Construction and Application of Performance Evaluation Model of Sponge City in Hebi City
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摘要:
以海绵城市绩效评价为研究对象，构建了海绵城市绩效评价模型，通过层次分析法确定权重，结合物元分析法进行绩效评价模型应用，并对鹤壁市进行了实证研究. 结果表明：鹤壁市海绵城市绩效评价结果为优秀，在此基础上提出了海绵城市绩效评价、建设活动的建议.
Abstract:Taking the performance evaluation of sponge city as the research object, the performance evaluation model of sponge city was constructed. The weight is determined by analytical hierarchy process, and the performance evaluation model with matter-element method is applied. The construction of sponge city is empirically studied in Hebi City. The results show that the overall results of performance evaluation of Hebi Sponge City are excellent. On this basis, this work puts forward suggestions on performance evaluation and construction activities of sponge city.
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0. 引言
随着海绵城市建设活动的开展，建设低影响开发的海绵城市、实现城市与环境资源的协调发展，成为我国城市建设的重要内容之一[1-3].NGUYEN等[4]认为应当建立海绵城市建设决策机制，并鼓励政府与各机构进行密切合作；车伍等[5]对《海绵城市建设技术指南》(以下简称《指南》)基本概念、参数和方法进行了详细解读，提出了海绵城市的综合控制目标、分目标，并就其间关系进行探讨；王诒建[6]将海绵城市的规划总目标进行分解，将其与控规指标体系进行衔接，并构建了海绵城市的控制指标体系；张辰[7]以上海市为例提出海绵城市建设指标体系，以期为上海市海绵城市规划、建设和管理等活动提供有效指导.上述学者以相关制度文件为基础，进行了对海绵城市建设、控制、管理等的研究尝试，但未能对海绵城市的绩效评价进行深入探讨，具有一定的局限性.
海绵城市的建设活动为什么存在问题，除了在建设中以政府为主导、缺乏社会积极参与之外，更重要的原因就是缺乏在海绵城市绩效评价中的量化评价内容.因此在海绵城市的建设过程中，哪些是重点、难点和薄弱点，亟待深入研究与探讨.基于此，本研究以鹤壁市海绵城市建设活动为例，以层次分析法、物元分析法为研究方法，进行海绵城市绩效评价模型构建与应用的研究.
1. 海绵城市建设绩效评价体系的构建
海绵城市建设是涉及多个建设主体、建设依据与建设系统的建设活动，其绩效评价的内容具有动态性、连续性、综合性与复杂性(见图 1)，本研究中的海绵城市绩效评价体系，以中华人民共和国住房和城乡建设部出台的《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》(以下简称《办法》)为基础，结合相关参考文献[4-8]，以及鹤壁市海绵城市建设、经济社会发展现实状况来构建的(见表 1).
表 1 海绵城市绩效评价指标体系Table 1. Sponge city performance evaluation index system目标层 准则层 指标层 指标属性 海绵城市绩效评价指标体系A 水安全B1 饮用水达标率C1/% ∧ 污水控制率C2/% ∧ 城市暴雨内涝灾害控制率C3/% ∧ 水环境B2 地表水质量达标率C4/% ∧ 地下水质量达标率C5/% ∧ 城市面源污染控制率C6/% ∧ 水生态B3 年径流总量控制率C7/% ∧ 地下水位稳定率C8/% ∧ 生态坡岸率C9/% ∧ 水资源B4 雨水收集利用率C10/% ∧ 污水再生利用率C11/% ∧ 公共管网漏损控制率C12/% ∧ 水制度B5 相关制度文件C13 ∨ 技术规范与标准C14 ∨ 投资与融资情况C15 ∨ 显示度B6 竣工验收情况C16 ∨ 连片示范效应C17 ∨ 建设综合效益C18 ∨ 注：“指标属性”中，“∧”表示定量数据，“∨”表示定性数据 1.1 水安全
水安全问题通常指相对人类社会生存环境和经济发展过程中发生的、与水有关的危害问题.水安全是雨水调蓄、雨水渗透、雨水利用等生态性低影响开发建设活动开展的前提和基础，其在城市发展中所受到人为活动的影响越来越大，在海绵城市的建设中也应当将其放在较为突出的位置.本研究选取了饮用水达标率、污水控制率、城市暴雨内涝灾害控制率作为水安全评价的指标.
1.2 水环境
水环境是自然界中的水所形成、分布和转化的空间环境.水环境围绕人群空间并直接或间接影响人类生活和发展，是其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体[9]，海绵城市建设有利于提升城市水环境质量.本研究选取地表水质量达标率、地下水质量达标率、城市面源污染控制率作为评价水环境的指标.
1.3 水生态
水生态是指自然界中的水体与生物的相互渗透、适应与影响.水生态建设主要包含构建低影响开发雨水系统以维持和恢复场地的“海绵”功能、生态岸线的恢复、城市生态系统的保护和修复等.本研究选取年径流总量控制率、地下水位稳定率、生态坡岸率作为水生态评价的指标.
1.4 水资源
水资源是指可供人类利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和合适的质量，并满足某一地方在一段时间内具体利用的需求.水资源的建设主要是涵养水资源, 保护和调控优质水源, 实现水资源供需平衡, 同时加大雨水资源化利用, 提升非常规水资源利用水平.由于鹤壁市水资源短缺，需要加强污水的再生利用和雨水的资源化利用，本研究将雨水收集利用率、污水再生利用率、公共管网漏损控制率作为水资源评价的指标.
1.5 水制度
海绵城市建设的成效如何，关键在于规划管理，只有完善的制度和执行力，才能更好地进行海绵城市建设.本研究选取相关制度文件、技术规范与标准、投资与融资情况作为制度建设和执行评价的指标.
1.6 显示度
显示度是海绵城市建设成果的主要体现，集中连片形成规模聚集，充分发挥示范带动效应.预计到2030年，城市建成区80%以上的面积达到海绵城市建设要求，以便形成整体效应.本研究选取竣工验收情况、连片示范效应、建设综合效益作为本研究海绵城市建设成果显示度的指标.
2. 研究思路与方法
2.1 研究思路
本研究运用层次分析法、物元分析法来进行海绵城市绩效评价模型构建与应用的研究工作：首先，以《指南》《办法》为基础，结合相关文献和鹤壁市实际情况，构建海绵城市绩效评价指标体系；然后，依据目标层、准则层和指标层这3个层次，运用层次分析法进行比较并根据公式确定其权重；接着，依据定量数据、定性数据这2个类型，运用物元分析法进行评价并根据公式确定其关联度；最后，综合上述确定的权重与关联度，得出绩效评价模型的结果.
2.2 层次分析法
层次分析法是将复杂的多目标决策问题进行分解、结合主观决策判断与客观数学原理的模糊量化方法[10].海绵城市绩效评价的内容包括定量数据与定性数据这2个部分，适宜采用主观与客观相结合的方法，即比较适合使用层次分析法来进行权重值的计算，其主要步骤为：由公式(1)确定方根及权重，再由公式(2)计算最大特征根及一致性检验.
W=Wi/n∑j=1Wi=Mi1/n/n∑j=1Mi, (1) CR=CI/RI=[(λmax (2) 其中：W是确定权重，Wi是各项权重，Mi是方根，n是项数，CR是检验系数，CI是一致性指标，RI是平均随机指标，λmax是最大特征向量.
2.3 物元分析法
物元分析法是将复杂的不相容可拓问题进行分解、结合主观物元理论与客观数学原理的求解关联方法[11].海绵城市绩效评价的内容包括关联度的相关概念，适宜采用主观与客观相结合的方法，即比较适合使用物元分析法来进行关联函数的计算，其主要步骤为：由公式(3)构建多维物元、经典域及节域，再由公式(4)和公式(5)计算关联函数.
R=(N, C, V)=\left|\begin{array}{ccc} & c_1 & v_1 \\ & c_2 & v_2 \\ N & c_3 & v_3 \\ & \ldots & \ldots \\ & c_n & v_n \end{array}\right|, (3) X \in X_0, K\left(x_i\right)=\left[-\rho\left(X, X_0\right) /\left|X_0\right|\right], (4) X \notin X_0, K\left(x_i\right)=\rho\left(X, X_0\right) /\left[\rho\left(X, X_p\right)-\right. \\ \;\;\; \left.\quad \rho\left(X, X_0\right)\right]. (5) 其中：R是评价模型的基本物元；N是评价的内容；C是评价的指标(c1，c2，…，cn)；V是评价的量值(v1，v2，…，vn)；X是待评物元的量值；X0是经典域物元的量值范围；Xp是节域物元的量值范围；K(xi)是可拓集合的关联函数式.
3. 海绵城市建设绩效评价体系的应用
3.1 研究区概况
鹤壁市位于河南省北部，华北平原、太行山东麓间过渡地带.鹤壁市属于暖温带半湿润型季风气候，其中：年降水量在349.2~970.1 mm之间，汛期降水量占全年降水量70%~80%，降雨量年内分布不均，且年际变化较大，水资源严重短缺，且浪费严重，全市水资源总量为3.8772亿m3，人均水资源不足250 m3.
在全国首批海绵城市建设试点城市名单中，作为河南省唯一入选的城市，鹤壁市逐渐受到广泛关注.自2015年4月以来，鹤壁市开展了包括河道治理、雨污分流、城市防洪和水源涵养等在内的302个海绵城市试点建设项目，并出台了《鹤壁市循环经济生态城市建设条例》等地方性法规，截止到2018年4月，海绵城市试点建设已经初步完成.
海绵城市相关研究和鹤壁市试点主要集中在城市，故在本研究中以鹤壁市城区为研究区，即：淇滨区、山城区、鹤山区这3个城区.首先，在鹤壁市及各城区的住建局、土地局、规划局等官方网站，获得本次研究的基础数据；然后，就《2018年鹤壁市统计年鉴》《2018年鹤壁市环境状况公报》等诸多报告文件进行深入挖掘，获得本次研究的定量数据；最后，针对环境学、地理学、管理学的等40位专家学者进行深入访谈，获得本次研究的定性数据.
3.2 构建指标判断矩阵
依据本研究中所构建的鹤壁市海绵城市绩效评价指标体系(见表 1)，结合其重要程度进行两两比较，并根据1-9标度法[12]建立层次分析法的判断矩阵(见表 2-表 8)，其中W为确定的权重值.
表 2 准则层指标判断矩阵Table 2. The index judgment matrix of criteria layerA B1 B2 B3 B4 B5 B6 WA B1 1 1 1 2 3 4 0.250 B2 1 1 1 2 2 3 0.224 B3 1 1 1 1 2 3 0.200 B4 1/2 1/2 1 1 2 3 0.160 B5 1/3 1/2 1/2 1/2 1 3 0.108 B6 1/4 1/3 1/3 1/3 1/3 1 0.058 表 3 B1指标层指标判断矩阵Table 3. The index judgment matrix of B1 index layerB1 C1 C2 C3 WB1 C1 1 1/5 1/2 0.129 C2 5 1 2 0.595 C3 2 1/2 1 0.277 表 4 B2指标层指标判断矩阵Table 4. The index judgment matrix of B2 index layerB2 C4 C5 C6 WB2 C4 1 2 3 0.539 C5 1/2 1 2 0.297 C6 1/3 1/2 1 0.164 表 5 B3指标层指标判断矩阵Table 5. The index judgment matrix of B3 index layerB3 C7 C8 C9 WB3 C7 1 2 2 0.490 C8 1/2 1 2 0.312 C9 1/2 1/2 1 0.198 表 6 B4指标层指标判断矩阵Table 6. The index judgment matrix of B4 index layerB4 C10 C11 C12 WB4 C10 1 2 2 0.500 C11 1/2 1 1 0.250 C12 1/2 1 1 0.250 表 7 B5指标层指标判断矩阵Table 7. The index judgment matrix of B5 index layerB5 C13 C14 C15 WB5 C13 1 1/4 1/5 0.101 C14 4 1 1 0.433 C15 5 1 1 0.466 表 8 B6指标层指标判断矩阵Table 8. The index judgment matrix of B6 index layerB6 C16 C17 C18 WB6 C16 1 1/3 1/2 0.159 C17 3 1 3 0.589 C18 2 1/3 1 0.252 3.3 确定最终权重数值
根据各准则层、指标层的判断矩阵，上述各矩阵经公式(1)和公式(2)通过一致性检验，并确定各指标所对应的最终权重{W}：
\begin{aligned} & W_A=\{0.250, 0.224, 0.200, 0.160, 0.108, 0.058\}, \\ & W_{B 1}=\{0.129, 0.595, 0.277\}, W_{B 2}=\{0.539, 0.297, 0.164\}, \\ & W_{B 3}=\{0.490, 0.312, 0.198\}, W_{B 4}=\{0.500, 0.250, 0.250\}, \\ & W_{B 5}=\{0.101, 0.433, 0.466\}, W_{B 6}=\{0.159, 0.589, 0.252\}. \end{aligned} 3.4 构建指标物元矩阵
依据本研究中所构建的鹤壁市海绵城市绩效评价指标体系(见表 1)，结合其指标属性进行逐一赋值，并根据李克特量表[13]建立待评价物元矩阵，依据公式(4)和公式(5)和权重{WB1-6}，确定各评语集的关联函数(见表 9).
表 9 准则层指标关联矩阵Table 9. The relevance matrix of criteria layerB 不合格 合格 中等 良好 优秀 B1 -0.8466 -0.7951 -0.6922 -0.3834 0.1417 B2 -0.6751 -0.5668 -0.3502 0.2997 -0.1778 B3 -0.8037 -0.7383 -0.6075 -0.2149 0.2149 B4 -0.6938 -0.4667 -0.5750 -0.4000 -0.0813 B5 -0.8688 -0.8250 -0.7375 -0.4751 0.4318 B6 -0.6974 -0.5965 -0.3948 0.0593 -0.0660 3.5 确定最终关联函数
结合权重{WA}，得出最终关联函数的结果(见表 10)，依据最大关联度原则，本研究认为鹤壁市海绵城市绩效评价结果为“优秀”.
表 10 目标层指标关联矩阵Table 10. The relevance matrix of target layer指标 不合格 合格 中等 良好 优秀 A -0.7689 -0.6718 -0.5675 -0.1836 0.0684 4. 研究结论与建议
4.1 研究结论
基于上述海绵城市绩效评价模型的构建与应用，本研究获得以下结论：
第一，从指标体系来看，本研究所构建的海绵城市绩效评价指标体系包括水安全、水环境、水生态、水资源、水制度、显示度等6个准则层，以及饮用水达标率、污水控制率、城市暴雨内涝灾害控制率等18个指标层.
第二，从指标权重来看，本研究中海绵城市绩效评价指标体系在准则层中的水安全、水环境、水生态较为重要，在指标层中的污水控制率、地下水质量达标率、年径流总量控制率等较为重要.
第三，从评价过程来看，水安全、水生态、水资源、水制度评价等级均为优秀：体现出鹤壁市在水质量达标、径流和污染控制、排水设施、相关技术规范、投资融资与示范等方面均较为突出；水环境、显示度评价等级为合格：仍存在水土流失、污水再生较弱等问题.
第四，从评价结果来看，鹤壁市海绵城市建设已经取得了初步成效，总体绩效处于优秀水平，该绩效评价结果与鹤壁市海绵城市建设考核结果相吻合[14].
4.2 研究建议
基于上述海绵城市绩效评价模型的结论，本研究提出以下建议：
第一，在海绵城市绩效评价的研究中，应当采用定量分析与定性分析相结合的办法，本研究中所使用的层次分析法、物元分析法将主观因素与客观因素相结合，获得了较为直观、完整的评价结果.
第二，在海绵城市建设活动的开展中，考虑到鹤壁市属于典型的平原缺水地区，在建设尤其重点关注鹤壁市水资源问题，其次狠抓水环境、水生态和水安全等指标，以便获得良好生态环境效益.
第三，在海绵城市建设活动的推广中，还要注重与“城市双修”、低碳城市等理念相结合，使得鹤壁市成为中原地区乃至北方地区的海绵城市样板，最终促进城市与生态环境的永续发展.
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表 1 海绵城市绩效评价指标体系
Table 1 Sponge city performance evaluation index system
目标层 准则层 指标层 指标属性 海绵城市绩效评价指标体系A 水安全B1 饮用水达标率C1/% ∧ 污水控制率C2/% ∧ 城市暴雨内涝灾害控制率C3/% ∧ 水环境B2 地表水质量达标率C4/% ∧ 地下水质量达标率C5/% ∧ 城市面源污染控制率C6/% ∧ 水生态B3 年径流总量控制率C7/% ∧ 地下水位稳定率C8/% ∧ 生态坡岸率C9/% ∧ 水资源B4 雨水收集利用率C10/% ∧ 污水再生利用率C11/% ∧ 公共管网漏损控制率C12/% ∧ 水制度B5 相关制度文件C13 ∨ 技术规范与标准C14 ∨ 投资与融资情况C15 ∨ 显示度B6 竣工验收情况C16 ∨ 连片示范效应C17 ∨ 建设综合效益C18 ∨ 注：“指标属性”中，“∧”表示定量数据，“∨”表示定性数据 
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表 2 准则层指标判断矩阵
Table 2 The index judgment matrix of criteria layer
A B1 B2 B3 B4 B5 B6 WA B1 1 1 1 2 3 4 0.250 B2 1 1 1 2 2 3 0.224 B3 1 1 1 1 2 3 0.200 B4 1/2 1/2 1 1 2 3 0.160 B5 1/3 1/2 1/2 1/2 1 3 0.108 B6 1/4 1/3 1/3 1/3 1/3 1 0.058
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表 3 B1指标层指标判断矩阵
Table 3 The index judgment matrix of B1 index layer
B1 C1 C2 C3 WB1 C1 1 1/5 1/2 0.129 C2 5 1 2 0.595 C3 2 1/2 1 0.277
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表 4 B2指标层指标判断矩阵
Table 4 The index judgment matrix of B2 index layer
B2 C4 C5 C6 WB2 C4 1 2 3 0.539 C5 1/2 1 2 0.297 C6 1/3 1/2 1 0.164
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表 5 B3指标层指标判断矩阵
Table 5 The index judgment matrix of B3 index layer
B3 C7 C8 C9 WB3 C7 1 2 2 0.490 C8 1/2 1 2 0.312 C9 1/2 1/2 1 0.198
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表 6 B4指标层指标判断矩阵
Table 6 The index judgment matrix of B4 index layer
B4 C10 C11 C12 WB4 C10 1 2 2 0.500 C11 1/2 1 1 0.250 C12 1/2 1 1 0.250
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表 7 B5指标层指标判断矩阵
Table 7 The index judgment matrix of B5 index layer
B5 C13 C14 C15 WB5 C13 1 1/4 1/5 0.101 C14 4 1 1 0.433 C15 5 1 1 0.466
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表 8 B6指标层指标判断矩阵
Table 8 The index judgment matrix of B6 index layer
B6 C16 C17 C18 WB6 C16 1 1/3 1/2 0.159 C17 3 1 3 0.589 C18 2 1/3 1 0.252
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表 9 准则层指标关联矩阵
Table 9 The relevance matrix of criteria layer
B 不合格 合格 中等 良好 优秀 B1 -0.8466 -0.7951 -0.6922 -0.3834 0.1417 B2 -0.6751 -0.5668 -0.3502 0.2997 -0.1778 B3 -0.8037 -0.7383 -0.6075 -0.2149 0.2149 B4 -0.6938 -0.4667 -0.5750 -0.4000 -0.0813 B5 -0.8688 -0.8250 -0.7375 -0.4751 0.4318 B6 -0.6974 -0.5965 -0.3948 0.0593 -0.0660
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表 10 目标层指标关联矩阵
Table 10 The relevance matrix of target layer
指标 不合格 合格 中等 良好 优秀 A -0.7689 -0.6718 -0.5675 -0.1836 0.0684
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