GIS与模糊综合评判方法在垃圾填埋场选址中的应用.pdf
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GIS与模糊综合评判方法在垃圾填埋场选址中的应用戴晓爱,李丽(成都理工大学遥感与GIS研究所/国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,成都610059)【摘要】随着环境保护的呼吁声越来越高,人们对环境污染物之一的垃圾的处理越来越关注,选址工作在垃圾填埋场的整个建设过程中的地位非常重要。
本次选用ETM+遥感影像提取基础地理信息,结合垃圾填埋场建址的标准,利用GIS空间分析功能分析出适合场址的几个候选区。
利用层次分析法选取相关评价指标,建立模糊综合评判模型对几个候选区进行评价;得分结果验证出每个备选填埋场均满足建场要求,得分最高者被筛选为为最佳场址。
该方案科学合理,以期对垃圾填埋场的投资建设提供参考。
【关键词】遥感;空间分析;垃圾填埋场;选址;模糊综合评判【中图分类号】P237;P208【文献标识码】A【文章编号】1009-2307(2011)05-ApplicationofGISandmethodofFuzzysyntheticevaluationingarbagelandfillsiteselectionAbstract:
Withthegrowingcallsforenvironmentalprotection,itisveryimportanttoselectgarbagelandfillsitethroughouttheconstructionprocess,forwastedisposalwhichisoneoftheenvironmentalpollutionbeingconcerned.Inthepaper,thebasicgeographicinformationwasextractedfromETM+remotesensingimages.Basedonthebuildingcriteriaofgarbagelandfillsite,itanalyzedseveralcandidateregionsusingspatialanalysisfunctionsofGIS.Moreover,itselectedsomerelatedevaluationindexbyAnalyticHierarchyProcesstoestablishthefuzzycomprehensiveevaluationmodel.Theevaluatedresultsofcandidateregionsshowedthatallalternativelandfillsitesmetrequirements,sothelocationofhighestscoreswasselectedasthebestsite.Theprogramcouldbescientificandrationaltoinvestmentandconstructionoflandfillsforreference.Keywords:
remotesensing;spatialanalysis;landfill;siteselection;FuzzysyntheticevaluationDAIXiao-ai,LILi(InstituteofRS&GIS/MinisterialKeyLabofLandandResourcesInformationTechnology&Application,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China)1引言随着城市化进程的加快,城市各个方面的变化很大,随着城市人口的急速增长、经济的快速发展和人民生活质量的提高,作为人类生产和生活中必然产生的遗留废物,城市生活垃圾也越来越多。
城市垃圾已经不能随意乱倒、进行分散小型的堆放了,取而代之的是大规模有组织的填埋或堆放1。
遥感技术观测面积大,周期短,垃圾堆放和填埋的分布点也随着城市垃圾迅速增加而不断发生变化。
利用遥感和地理信息系统技术进行生活垃圾填埋场选取和监测管理2,能够大面积快速收集数据,对垃圾填埋过程进行客观地分析处理;且投资相对较少。
综合分析,该方法可大大减少传统的实地考察耗费的人力、物力和财力,且结果更精确、更具有科学性。
2垃圾场填埋的标准卫生填埋场场址的选择,涉及到当地经济、交通等的发展情况,地理地形条件,气候情况,环境地质条件,地表水文条件及水文地质工程条件等众多影响因素,是一项十分复杂的工作,主要应从工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方面来考虑3。
根据城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2001)及相关的国内外情况,可将安全填埋场的选址标准归纳为4:
填埋场容量足够大;场地的运输距离要适宜;远离居民生活区;填埋场不应建于离涡轮式飞行器机场跑道末端3000m范围内或离仅由活塞式飞行器使用的机场跑道末端1500m范围内;要求场址所在位置,交通方便,具有全天候公路,承载力适宜;场地地形地貌条件适宜,应便于监测系统的布置;所选场址避开洪水泛滥区、湿地、可航行水道,同时远离供水水源和公共水源,避开湖、溪、泉,场地自然条件应有利于地表水排泄,避开滨海带和洪积平原;所选场址符合国家和地方政府的法律法规。
3研究方法网络出版时间:
2010-12-3110:
59网络出版地址:
http:
/为长远考虑,应建设超大型垃圾填埋场。
根据北京自然经济条件,应在西南方向低山地建设填埋场。
其他地区则不宜:
北部有文化遗址,经济比较发达,是北京发展的重点;东部是密云水库保护区;西北部在城市地下水的上游,南部大兴地处平原,适合农林业发展;而西南部是山地,土地利用价值低,人口少,且交通方便,与市内有公路、铁路相通。
本次选用北京市的2004年1月的ETM+遥感图像,利用ERDASImagine提取土地利用信息,采用ARCview软件平台进行相关空间分析,结合层次分析法计算出评价指标的权重值,通过模糊评判法建立隶属函数5,实现定性和定量的结合,建立场址优选模型,从候选场地里选出最优场址。
4垃圾填埋场候选场区选取1)遥感图像数字处理本次使用ErdasImagine软件对该研究区域的遥感图像进行几何校正、彩色增强、图像裁剪等处理。
由于432波段组和的假彩色图像中植被呈现各种红色调,密集的城市地区为青灰色,常用于植被、农作物、土地利用和湿地分析的遥感方面。
本次数据处理中选取4、3、2波段组合成432波段的假彩色图像,找到要剪裁部分的对应位置坐标,生成裁剪好的遥感图像(图1)。
2)遥感信息提取本次利用ArcView软件进行人工解译,在假彩色图像中,大致解译出图像中的典型地物,如植被表现为红的;河流表现为深蓝色且呈线状分布;居民地表现为比较有规则等。
获得土地利用类型矢量数据集(landuse)、线性道路数据集(road)、现有垃圾场分布数据集、河流分布、居民地分布、特殊建筑用地、湖泊等图层。
图1研究区432假彩色遥感图像(部分)图2垃圾填埋场候选区分布图3)空间分析根据选址场地的运输距离标准和ETM+图像可获知的信息6,7,可知一个垃圾填埋场必须距离居民居住区至少500m;距离湖泊、池塘至少300m;距河流至少100m;由于运输成本的影响,一般公路要求大于300m小于1500m;远离特殊建筑用地等。
依据此标准,以限定范围为影响半径,针对每个影响因素进行相应的点、线、面缓冲区分析,分别进行道路、居民地、河流、湖泊等其他影响因子图层的缓冲区分析。
4)垃圾候选场提取经过缓冲区分析后,再将各影响因子图层的缓冲图层两两相互叠加,进行叠加分析6,7,得到保留所有影响因子共同作用的图层,该图层含有适宜性分析的全部数据,符合填埋场选址要求的范围。
由于候选区较多,而垃圾填埋场有一定使用年限及面积限制,所以在此取阀值400000m2,选取垃圾填埋场候选区(图2)。
5模糊评判模型选取垃圾场选址初步选出候选区位置后,采用一种优化方法从该候选区筛选出一个最佳场址。
本次采用模糊综合评判法对候选区场地的评判,从5个候选区中算出一个最大的综合评判值,即得分最高的为最佳场址。
模糊综合评判模型是解决多指标综合问题的一种行之有效的辅助决策方法8-10。
它是应用模糊关系合成的特性,根据给出的评价准则和实测值,从多个指标对被评判事物隶属等级状况进行综合性评判的一种方法,该方法描述更加深入客观,分析结果更加准确8-12。
结合选址的标准和其他相关资料,根据城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准和城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2001)以及相关的国内外情况和工程实践经验5,6,为本模糊综合评判模型选取评价指标及适宜度等级12如表1。
5.1模糊综合评判模型指标选取1)评判因素集U=U1,U2,U3,U4,U5=与城区距离、交通运输条件、环境保护条件、场地条件、与水源或供水井距离;交通运输条件因素集U2=U21,U22=运输方式、运输距离;环境保护条件因素集U3=U31,U32,U33,U34=场地库容、附近居民的距离、常年风向、占地质量。
2)建立评语集V=V1,V2,V5最佳场地,适宜场地,较适宜场地,勉强适宜场地,不适宜场地。
表1填埋场选址指标及适宜度等级情况表评判指标适宜程度最佳场地V1适宜场地V2较适宜场地V3勉强适宜V4不适宜场地V5与城区中心距离U1(km)302030102051040环境保护条件U3场地库容U31(年)2015201215812150010001500800100050080015001000150080010005008005005.2评判因素权重计算权重的确定有多种方法,例如专家打分法、指派法、统计法、继承法,本文选用一种求权重有效方法一一层次分析法。
垃圾场选址及权重因素通过对同级要素以上级要素为准则进行两两比较,并计算得出各要素的相对重要度。
各层评判因素权重如表2所示。
表2总评判指标的比较及权重计算总目标U1U2U3U4U5初始权重Wi=(j=15Uij)1/5归一化权重Wi*=Wi/5i=1WiU1111/51/31/50.4220.064U2111/51/31/50.4220.064U3551312.3710.360U4331/311/310.152U5551312.370.360max=5.105,CI=0.0263,CR=0.0235,因为CR0.1,通过一致性检验=6.586=15.3候选区信息计算根据候选区位置的分布,由居民地、湖泊、道路等缓冲距离数据可得到它们距A、B、C、D四个候选区的相关数据3,6;填埋场的使用年限是大于8年,在这里方便评判定义四个候选填埋场的使用年限均为15年;再结合评判指标可得出候选区信息如表3。
表3四个候选区的相关信息指标ABCD与城市中心距离(km)20456058交通运输条件运输方式公路水路公路公路运输距离(km)10253028环境保护条件场地库容(年)15151515距居民地距离(m)150080010001300常年风向城市下风向城市下风向城市下风向城市下风向占地质量离市区较近远离市区远离市区远离市区场地条件(作业区域大小)满足条件满足条件满足条件满足条件与水源地或供水井距离(m)60060010001500根据表1给出的各级定量评价指标包含上下限
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