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建筑垃圾资源化层次分析法探讨

随着我国经济的高速发展,建筑垃圾年产量数量日趋庞大,随之产生的危害也日益明显。CJJ/T134—2019《建筑垃圾处理技术标准》将建筑垃圾分为工程渣土、工程泥浆、工程垃圾、拆除垃圾和装修垃圾五大类别,建筑垃圾对大气、水和土壤等产生的污染已严重影响公民身心健康,对其进行相应处理已迫在眉睫。科学合理地对建筑垃圾资源化设施进行选址决策具有重要研究意义,但由于各地资源化设施选址建设差异较大且考虑因素多,近年来对选址的研究较少。目前,我国建筑垃圾资源化设施选址方法研究尚处于起步阶段。高桢赞对郑东新区建筑垃圾处理与资源化利用进行研究,提出了推进郑东新区建筑垃圾处置与资源化措施,黄雄伟利用ArcGIS空间分析功能讨论在城市生活垃圾填埋场选址中的应用,但未与具体城市数据结合。以河南省郑州市为研究区域,使用层次分析法(Analytichierarchyprocess,AHP)选择6个影响因子并计算权重,在ArcGIS中对影响因子进行缓冲区分析和重分类并赋值,最后通过栅格计算器得到郑州市建筑垃圾资源化设施选址适宜性等级,以期为政府部门建设建筑垃圾资源化设施选址提供建议。

1研究区域概况与数据来源

1.1研究区域

郑州市位于东经112°42′~114°14′和北纬34°16′~34°58′。截至2019年,郑州市行政区域包括惠济区、管城回族区、二七区、中原区、上街区、金水区6个辖区、巩义市、荥阳市、新郑市、登封市、新密市5个县级市和1个县(中牟县),总面积7567.18km2。郑州市是河南省省会、特大城市、中原城市群核心城市、国务院批复确定的中国中部地区重要的中心城市、国家重要的综合交通枢纽,目前常住人口1035.2万人,城镇人口772.1万人。近年郑州市经济发展较快,据统计,2019年房屋建筑施工面积约为3.20亿m2。随着旧城区拆迁改造、新城区拓建和城市规划修建产生了大量建筑垃圾。2018年3月住房和城乡建设部在35个市(区)启动建筑垃圾治理试点工作,郑州市是其中之一。

1.2数据来源

郑州市人口密度数据来自LandScan人口密度数据集;行政区域、中心城区范围、主要道路分布、地表水分布和居民区分布数据从1∶100万和1∶25万全国基础地理数据库中获取;高程数据从地理空间数据云获取;土地使用类型数据从数据禾网站中获取。

2研究方法

2.1方法设计

以郑州市为研究区域,选取建筑垃圾资源化设施选址影响因子,采用层次分析法确定权重结合GIS分析得到郑州市建筑垃圾资源化设施选址适宜性等级。研究方法流程如图1所示。

2.2核心技术概述

2.2.1层次分析法层次分析法(AHP)是通过确定权重系数解决复杂的决策问题,在不确定性问题的决策分析中具有非常系统化的判断。该法操作过程便捷,包括建立层次结构模型、构建判断矩阵、一致性检验和计算权重。2.2.2空间分析ArcGIS中缓冲区分析根据需设置一定的距离,可构建点状要素、线状要素和面状要素多环缓冲区,缓冲区得到的是一个区域。ArcGIS中的栅格计算器可将每个因子的权重和具体得分等级进行叠加运算,得到建筑垃圾资源化设施选址的适宜性等级。

2.3层次分析法中权重的确定

2.3.1确定影响因子,构建层次结构模型2019年3月住房和城乡建设部发布的《建筑垃圾处理技术标准》包括建筑垃圾资源化利用和填埋处置工程选址需符合的规定,结合国内外关于选址方面的文章总结影响因素,得出建筑垃圾填埋场选址的6个影响因素,其中社会因素为人口密度,经济因素包括与中心城区距离、与主要道路距离和高程,环境因素包括与地表水距离和土地使用类型。在社会因素方面,居民反对在自家附近设建筑垃圾资源化设施,人口密度越大反对声越大。以人口密度为影响因子既可维护居民的权益又可减少社会负面影响。在经济因素方面,若在建筑垃圾资源化设施选址时充分考虑与中心城区距离、与主要道路距离和高程可减少建厂经济费用。在环境因素方面,建筑垃圾资源化设施在选址和建造运行使用过程中若考虑不充分会对周围环境产生危害。为减少环境危害,在选址时应考虑建厂与地表水的距离和土地使用类型。根据所选因子建立层次结构模型,模型分为目标层、准则层、标准层和方案层,如图2所示。2.3.2构造判断矩阵依据专家评分法构造判断矩阵,使用1~9标度对各指标打分,构造判断矩阵。1~9标度表和判断矩阵见表1、表2。2.3.3一致性检验和计算权重一致性比率CR=CI/RI,当CR<0.1时,通过一致性检验。在MATLAB软件中运行层次分析法代码输入判断矩阵,获得CI=0.0065,CR=0.0047<0.10,通过一致性检验。每个影响因素的权重见表3.2.4选址适宜性分级标准参考已有文献,本文以打分的方式进行选址适宜性分级,以1~5分为评分准则,分数越高越适宜建筑垃圾资源化设施建设。最后,在ArcGIS中对影响因子进行缓冲区分析和重分类并赋值,通过栅格计算器和重分类得到建筑垃圾资源化设施选址适宜性等级。

3研究结果与分析

3.1影响因子计算结果

根据GB50869—2013《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》和北京市《固定式建筑垃圾资源化处置设施建设导则》,建筑垃圾资源化设施选址不应位于居民区500m以内,故将与居民区距离设为建筑垃圾资源化设施选址约束条件。各影响因子计算如下。3.1.1人口密度依据自然间断点进行分级评分共分为5级,人口密度越小得分越高,评分依据见表4。3.1.2与中心城区距离2018年郑州市人民政府发布《郑州市土地利用总体规划(2006—2020年)调整方案》,确定郑州市中心城区规划控制范围位于中原区、金水区、二七区、管城回族区和惠济区以内。综合文献和规范要求,以这5个区为中心进行缓冲区分析,距中心城区越近建筑垃圾运输成本越低,得分越高,评分依据见表5。3.1.3与主要道路距离建筑垃圾资源化设施选址距主要道路越近交通越便利,运输所花费的成本越低。综合文献和规范要求,以主要道路为中心进行缓冲区分析,距离越近得分越高,评分依据见表6。3.1.4与地表水距离建筑垃圾资源化设施选址与地表水距离近,可减少其产生的环境污染。在地表水周围建立多环缓冲区,距离地表水越近得分越低,评分依据见表7。3.1.5高程对郑州市高程数据进行自然间断点重分类,分为3.1.6土地使用类型根据LUCC分类体系,居民用地、耕地、水域、特殊用地不适宜建筑垃圾资源化设施选址,得分为1。未利用土地、林地和低覆盖度草地适宜建筑垃圾资源化设施选址,得分为5,评分依据见表9。3.1.7与居民区距离按政策规范规定,建筑垃圾资源化设施选址位置不得位于居民区500m以内,将与居民区距离设为约束因子。获取郑州市居民区数据,建立500m缓冲区,居民住宅区500m以内,得分为0,其余部分得分为1,评分依据见表10。

3.2选址适宜性结果与分析

应用ArcGIS栅格计算器,输入表达式“0.2184×人口密度得分×与居民区距离得分+0.1197×与中心城区距离得分×与居民区距离得分+0.1197×与主要道路距离得分×与居民区距离得分+0.1197×与地表水距离得分×与居民区距离得分+0.0678×高程得分×与居民区距离得分+0.3547×土地使用类型得分×与居民区距离得分”,得到郑州市建筑垃圾资源化设施选址适宜性区划图。对建筑垃圾资源化设施选址适宜性区划图进行等级划分,得分越高越适宜建筑垃圾资源化设施选址。共分为不适宜、一级适宜、二级适宜、三级适宜、四级适宜和五级适宜,其中一级适宜区最适合建筑垃圾资源化设施选址。等级划分依据见表11。对建筑垃圾资源化设施选址适宜性等级面积进行分析,不适宜、五级适宜和四级适宜区占郑州总面积的88%,一级适宜、二级适宜、三级适宜区分别占总面积的4%,3%,5%,故科学合理地进行建筑垃圾资源化设置选址很有必要。郑州市建筑垃圾资源化设施选址适宜性统计分析图如图3所示。郑州市建筑垃圾资源化设施选址最适宜区域分布在巩义市的东南部、登封市的北部和南部边界区域、新密市的西北部和南部边界区域、新郑市西南边界区域、中牟县东北部和中南部、荥阳市西部和南部边界区域、二七区西南边界区域和惠济区西北部边界区域。

4结论与展望

(1)采用层次分析法结合GIS对郑州市建筑垃圾资源化设施选址适宜性进行区划,可使获得的结果更科学准确,为政府部门建立建筑垃圾资源化设施选址决策提供合理的建议。(2)采用层次分析法在社会因素、经济因素和环境因素3方面选取6个影响建筑垃圾资源化设施选址的影响因子。人口密度、与中心城市距离、与主要道路距离、与地表水距离和土地使用类型的权重分别为0.2184,0.1197,0.1197,0.0678,0.1197,0.3547。在政策规定下,将与居民区距离设为约束条件,可使选址适宜性与选址结果更有针对性。(3)对建筑垃圾资源化设施选址适宜性等级面积进行分析,不适宜、五级适宜,四级适宜区占郑州总面积的88%,一级适宜、二级适宜和三级适宜区分别占总面积的4%,3%,5%。(4)郑州市建筑垃圾资源化设施选址最适宜区域分布在巩义市东南部、登封市北部和南部边界区域、新密市西北部和南部边界区域、新郑市西南边界区域、中牟县东北部和中南部、荥阳市西部和南部边界区域、二七区西南边界区域和惠济区西北部边界区域。(5)影响郑州市建筑垃圾资源化设施选址决策的因素很多,本文尚未完全考虑到。例如环境因素中的夏季主导向风和年均降水量,经济因素中的土地价格和与建筑垃圾填埋点的距离等。

作者:刘小玉 刘扬 周远洋 高思岩 贾竞珏 杨恒 单位:北京建筑大学测绘与城市空间信息学院 北京建筑大学 北京未来城市设计高精尖创新中心

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