按照空間分析的建筑垃圾資源化設(shè)施選址決策

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑垃圾年產(chǎn)量數(shù)量日趨龐大，隨之產(chǎn)生的危害也日益明顯。CJJ/T134—2019《建筑垃圾處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》將建筑垃圾分為工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾五大類別，建筑垃圾對大氣、水和土壤等產(chǎn)生的污染已嚴重影響公民身心健康，對其進行相應(yīng)處理已迫在眉睫。科學(xué)合理地對建筑垃圾資源化設(shè)施進行選址決策具有重要研究意義，但由于各地資源化設(shè)施選址建設(shè)差異較大且考慮因素多，近年來對選址的研究較少。目前，我國建筑垃圾資源化設(shè)施選址方法研究尚處于起步階段。高楨贊對鄭東新區(qū)建筑垃圾處理與資源化利用進行研究，提出了推進鄭東新區(qū)建筑垃圾處置與資源化措施，黃雄偉利用ArcGIS空間分析功能討論在城市生活垃圾填埋場選址中的應(yīng)用，但未與具體城市數(shù)據(jù)結(jié)合。以河南省鄭州市為研究區(qū)域，使用層次分析法（Analytichierarchyprocess，AHP）選擇6個影響因子并計算權(quán)重，在ArcGIS中對影響因子進行緩沖區(qū)分析和重分類并賦值，最后通過柵格計算器得到鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級，以期為政府部門建設(shè)建筑垃圾資源化設(shè)施選址提供建議。1、研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源1.1研究區(qū)域鄭州市位于東經(jīng)112°42′~114°14′和北緯34°16′~34°58′。截至2019年，鄭州市行政區(qū)域包括惠濟區(qū)、管城回族區(qū)、二七區(qū)、中原區(qū)、上街區(qū)、金水區(qū)6個轄區(qū)、鞏義市、滎陽市、新鄭市、登封市、新密市5個縣級市和1個縣（中牟縣），總面積7?567.18?km2。鄭州市是河南省省會、特大城市、中原城市群核心城市、國務(wù)院批復(fù)確定的中國中部地區(qū)重要的中心城市、國家重要的綜合交通樞紐，目前常住人口1035.2萬人，城鎮(zhèn)人口772.1萬人。近年鄭州市經(jīng)濟發(fā)展較快，據(jù)統(tǒng)計，2019年房屋建筑施工面積約為3.20億㎡。隨著舊城區(qū)拆遷改造、新城區(qū)拓建和城市規(guī)劃修建產(chǎn)生了大量建筑垃圾。2018年3月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在35個市（區(qū)）啟動建筑垃圾治理試點工作，鄭州市是其中之一。1.2數(shù)據(jù)來源鄭州市人口密度數(shù)據(jù)來自LandScan人口密度數(shù)據(jù)集；行政區(qū)域、中心城區(qū)范圍、主要道路分布、地表水分布和居民區(qū)分布數(shù)據(jù)從1∶100萬和1∶25萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中獲取；高程數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云獲??；土地使用類型數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)禾網(wǎng)站中獲取。2、研究方法2.1方法設(shè)計以鄭州市為研究區(qū)域，選取建筑垃圾資源化設(shè)施選址影響因子，采用層次分析法確定權(quán)重結(jié)合GIS分析得到鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級。研究方法流程如圖1所示。圖1研究方法流程2.2核心技術(shù)概述2.2.1層次分析法層次分析法（AHP）是通過確定權(quán)重系數(shù)解決復(fù)雜的決策問題，在不確定性問題的決策分析中具有非常系統(tǒng)化的判斷。該法操作過程便捷，包括建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建判斷矩陣、一致性檢驗和計算權(quán)重。2.2.2空間分析ArcGIS中緩沖區(qū)分析根據(jù)需設(shè)置一定的距離，可構(gòu)建點狀要素、線狀要素和面狀要素多環(huán)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)得到的是一個區(qū)域。ArcGIS中的柵格計算器可將每個因子的權(quán)重和具體得分等級進行疊加運算，得到建筑垃圾資源化設(shè)施選址的適宜性等級。2.3層次分析法中權(quán)重的確定2.3.1確定影響因子，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型2019年3月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑垃圾處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》包括建筑垃圾資源化利用和填埋處置工程選址需符合的規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于選址方面的文章總結(jié)影響因素，得出建筑垃圾填埋場選址的6個影響因素，其中社會因素為人口密度，經(jīng)濟因素包括與中心城區(qū)距離、與主要道路距離和高程，環(huán)境因素包括與地表水距離和土地使用類型。在社會因素方面，居民反對在自家附近設(shè)建筑垃圾資源化設(shè)施，人口密度越大反對聲越大。以人口密度為影響因子既可維護居民的權(quán)益又可減少社會負面影響。在經(jīng)濟因素方面，若在建筑垃圾資源化設(shè)施選址時充分考慮與中心城區(qū)距離、與主要道路距離和高程可減少建廠經(jīng)濟費用。在環(huán)境因素方面，建筑垃圾資源化設(shè)施在選址和建造運行使用過程中若考慮不充分會對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。為減少環(huán)境危害，在選址時應(yīng)考慮建廠與地表水的距離和土地使用類型。根據(jù)所選因子建立層次結(jié)構(gòu)模型，模型分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、標(biāo)準(zhǔn)層和方案層，如圖2所示。圖2建筑垃圾資源化設(shè)施選址層次模型2.3.2構(gòu)造判斷矩陣依據(jù)專家評分法構(gòu)造判斷矩陣，使用1~9標(biāo)度對各指標(biāo)打分，構(gòu)造判斷矩陣。1~9標(biāo)度表和判斷矩陣見表1、表2。表11~9標(biāo)度表表2判斷矩陣2.3.3一致性檢驗和計算權(quán)重一致性比率CR=CI/RI，當(dāng)CR＜0.1時，通過一致性檢驗。在MATLAB軟件中運行層次分析法代碼輸入判斷矩陣，獲得CI=0.0065，CR=0.0047＜0.10，通過一致性檢驗。每個影響因素的權(quán)重見表3。表3建筑垃圾資源化設(shè)施影響因子權(quán)重2.4選址適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)參考已有文獻，本文以打分的方式進行選址適宜性分級，以1~5分為評分準(zhǔn)則，分數(shù)越高越適宜建筑垃圾資源化設(shè)施建設(shè)。最后，在ArcGIS中對影響因子進行緩沖區(qū)分析和重分類并賦值，通過柵格計算器和重分類得到建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級。3、研究結(jié)果與分析3.1影響因子計算結(jié)果根據(jù)GB50869—2013《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》和北京市《固定式建筑垃圾資源化處置設(shè)施建設(shè)導(dǎo)則》，建筑垃圾資源化設(shè)施選址不應(yīng)位于居民區(qū)500?m以內(nèi)，故將與居民區(qū)距離設(shè)為建筑垃圾資源化設(shè)施選址約束條件。各影響因子計算如下。3.1.1人口密度依據(jù)自然間斷點進行分級評分共分為5級，人口密度越小得分越高，評分依據(jù)見表4。表4人口密度評分依據(jù)3.1.2與中心城區(qū)距離2018年鄭州市人民政府發(fā)布《鄭州市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）調(diào)整方案》,確定鄭州市中心城區(qū)規(guī)劃控制范圍位于中原區(qū)、金水區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)和惠濟區(qū)以內(nèi)。綜合文獻和規(guī)范要求，以這5個區(qū)為中心進行緩沖區(qū)分析，距中心城區(qū)越近建筑垃圾運輸成本越低，得分越高，評分依據(jù)見表5。表5與中心城區(qū)距離評分依據(jù)3.1.3與主要道路距離建筑垃圾資源化設(shè)施選址距主要道路越近交通越便利，運輸所花費的成本越低。綜合文獻和規(guī)范要求，以主要道路為中心進行緩沖區(qū)分析，距離越近得分越高，評分依據(jù)見表6。表6距主要道路距離評分依據(jù)3.1.4與地表水距離建筑垃圾資源化設(shè)施選址與地表水距離近，可減少其產(chǎn)生的環(huán)境污染。在地表水周圍建立多環(huán)緩沖區(qū)，距離地表水越近得分越低，評分依據(jù)見表7。表7與地表水距離評分依據(jù)3.1.5高程對鄭州市高程數(shù)據(jù)進行自然間斷點重分類，分為5級，高程越低建筑垃圾資源化設(shè)施選址所需成本越低得分越高,評分依據(jù)見表8。表8高程評分依據(jù)3.1.6土地使用類型根據(jù)LUCC分類體系，居民用地、耕地、水域、特殊用地不適宜建筑垃圾資源化設(shè)施選址，得分為1。未利用土地、林地和低覆蓋度草地適宜建筑垃圾資源化設(shè)施選址，得分為5，評分依據(jù)見表9。表9土地使用類型評分依據(jù)3.1.7與居民區(qū)距離按政策規(guī)范規(guī)定，建筑垃圾資源化設(shè)施選址位置不得位于居民區(qū)500m以內(nèi)，將與居民區(qū)距離設(shè)為約束因子。獲取鄭州市居民區(qū)數(shù)據(jù)，建立500m緩沖區(qū)，居民住宅區(qū)500m以內(nèi)，得分為0，其余部分得分為1，評分依據(jù)見表10。表10與居民住宅區(qū)距離評分依據(jù)3.2選址適宜性結(jié)果與分析應(yīng)用ArcGIS柵格計算器，輸入表達式“0.218?4×人口密度得分×與居民區(qū)距離得分+0.119?7×與中心城區(qū)距離得分×與居民區(qū)距離得分+0.119?7×與主要道路距離得分×與居民區(qū)距離得分+0.119?7×與地表水距離得分×與居民區(qū)距離得分+0.067?8×高程得分×與居民區(qū)距離得分+0.354?7×土地使用類型得分×與居民區(qū)距離得分”，得到鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性區(qū)劃圖。對建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性區(qū)劃圖進行等級劃分，得分越高越適宜建筑垃圾資源化設(shè)施選址。共分為不適宜、一級適宜、二級適宜、三級適宜、四級適宜和五級適宜，其中一級適宜區(qū)最適合建筑垃圾資源化設(shè)施選址。等級劃分依據(jù)見表11。表11建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級劃分依據(jù)對建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級面積進行分析，不適宜、五級適宜和四級適宜區(qū)占鄭州總面積的88%，一級適宜、二級適宜、三級適宜區(qū)分別占總面積的4%,3%,5%，故科學(xué)合理地進行建筑垃圾資源化設(shè)置選址很有必要。鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性統(tǒng)計分析圖如圖3所示。圖3鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性統(tǒng)計分析鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址最適宜區(qū)域分布在鞏義市的東南部、登封市的北部和南部邊界區(qū)域、新密市的西北部和南部邊界區(qū)域、新鄭市西南邊界區(qū)域、中牟縣東北部和中南部、滎陽市西部和南部邊界區(qū)域、二七區(qū)西南邊界區(qū)域和惠濟區(qū)西北部邊界區(qū)域。4、結(jié)論與展望（1）采用層次分析法結(jié)合GIS對鄭州市建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性進行區(qū)劃，可使獲得的結(jié)果更科學(xué)準(zhǔn)確，為政府部門建立建筑垃圾資源化設(shè)施選址決策提供合理的建議。（2）采用層次分析法在社會因素、經(jīng)濟因素和環(huán)境因素3方面選取6個影響建筑垃圾資源化設(shè)施選址的影響因子。人口密度、與中心城市距離、與主要道路距離、與地表水距離和土地使用類型的權(quán)重分別為0.218?4,0.119?7,0.119?7,0.067?8，0.119?7,0.354?7。在政策規(guī)定下，將與居民區(qū)距離設(shè)為約束條件，可使選址適宜性與選址結(jié)果更有針對性。（3）對建筑垃圾資源化設(shè)施選址適宜性等級面積進行分析，不適宜、五級適宜，四級適宜區(qū)占鄭州總面積的88%，一級適宜、二級適宜和三級適宜區(qū)分別占總面積的