城市地质环境系统分析与优化模型.pdf

第 l 8 卷 第 3 期 1 9 g 6年 g月 西安地质学 院学报 J OURNAL OF XI AN c0LLEGE OF GEOLOGY V01 ． 18 No ．3 S e 0 ． 1 9 g 6 一 城市地质环境系统分析与优化模型 刘 玉海 西安地质学院木工亲 7 1 0 0 5 4 提要本文运用系统工程原理 ． 综合分析丁城市地质环境系统特征、 系统目标确定以 及 系统 环境 和 结村 ， 并 建 立 丁相 应 的优 化模 型 ， 从而为 城市 地质 环境 的优化 利用 提供 了 一 种 新途径 。 关 键调 - 丝重 堑撞 墨 篓- 垡 些堡型 中 囝分类 号X 2 1 城市地质环境和城市规划建设是 一个多 因素 、多层次的复杂过 程 ，因此应将城市地质 环 境及 城市规划建设作为一个 动态 系统 ，利用 系统工程原理进行综合评价 。 ． 1 城市地质环境系统特征 所谓 系统 是指处在一定相互联 系中并与 环境发生美 系的各组成 部分 的整体 。 自8 0年代 以来 ，我国一些学者注意从 系统论的角度来研究城市的复杂问题 ， 普遍认 为应 该把 城市 看成是一个多功能 、多层次 、多 要素的大 系统。因此 ，我们可 以认为城市地质环境 系统是 一个经常处于非乎衡状态下的复 杂有机 体 ，是与周 日环境和其它 系统不 断进行物质和 能量交 换的开放系统 ，是众多子系统协 同发 展 、主要职能与多种功能相结合而和谐发展的整 体 。 从上 述定义可 以看出 ，城市地质环境 系统应具有如下特点 1 城市地质 环境是 一个开放系统 。它与环境及其它系统之间不断进行着物质和能量交 换 ，并且通 过这种交换发 生着相互 影响和相互作用 ，导致 系统的有序化或无 序化 。 从广 义上说 ，城 市地质环境 作为岩石圈的一部分 ，不断地与大 气圈、水圈 、生物圈发生 物质和能 量交换 。从狭义上讲 ，城市 地质环境与周 屡地 区及各种人类工程一 经济活动 不断 地相 互作用 、相互影响着 ，并 由此 产生 一系列新的环境问题 。 2 城市地质环境 系统是 一个多因素组成的复杂系统。各因素之 间、因素与整体之 间、 系 统与环境之间存在着普遍联 系，它们相互 制约 、相互影 响、不 可分 割 1 9 9 5 ～ 1 o 2 5收 瞢 作者简舟 t倪万魁 ，男，3 1 岁 ，在谨博士，讲师-曾发表 f 太同城市地质研 究等论著 陕西 西安 维普资讯 3 期 倪万魁 等 城市地 质 环境 系统 分析 与优 化模 型 3 7 3 城市地质环境系统 与环境之 间的物质能量 交换是一个动态过程 ， 这一特征决定了城 市地质环境系统的动态性 。 鉴于 目前研 究水平 ， 对于确 定系统各因素随 时间变化 有一 定困难 ， 因此 ，应从系统动态规律 入手 ，进行 城市地质 环境的总体预测 。 4 城市地质环境 系统结构为一个 多因素 、多层次的递 阶结构 。 2 城市地质环境系统分析 所谓系统分析 ， 即是从系统长远和总体 的最优 出发 ， 在选定系统 目标和准则的基础上 ， 分 析构成系统的各个层次子系统的功能和 相互 关系 ，以及系统 同环境 的相互影响 。其主要 内容 有 系统目标确定 、系统结构和系统环境分析 、系统模型化和系统 评价 。 2 ． 1 系统 目标确 定厂 _ 二 l _■■] 系 统 目 标 应 服 从 于 城 市 规 划 和 城 市 建 设 l 兰 兰 竺 兰 竺 兰 兰 l 园园 益 、 环 境 效 益 和 经 济 效 益 三 统 一 。 而 经 济 效 j { j 二J l 二 J 益、社会效益和环境效益又由城市建设的安 ■ ■ 全和 经济两方面集 中表现 出来 图 1 j l l J 2 、 2系统环境分析 图l 系统目标分析 环境通常是指存在系统外 的物 质的 、经 济的 、信息的和人际的相 关因素 的总称 。这 些因素的属性 或状态的变化 ，通过输入使系统发 生变化。反之 ，系统本身的活动 ，也可使环 境相 关因素的属性 或状态发生改变 ，这也就是所 谓环境因素的开放性 。 研 究系统环境因素的意义在于 环境发生 变化 可能导致 系统性质及系统结构的改变 ，从而 引出新 的系统分析 课题 。 确定系统 边界 要考 虑环境 ， 进行 系统分析的资料 包括决策 资料 要 取 自环境 ，系统的外 部约 束通常来 自环境 。 从 狭义上讲 ， 城市地质环境 系统 的环境因素主要有两个方面 ； 一是城 市各功能 区用地 ； 二 是城 市总体 规划 方案 。前者主要确定 了城 市地质 环境 系统 的状态类型 ，即决策 目标 ；后者主 要是 圈定了城市地质 环境系统边界 实际上 ，这两者是共 同作用不可分离的 图 2 。 匡⋯ 环境 改韭 城 市地质 环境 图 2 环境 与 城市地 质环 境 的关系 圈 城市均 由不同的功能 区组成 ，而每个功能 区对地质 环境 的要求不尽相同。一般来说 ，城 市功能用地主要 有①工业用地 ；② 农业用地 ；③商业及 生活居住用地 i④仓储用地 i⑤旅 游风景绿化用地 ；建材开采用地和废 物堆场用地等 。各功能区对地质环境 的要求见表 1 。 维普资讯 3 8 西 安地 质学 院学 报 L 8 卷 衰 L 城 市土 地 利 用粪 型 与地 质环 境关 系衰 因 素 、 多 层 次 递 阶 结 构 。 从 城 市 地 质 环 境 的 口 田 『] 广 - ]]T 有 效 合 理 利 用 这 一 总 目 标 出 发 ， 考 虑 到 城 市 l喜 l 】 l盖 l e l l蒋 l 嚣 f 的 规 划 兰 设 ， 城市地质环境系统应包括工业 l l I_土 l曩l 觜{l柔l}嚣j 耄差 荤 囊 茎垂 萋曩 誓l l I垂II l萋l f差』l差l i差i 用地、仓储用地、建材开采用地、废物堆场 l l l I l尊l 墨J l l I 用地和农业用地等七个子系统 图3。 l l l I l墨l I BII l婆l l婆j 为了达到城市地质环境优化利用的总目 l l誊I l l l l l l 竺 妻 苎 譬 优 l译 价 。 各 子 一 J地 图 系 统 的 系 统 结 构 如 图 4 ～ 图 1 0所 示 。 一 一 ’～ ‘ 。 。 ⋯～ ⋯ ⋯ 网 网 网 网 目标层 准则层 指 标 甚 维普资讯 3期 倪 万魁 等 城市 地 质环 境系统 分析 与优 化模型 圈匦 3 9 目标县 准更 i 甚 圈 圈 圈 圈 标 业 及 生活 居住 用地适 宜性 层次 结构 分析模 型 l旌 辨 风 景 绿 化 用 地 B ， I 囤困 厂]厂] I 安 全c } l 经济c n l 1 ．． ．． ．． ．． ．． ．． ． I ．． ．． ．． ．． ．． ．． ． 仓储 用地 适宜 性层 次结构 分析 图 目标甚 准硝 甚 指 标层 目标层 准 则层 指 标层 ]引引 __ 商 引 图 一 地形坡度 [ [ [ 曰 口 网 L 塑 一 地形坡度n 维普资讯 西安 地质 学院学 报 l 8卷 圉 图 8 图 图 9 罔 围困 图 l o 农业 用地 适宜 性层 次结构 分析 模 型 3 城市地质 环境系统优化 决策模 型 目标层 准则屡 指标屡 目标层 准 则层 指 标层 目标 居 准 层 指标层 由上可知 ，城市地质 环境 系统是 一个多 因素 、多 层次 的复 杂系统 ，呈递 阶层次结构 。因 此 ，我们便可 采用层次 分析法 Th e An a l y t i c Hi e r a r c h y P r o c e s s ，简称 AHP， 对系统进 行优 化评价 。其主要步骤如下 维普资讯 3 期 倪 万魁等 城市 地质 环境系 统分 析与 优化 模型 4 1 3 ． 1 建立递阶层次结构模 型 层次结构分 析模型实 际上是 问题被 概化 后的各因素间逻辑结构关系 。本评价模型 中首先 把 总 目标分 七个子 目标 ．然后把各 子 目标分 解为三个层次 ，最高层次 为 目标层 ，中间层是准 则层 ．最底层 为指标层 见图 3 ～图 1 0 。 3 ． 2 构造 判断 矩阵 建立递阶层次结构模型后，上下层次之间的隶属关系就被确定 ，但每一层次中各元素的 相对重要性 则需要 由专家 分析判断给 出 ． 为此要构造判断矩阵 ， 并通过两两 比较确定其权重 例如 ．B层元素 中的 C 与下一层的 D 、 ⋯ 元 素有联系 ，则判断矩 阵可取如下形式 D D _ D。 Dl D ⋯ ⋯ n d 】 l dl 2 一 - 一 一 n d】 。 d d n- ⋯ 一 d} d 。 d。 ⋯ ⋯ d - 。 在这里 ． 决策者或专家需针对 准则 比 较 D ． 和 Dj 哪一个更重要 ． 重要程度如何 并 按其相对 重要性 采用 1 ～9的标度 赋于一定 的数值 ．其涵 义如 表 2所示 表 2 判 断矩阵 标 疰 及含 望 标度 义 Z ． 4 6 ， 8 倒 敷 表示 阿十 园素相 比 具有同 样重 要性 表示裾十园素枉比，一十园素比另一十固章稍嵌 要 表 示 搿十园 素相 比 ，一十 园嘉 也另 一十 因索 明显 重要 表 示 阿十园 素相 比 ，一十 园童 比另 一十 因索强罩 I I 重 要 表 示搿十 园 素相 比 ，一 十 园窜也另 一十 因 索极 端重 要 上述 相郫 判断的 中值 园 索 i 与 j 也较得 到爿 断 ，刚 园索 J 与 } 也较的判 断 b l 1 ／ b l i 3 ． 3 层 次单排序 及一致性 检验 判断矩阵的最大特征根 k． 所对应的特征向量 Ⅳ ，经规 一化 后即为同一层次相应元素对 于上一层次某元素相对重要性 的排序权值 ，这一过程称为层次 单排序 。 由于客观事物的复杂性和人们认识 的多样性 ．以及可能 产生 的片面性 ．要求每一个判断 有完 全的一致性是不可能 的，特别是 因素多 、规模大的问题更 是如 此 。为此要计 算一致性指 标 c ， 一 k 一n ／ n 一1 ，当 c ， 0 ． 1时 ．一般认 为层次单排序的结果有满意的一致 ．否 则需要调整判断矩阵元素的取值 。 3 ． 4 层次总排序 及一致性检 验 计算同一层次所有元素对于最高 目标层相对重要性 的排序权值称层次总排序 。这只需将 层次单排序 中所得到的权值从上到下地相乘再加即可 ，其 一致性检验也 与单排序相似 3 ． 5 评价值 的计算 经过 AH P法的处理和统计分析 ， 便可计算出各指标的相对权重 然后在反复协商 讨论 的基础上，给出第三层各个指标的评分标准．满分为 1 0 0 分。这样各子系统的总评价值即可 依下式计算 1 X一 厶厶 I V, W, j X 维普资讯 4 2 西 安 地质 学 院学 报 式 中 x 为子系统的总评 价值 ； W． 为第二层 2大类 指标 的权值 ； 为第三层指标相对于第二 层指标的权值 为第三层指标的得分。 通过上述计算 ．即可得到各子系统 的优化评价结 果。根据各子 系统评价结果组合及其在 城市地质环境合理开发利用 中地位 ， 找们就能对城 市地 质环境 的合理 开发 利用 进行 优化决策 ， 决策原则 见表 3 表 3 城市地质环境优化利用决策原剐 该方法 已被应用于大同城市地质环境的 优化决策 ，并取得了满意的效果 S TS TEM AN ALYS I S OF URBAN GEOLOG I CAL ENVI R0NM ENT AND I TS UATI oN M oDEL N i W a nkui Li u Yuha i Xi 口 C o l g e o fGe o l o g y Abs t r a e t I n t h i s p a p e r ， Th e f e a t u r e s， o b j e c t i v e s a n d s t r u c t u r e a s w e l l a s e n v i r o n me n t h a v e b e e n c o mp r e h e n s i v e l y a na l y s e d b y t h e t h e o r y o f s y s t e ma t ic e n g i n e e r i n g．a n d t h e r e l e v a n t e v a l u a t i o n mo de l b a s b e e n e s t a b l i s h e d ． Th e na n e w wa y wi l l b e p r o v i d e d[ o r o p t i on a l us e o f u r b a n g e o l o g i c a l e n v i r o n me t Ke y wo r d s Ci t y，Sy s t e m of g e o l o g i c a l e n v o n me n t ， Ev a l u a t i o n mod e l 维普资讯