工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量AHP-FUZZY 分析評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

張 鵬

0 引言

地質(zhì)環(huán)境的好壞直接影響人類的生存和發(fā)展，對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和政府的宏觀決策提供參考依據(jù)是十分重要和必要的。工程地質(zhì)環(huán)境是人類工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互依存、相互作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，是各種地質(zhì)要素的綜合，其質(zhì)量的優(yōu)劣是決定工程活動(dòng)技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性及安全性的基本條件［1］。

城市工程地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)是工程實(shí)踐與工程規(guī)劃的基礎(chǔ)條件，一般統(tǒng)計(jì)方法對(duì)指標(biāo)權(quán)重確定多采用經(jīng)驗(yàn)法，有較大人為性;若采用AHP-FUZZY分析方法把決策者的推理過(guò)程進(jìn)行量化描述，將定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合，從而使權(quán)重的分配更為科學(xué)、合理，使問(wèn)題得到較好的解決［2］。

本文利用該分析法對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，并對(duì)廣州某評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 基本原理方法

1.1 建立評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集，是由對(duì)評(píng)判對(duì)象可能作出的評(píng)判結(jié)果所組成的集合，可表示為:V={v1，v2，…，vm}，其中元素 vj(j=1，2，…，m)是若干可能作出的評(píng)判結(jié)果。評(píng)判的目的就在于通過(guò)對(duì)評(píng)判對(duì)象綜合考慮所影響因素，能夠從評(píng)價(jià)集V中獲得一個(gè)評(píng)判結(jié)果。

1.2 建立因素集

因素集U是影響評(píng)判對(duì)象的各個(gè)因素所組成的集合，可表示為:U={u1，u2，…，un}，其中元素 ui(i=1，2，…，n)是若干個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3 單因素模糊評(píng)判

從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)判，以確定評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集元素的隸屬程度，稱為單因素評(píng)判。設(shè)評(píng)判對(duì)象按因素集中第i個(gè)因素ui進(jìn)行評(píng)判，對(duì)評(píng)價(jià)集中第j個(gè)元素vj的隸屬程度為rij，則按第i個(gè)因素ui，評(píng)判的結(jié)果可表示為:

Ri=(ri1，ri2，…，rim)。

其中，R為單因素評(píng)判集，它是評(píng)價(jià)集V上的模糊子集。

1.4 建立權(quán)重集

一般來(lái)說(shuō)，因素集U中的各個(gè)元素在評(píng)判中具有的重要程度不同，故必須對(duì)各個(gè)元素ui按其重要程度給出不同的權(quán)數(shù)ai。由各權(quán)數(shù)組成的因素權(quán)重集A是因素集U上的模糊子集，可表示為:A=(a1，a2，…，an)，其中元素 ai(i=1，2，…，n)是因素 ui對(duì) A的隸屬度，即反映了各個(gè)因素在綜合評(píng)價(jià)中所具有的重要程度，通常應(yīng)滿足歸一性和非負(fù)性條件。

1.5 模糊綜合評(píng)判

單因素評(píng)判集構(gòu)成多因素綜合評(píng)判(R評(píng)判矩陣)的基礎(chǔ)，即:

其中元素rij=μR(ui，vj)，0≤rij≤1。表示對(duì)評(píng)判對(duì)象在考慮ui時(shí)作出評(píng)判結(jié)果vj的程度。

當(dāng)因素權(quán)重集A和評(píng)判矩陣R已知時(shí)，按照模糊矩陣的乘法算法，便得到模糊綜合評(píng)判集B，有下式:B=A·R。

bj稱為模糊綜合評(píng)判指標(biāo)，其含義是:在綜合考慮所有影響因素的情況下，評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集V中第j個(gè)元素的隸屬度。顯然，模糊綜合評(píng)判集B是評(píng)價(jià)集V的模糊子集。

如上所述，模糊綜合評(píng)判B=A·R是按照模糊矩陣合成而獲得的。

1.6 評(píng)判指標(biāo)的處理

求出評(píng)判指標(biāo)bj后，可采用如下方法確定最終的評(píng)判結(jié)論，最大隸屬度法:把與最大的評(píng)判指標(biāo)maxbj相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集vj取為評(píng)判結(jié)論;加權(quán)平均法:把以bj為權(quán)數(shù)，對(duì)評(píng)價(jià)集vj進(jìn)行加權(quán)平均得到的值取為評(píng)判結(jié)論;模糊分布法:直接把B作為評(píng)判結(jié)果;或?qū)歸一化，用歸一化的評(píng)判指標(biāo)B'作為評(píng)判結(jié)論［3］。

2 評(píng)價(jià)工作流程

以評(píng)價(jià)區(qū)地形圖為底圖，將區(qū)域劃分面積大致相等的網(wǎng)格作為計(jì)算單元，給定各單元內(nèi)評(píng)價(jià)因子的數(shù)值，采用模糊綜合評(píng)判的基本思想，根據(jù)模糊綜合評(píng)判方法，對(duì)各計(jì)算單元進(jìn)行綜合評(píng)判，其量化評(píng)價(jià)流程如下。

2.1 評(píng)價(jià)集的建立

評(píng)價(jià)集是由對(duì)評(píng)判對(duì)象可能作出的評(píng)判結(jié)果所組成的集合，本評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)判等級(jí)分為5個(gè)，如表1所示。

表1 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)表

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

合理分析和選取建設(shè)用地的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是地質(zhì)環(huán)境客觀評(píng)價(jià)的前提。影響地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的因素較多，要建立一個(gè)包含所有地質(zhì)環(huán)境因素的模型來(lái)評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量在實(shí)際工作中是不可能的。這就要求在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)根據(jù)具體問(wèn)題，對(duì)構(gòu)成評(píng)價(jià)用地的評(píng)價(jià)體系構(gòu)成要素逐一分析，找出影響評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的主要因素，舍去次要因素。

通過(guò)評(píng)價(jià)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與地質(zhì)資料的綜合分析，確定影響評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境的主要因素有4種并作為量化評(píng)價(jià)因子，分別為:軟弱土層(淤泥和淤泥質(zhì)土)、松散砂層、基巖埋深、水文地質(zhì)條件。

2.3 隸屬度的確定

各評(píng)價(jià)因子隸屬度如表2所示。

表2 量化評(píng)價(jià)指標(biāo)及等級(jí)確定

2.4 權(quán)重的確定與一致性檢驗(yàn)

2.4.1 權(quán)重的確定

權(quán)重采用層次分析法，根據(jù)權(quán)重判斷矩陣確定。對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)各因素相對(duì)重要性作出判斷，這些判斷通過(guò)引入合適的標(biāo)度進(jìn)行定量化，形成了判斷矩陣。判斷矩陣表示上一層次的某一因素與本層次有關(guān)因素之間相對(duì)重要性的比較。本評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)判斷矩陣如表3所示。

表3 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量判斷矩陣

判斷矩陣K中各元素{Kij}表示在對(duì)上層因素Bk有聯(lián)系的因素中，第i因素與第j因素相比較，對(duì)于Bk因素相對(duì)的重要性程度。為了使判斷定量化，采用Saaty提出的1～9標(biāo)度方法，其含義如表4所示。

表4 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

通過(guò)上一步形成的判斷矩陣K，計(jì)算其最大特征根，并找出它所對(duì)應(yīng)的特征向量。經(jīng)過(guò)計(jì)算該矩陣的特征向量(即為權(quán)重向量)為:

ωk=［0.529，0.269，0.134，0.068］。

2.4.2 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

各評(píng)價(jià)因子排序形成后，還要檢驗(yàn)單排序的一致性，即當(dāng)隨機(jī)一致性比率CR＜0.10時(shí)，認(rèn)為層次單排序的結(jié)果有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣的元素取值。經(jīng)計(jì)算得CR的值為0.067＜0.10，說(shuō)明構(gòu)建的評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量判斷矩陣滿足一致性要求。

2.5 評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

根據(jù)表2確定的不同評(píng)價(jià)因子的隸屬度，采用一級(jí)模糊綜合評(píng)判方法，建立評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算不同區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量分值。本文評(píng)價(jià)矩陣的形成是通過(guò)讓專家根據(jù)打分表對(duì)各個(gè)指標(biāo)打分，從而得到綜合評(píng)價(jià)表并得到地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)矩陣為R，根據(jù)權(quán)重向量為ωk，所以地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜和評(píng)價(jià)結(jié)果為:B=ωk·R。其計(jì)算分值越大，則說(shuō)明每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的建設(shè)用地地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量越好。

3 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量量化評(píng)價(jià)

3.1 單元網(wǎng)格的劃分

按照500 m×500 m正方形網(wǎng)格單元對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行劃分，共對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)劃分了78個(gè)單元。

3.2 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量量化評(píng)分

依據(jù)上述原理和方法，依次計(jì)算每個(gè)分區(qū)(分區(qū)編號(hào)依次為從左到右，從上至下)的分值，并標(biāo)注于所在的位置上(見(jiàn)圖1)，可清楚看出，區(qū)內(nèi)中部偏北得分最高，其次是南部和北部，得分最低為區(qū)內(nèi)東南角瀕臨珠江江邊區(qū)域。

圖1 量化散點(diǎn)圖

3.3 地質(zhì)環(huán)境量化評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)工程地質(zhì)條件及地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，可以將本研究區(qū)劃分為工程建設(shè)適宜區(qū)、工程建設(shè)較適宜區(qū)。

評(píng)價(jià)區(qū)中部偏北，為工程地質(zhì)條件優(yōu)良區(qū)，無(wú)軟弱土層和砂層分布，基巖埋深淺，一般小于10 m，適合各類工程建設(shè)及地下空間的開(kāi)發(fā)利用，適合高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)，為工程建設(shè)適宜區(qū)。

評(píng)價(jià)區(qū)的北側(cè)、南側(cè)，該區(qū)為工程地質(zhì)條件中等～較好區(qū)，軟弱土層、砂層厚度小于10 m，基巖埋深較淺，一般小于20.0 m，較適合各類工程建設(shè)及淺層地下空間的開(kāi)發(fā)利用，可中等強(qiáng)度開(kāi)發(fā)，為工程建設(shè)較適宜區(qū)。

至此，評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境總體質(zhì)量是比較好的，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是十分有利的。

4 結(jié)語(yǔ)

1)采用層次—模糊綜合評(píng)判法確定城市工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，比主觀經(jīng)驗(yàn)法、專家調(diào)查法等方法更加科學(xué);由所得指標(biāo)權(quán)重的大小，可以更好地分清哪些是主要因素，哪些是次要因素。

2)利用層次分析—模糊綜合評(píng)判法對(duì)城市工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，是在對(duì)各因素特征及相對(duì)意義進(jìn)行定性化與定量化研究后進(jìn)行的，因而評(píng)判較全面地反映了各因素對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果合理、可靠。

3)可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果的等級(jí)，對(duì)本區(qū)域的工程地質(zhì)環(huán)境有一個(gè)概念性的了解，對(duì)城市規(guī)劃和工程實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］ 中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)城市地質(zhì)研究會(huì).中國(guó)城市地質(zhì)［M］.北京:中國(guó)大地出版社，2005:100-140.

［2］ 秦壽康.綜合評(píng)價(jià)原理與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003:50-61.

［3］ 李相然.城市工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)理論與方法研究［J］.寧夏工程技術(shù)，2002，1(4):351-354.

［4］ 陳成名，張 帥，周建偉.西南山區(qū)小城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)［J］.山西建筑，2010，36(5):92-93.