基于灰色关联投影法的城市河道护坡地表径流拦截效果评价_郭春香.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，郭春香基于灰色关联投影法的城市河道护坡地表径流拦截效果评价水利科学与寒区工程，（）：基于灰色关联投影法的城市河道护坡地表径流拦截效果评价郭春香，陈正新（杭州市临平区水利工程运营管理站，浙江 杭州 ；浙江星达环境工程技术有限公司，浙江 温州 ）摘要：为实现对城市河道护坡地表径流拦截效果的量化评价，引入灰色关联投影法，开展对其效果评价方法的设计研究。在遵循科学性、层次性和可操作性原则的基础上，建立径流拦截效果评价指标体系；引入灰色关联投影，确定评价体系中各指标关联性；最后，通过城市河道护坡地表径流拦截效果评分，实现对拦截效果的量化评价。将此评价方法应用到浙江杭州临平区范围内河道，对其护坡地表径流拦截效果评价得出，该评价方法可行，且能够针对存在拦截效果不佳的区域找出具体优化方向。关键词：灰色关联投影法；河道护坡；指标体系；径流拦截；指标关联序中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：郭春香（），女，浙江杭州人，工程师，研究方向为水土保持和水利规划设计。：。针对当前城市河道护坡地表存在的问题，以浙江杭州临平区范围内河道为研究区域，对现有地表径流拦截措施的拦截效果评价方法进行设计研究，以期 为 后 续 拦 截 措 施 的 优 化 和 完 善 提 供依据。建立径流拦截效果评价指标体系当前针对城市河道护坡地表径流拦截效果的研究较少，没有统一的评价标准，针对当前城市河道护坡及周围多项影响因素，在遵循科学性、层次性和可操作性原则的基础上，确定对其拦截效果评价的指标。将评价指标体系划分为三个层次，分别对应一级指标、二级指标和三级指标。一级指标为径流拦截类型及拦截方式、拦截后城市河道护坡的功能、城市河道护坡经济效益。从上述三个方面，再对二级指标明确。其中指标对应的二级指标包括：拦截措施实施合理性、拦截材料生态环保性；指标对应二级指标为：水利功能、生态功能、景观功能；指标对应的二级指标包括：拦截设施建造成本费用、维护费用以及公众认可度。针对二级指标进行进一步细分，又可划分出拦截结构建造难易程度、适宜性、拦截材料可取程度、环保性、防涝、排涝、通航、水土保持等多个三级指标。针对不同的指标，分别通过定量或定性的方式获得。城市河道护坡的地表径流拦截措施实施，首要任务是使其具有防洪作用，免受水流的冲刷、边坡的崩塌和边坡的稳定性。城市河道护坡应具有一定的生态功能，但不能因此而减弱其防洪的主要作用。在评价城市和大护坡地表径流拦截效果时，还需要对拦截措施是否可行进行具体分析。同时，要根据上游和下游河道的情况，使其与主流方向保持一致，并兼顾中、枯水期的流向。在评价过程中，必须权衡利弊，进行全面的分析，以取得较好的评价效果。基于灰色关联投影确定指标关联序在完成对径流拦截效果评价指标体系的建立后，引入灰色关联投影，确定体系当中各个指标的关联序。在投影前，给出符合投影要求得比较数据序列和参考数据序列，即得到评价对象集合和评价标准集合。假设在对地表径流拦截效果评价时共包含了个评价对象，其中包含了个评价指标，则进一步得出比较序列的表达式，如式（）：（），；，（）式中：比较序列表达函数；比较序列中的子集；指标个数。参考数列的表达式，如式（）：（），（）式中：为参考序列表达函数。在明确两组序列后，针对评价体系当中的每一个指标进行无量纲化处理。在处理时，引入归一化方法，如式（）：（）式中：利用归一化处理后得到的消除量纲的数值结果；归一化处理前的指标数值；在评价体系当中指标可取的最小值；在评价体系当中指标可取的最大值。在完成无量纲化处理后，确定灰色关联投影系数，如式（）：（）（）（）（）（）（）（）式中：灰色关联投影系数；分辨系数，取 。利用上述公式，计算得出灰色关联投影系数，并以此确定关联系数矩阵。将每一个评价指标看作一个行矢量，并称该评价对象与评价标准之间的夹角为灰色关联投影角。根据三角形中角的余弦计算公式得出灰色关联投影角的大小。假设夹角的余弦在范围内，则说明对应的评价对象与评价标准变化方向一致，反之，若夹角的余弦不再范围内，则说明对应的评价对象与评价标准变化方向相反。在此基础上，对单层次中各个指标的关联度进行计算。由于多种指标的重要性不同，对应的重要程度不同，因此关联度的计算采用权重与关联系数相乘的方式获得。假设某一层的各个指标集合为，则对于上层目标的优化权重，如式（）：（，）（）式中：为某一层中的指标个数；表示某一层中各个指标。进一步得出关联度的表达式，如式（）：（，）（）式中：关联度数值；为某一指标的关联度结果。针对评价体系当中各个用于实现对拦截效果评价的指标关联度计算。对一个包含三个层次的指标体系，将以三级指标作为基础，将各个指标的关联系数按照上述公式进行计算，得到的关联系数构成一个完整的集合，并以此进一步推导出二级指标中各个指标的关联度。以此类推，再将二级指标作为基础，对各个指标关联系数求解，再推导出一级指标中各个关联度结果，以此完成对指标体系中所有指标关联度的计算。根据计算，完成对指标的关联序排列。城市河道护坡地表径流拦截效果评分在确定指标关联序后，针对城市河道护坡地表的径流拦截效果进行评价打分，根据投影结果，得出各个序列的极差，将两极最大差称为 ，将两极最小差称为 ，其中 的表达式，如式（）：（）（）式中：（）序列差值。的表达式，如式（）：（）（）在上述公式基础上，对地表径流拦截效果进行量化打分。将地表径流拦截效果划分为个等级，分别为第一等级（拦截效果极强）、第二等级（拦截效果强）、第三等级（拦截效果中等）、第四等级（拦截效果较弱）、第五等级（拦截效果极弱）。通过对拦截效果的等级划分，可以更清晰地得出最终的评价结果。将这一等级划分作为依据，城市河道护坡地表径流拦截效果打分的计算，如式（）：（）式中：为城市河道护坡地表径流拦截效果打分结果；为评价体系中的某一评价指标；为评价指标对应的权重系数。根据上述公式，计算得出，相应的值，并针对这一数值与拦截效果之间的关系，确定评分标准：当的取值在 时，拦截效果为第一等级；当的取值在 时，拦截效果为第二等级；当的取值在 时，拦截效果为第三等级；当的取值在 时，第期郭春香，等基于灰色关联投影法的城市河道护坡地表径流拦截效果评价拦截效果为第四等级；当的取值在 时，拦截效果为第五等级。根据上面论述，完成对城市河道护坡地表径流拦截效果的评价及量化。实例应用分析以浙江杭州临平区范围内河道为例，开展对其护坡地表径流拦截效果的评价。浙江杭州临平区范围内当前全面启动了河湖水系和水利设施布局规划编制等相关工作，并结合新形势发展背景，规划了一系列防洪涝灾害体系的建设方案，对于这一区域内河道的治理总投资约 亿元，重点包括对河道的综合治理、河道清淤、疏浚、泵闸改造等，以期为实现对河道水环境质量的优化。已知 该 河 道 护 坡 所 在 位 置 的 平 均 降 雨 量 为 。在明确该河道护坡基本信息后，针对建设项目当中对地表径流拦截的效果，利用本文提出的方法对其进行评价。在该河道上划分五个不同分区。针对每一个分区的地表径流拦截效果进行评价，得到评价结果，见表。表城市河道护坡地表径流拦截效果评价结果分区得分评价等级拦截效果第一分区 第一等级极强第二分区 第一等级极强第三分区 第二等级强第四分区 第四等级较弱第五分区 第一等级极强从表可以看出，第一分区、第二分区和第五分区的评分均为第一等级，分值均超过 ，表现出极强的拦截效果。而第三分区得分仅为 ，拦截效果与第四分区相比较强，但明显弱于其他三个分区。第四个分区得分为 ，拦截效果较弱。导致这一评价结果的主要原因是第三分区和第四分区设置的径流拦截结构护坡功能较差，且本身不具备合理性和生态环保性，上述问题的存在均能够通过本文建立的指标体系直接反映。综合上述得出的评价结果，针对该城市河道护坡应当重点对第三分区和第四分区的拦截措施进行优化。可采取改善进、出水口、增设导流墙、调整闸门等方式实现。在对拦截措施优化后，还需要再利用本方法对其进行二次评价，甚至三次评价，直到所有分区的拦截效果均能够达到第一等级，得分均超过 ，以此确保城市河道护坡安全。结语通过上述论述，引入灰色关联投影法，提出了一种全新的效果评价方法，并将这一评级方法应用到了对浙江杭州临平区范围内河道的护坡地表径流拦截效果评价当中。通过实例验证了评价方法的可行性，也进一步得出针对该区域河道内的边坡地表径流拦截问题，应当从多方面入手，并针对重点需要拦截的区域给出合理的拦截方案，从而确保城市河道护坡的安全，提高城市河道整体经济效益、社会效益以及环境效益。参考文献：龙爱华，张沛，李江，等和田河干流河道径流损失与植被生态需水 关 系 研 究 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 学 报，（）：冯羽中，刘秋菊，张皓驰，等生态沟渠对村落无序排放污水截留效果的试验净水技术，（）：常郴，王思思基于 模型的城市林冠雨水截留和径流削减效益研究 以北京建筑大学西城校区为例干旱区资源与环境，（）：程昌锦，张建，宋涵晴，等丹江口库区马尾松人工林地表径流 氮 磷 截 留 效 应 生 态 学 杂 志，（）：杨占强，刘杰，丁文川，等滇池东岸环湖截污系统农村面源径流量截留率验证中国 给 水 排 水，（）：，魏忠平，朱永乐，汤家喜，等模拟黑麦草植被缓冲带对径流中氮、磷以及悬浮颗粒物的截留效果研究沈阳农业大学学报，（）：王大安，张曼胤，郭子良，等衡水湖岸带重金属潜在生态风险评价及其对道路径流污染物的截留效应湿地科学与管理，（）：，水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷