為評價方法，計算分析了評價指標(biāo)權(quán)重分布情況和合理性，并以北京市昆玉河河道綜合治理工程為實例，計算得到整治效果的綜合評價得分為91.63，處于優(yōu)秀等級，初步探討提升生態(tài)成效的相關(guān)措施，同時驗證本文所述評價體系的實用性和可行性。