基于層次分析法的豫北地區雨水花園植物綜合評價

梁彥蘭, 陳曉霞, 王昭娜

(安陽工學院 土木與建筑工程學院， 河南 安陽 455000)

海綿城市的國際通用術語為“低影響開發雨水系統構建”，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災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基礎設施中的一種，集雨水利用及景觀效果于一體，是一種生態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，降低城市洪澇災害，雨水花園作為低影響開發(low impact development, LID)技術有效的措施之一,具有削減徑流量、調峰、延緩徑流速度、雨水凈化的作用,具有很好的經濟、美學、生態效益。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基礎設施中重要的角色。

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、不同植物應用對水文的影響、雨水花園的建造及應用研究等方面[3]。國內對雨水花園的研究主要集中在雨水花園的起源與發展研究、國外優秀雨水花園案例介紹、雨水花園的營造技術研究、雨水花園試驗及模型構建等方面[4-6]。由于雨水花園植物地域性較強，國內對雨水花園的植物選擇與設計研究較薄弱，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]應用AHP方法，研究北京地區的雨水花園植物選擇，對北京地區的雨水花園植物選擇提供大量數據支撐，但具有較強的地域性。本文擬應用層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)，研究定性指標的定量化，以期為豫北乃至中原地區雨水花園的植物營造和設計提供指導。

1 研究區概況

豫北地區地處南太行山前平原和冀中南地區，與山西省長治、晉城毗鄰，屬暖溫帶大陸性季風氣候，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 樣地調查

本文選擇豫北地區的國家級海綿城市建設試點城市河南省鶴壁市和河南省省級海綿城市試點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的雨水花園、安陽市人民公園、龍安公園等典型地段內的雨水花園植被進行實地隨機抽樣調查，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)、生物學生態學特性(根系發達程度、抗旱性、抗濕性、自我繁殖能力)、環境保護功能(鄉土植物、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)，是美國運籌學家匹茲堡大學教授A. L. Saaty于20世紀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際有機結合起來的 一種決策理論方法，使用AHP法分析，首先要把問題層次化 ，構成不同等級的一個多層次結構模型[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29種雨水花園植物進行量化評價，以期對雨水花園的營造提供科學依據。

2.3 準則層和指標層的確定

為確定雨水花園植物選擇的指標體系，課題組邀請了多位長期從事園林植物應用的高級工程技術人員和高校教師進行各指標體系的確定。將觀賞特性、生物學生態特性、環境保護功能這3項指標作為評價體系的準則層，每項再細分，觀賞特性可再分為綠化美化特性、景觀時序性兩個指標層，生物學生態學特性可再分為根系發達程度、抗旱性、抗濕性、自我繁殖能力4個指標層，環境保護功能可再分為鄉土植物、去污降污能力、植物對雨水的截流3個標準層(表1)。

表1 雨水花園植物評價體系的層次結構模型

2.4 評價指標權重的確定

采用二元相對比較的1—9標度法，判斷各指標相對重要性，構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λmax是判斷矩陣A的最大特征根，W是其對應的特征向量，求解向量的特征根，所得W經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重。元素的單層排序權重和該元素對應的上一層元素的單層排序的乘積即是該元素的總權重。

表2 C-Ai判斷矩陣及一致性檢驗

注：λmax=3.05RC=0.043 0.043=<0.1。

表3 A1-Di判斷矩陣及一致性檢驗

注：λmax=0.866RC=0.000<0.1。

表4 A2-Di判斷矩陣及一致性檢驗

注：λmax=4.060RC=0.022 0.022=<0.1

表5 A3-Di判斷矩陣及一致性檢驗

注：λmax=3.10RC=0.086 0.086=<0.1

2.5 判斷矩陣的一致性檢驗

為保證結論的合理性和可靠性，結合專家問卷調查結果，對所構建的判斷矩陣進行一致性檢驗

計算公式如下：

RC=IC/IR

(1)

(2)

式中：IR——平均隨機一致性指標，可查表求得。

當RC<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的。

3 結果與分析

3.1 評價指標選擇結果與分析

根據上述研究方法可知，對構建雨水花園植物評價體系的判斷矩陣進行一致性檢驗，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重結果的確定有有效的，可信的。豫北地區雨水花園植物選擇與評價指標體系與權重計算結果如表6所示。從表6可看出準則層權重從高到低的排序為生物學生態特性(0.718)〉觀賞特性(0.156)〉環境保護功能(0.127)。這說明雨水花園植物的選擇首先考慮的是生物學生態學特性，兼具生態學特性和生物學特性的雨水花園植物有利于雨水花園的生態平衡，其次是植物的觀賞特性。在指標層中，排名前四的是抗旱性(0.370)、抗濕性(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雨水花園植物的選擇中具有重要作用，因為豫北地區春、秋、冬季干旱少雨，雨水主要集中在夏季；抗濕性位居第二，因為雨水花園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，重復利用也具有較重要的生態學意義。

表6 雨水花園植物評價體系各層級權重

3.2 賦值的確定與實例分析

對鶴壁、安陽市的雨水花園實地調研和評價指標分析的前提下，對29種典型雨水花園植物進行綜合評價。邀請相關行業專業人員和景觀設計人員按照很好(10分)、較好(8分)、一般(6分)、較差(4分)4個級別對9個指標層進行逐一打分并求平均值，再結合每項指標的權重值進行加權，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，適應干旱、積水環境，具有較強觀賞價值，管理容易；二級(7.5～9)，雨水花園的較優品種，適應性稍差，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險，如再力花(表7)。

表7 豫北地區雨水花園植物綜合評價值

4 結論與討論

本文采用AHP層次分析法綜合評價構建評價模型，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計[11]等定性化選擇雨水花園植物具有更實踐和科學意義。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、公園、綠地等的景觀評價。

在實地調研和查閱文獻的基礎上，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意義。本文將調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、細葉芒、花葉芒是豫北地區建設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、大麗花是建設雨水花園慎重選擇的植物材料；2級和3級的植物根據雨水花園種植區不同的水淹情況，選擇合適的區域如蓄水區、緩沖區、邊緣區進行雨水花園植物的種植[15]，邊緣區一般種植耐旱的植物，緩沖區選用有一定的耐淹能力，又有一定耐旱能力的植物品種，蓄水區種植耐淹能力較強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，AHP層次分析法在權重賦值，植物綜合得分方面具有一定的主現性和片面性，如植物的納污吸污能力在實踐中應結合應用目標綜合考慮。因此，在后續的研究中，應加強雨水花園植物跟蹤調查、植物生理生態學實驗、濕地生態系統中野生鄉土植物的篩選，為豫北乃至中原地區雨水花園植物的選擇和海綿城市建設提供理論支撐。