CN113361863B - 一种基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，基于模糊评价理论，从建设资料完整度、雨污管网混接现状以及排水设施管养情况多个角度出发，构建片区雨污分流工程质效评估体系，可定量对雨污分流工程质效进行评估，从而明确雨污分流项目建设薄弱点和异常点。包括构建片区雨污分流工程质效评估指标体系；以及采用数学方法确定各指标权重；其次，确立各指标评分标准，采用模糊评价法对片区雨污分流工程进行评估，获得评估结果。本发明实现了对片区雨污分流工程质效的客观评判，有利于了解与掌握片区雨污分流管网运行健康状态，对运行中的故障点及时进行整改与修缮。

Description

一种基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法

技术领域

本发明涉及片区雨污分流工程技术领域，具体涉及一种基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法。

背景技术

雨污分流通过建设独立的雨水管网和污水管网，实现雨水直排河道，污水通过污水管网收集后送至污水处理厂处理。可有效避免污水混入雨水管道直接下河，同时提高暴雨天气下市政管道的排水能力，缓解城市内涝，减少降雨期间污水处理厂的进水水量，保证污水浓度，避免因雨水进入污水管网而引起污水厂进水水质水量发生较大波动，从而保证污水处理厂稳定运行，降低污水处理厂运行费用。

但是由于缺乏对工程质量和分流效果的跟踪评估方法，导致施工后雨污分流排水系统仍可能存在混接和错接等现象无法及时发现，加之时间一久，排水管道会出现变形、破损、堵塞、沉积以及异物侵入等情况，导致污水和地下水以及河道水体双向渗漏，影响雨污分流效果。

因此建立有效的片区雨污分流工程质效评估方法，对片区雨污分流建设工程进行定期质效评估，便于发现问题定点维护修缮，强化雨污分流效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，构建雨污分流工程质效评估指标体系，对雨污分流建设工程质量和运行效果进行评价。

本发明的技术方案：本发明所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，包括如下步骤：

S1.以片区雨污分流工程质效评估为目标层，以基础建设资料、雨污管网混接情况及排水设施管养情况为准则层，构建评估指标体系，并确定各单项指标的指标权重；

S2.确定单项指标评分标准，构建单项水质指标得分公式，对所述评估指标体系内所有单项指标量化评分，结合模糊综合评价理论综合评估片区雨污分流工程质效；

S3.基于模糊综合评价理论构建片区雨污分流工程综合评估方法。

进一步的，所述雨污管网混接情况包括雨水井非雨天水质情况、污水井非雨天水质情况和污水井雨天水质情况；

根据片区地下水位高低、片区类型设定雨水井的水质指标基准值X_i(min)和污水井的水质指标基准值X_i(max)；

在所述雨水井中，以X_i表示各水质指标实测值；

若X_i≤X_i(min)，判定无污水进入雨水管网；若X_i≥X_i(max)，判定有污水进入雨水管网；若X_i(min)≤X_i≤X_i(max)，通过内插法判断管网混接情况；

在所述污水井中，以X_i表示各水质指标实测值；若X_i≤X_i(min)，判定有其它水源进入污水管网；若X_i≥X_i(max)，判定无其它水源进入污水管网；若X_i(min)≤X_i≤X_i(max)，通过内插法判断管网混接情况；

其中，雨水井水质得分、污水井水质得分为单项水质指标得分均值：

污水井单项水质指标得分计算公式为：

雨水井单项水质指标得分计算公式为：

进一步的，通过确定指标集和评语集、构建隶属度矩阵对片区雨污分流工程质效进行模糊综合评价。

进一步的，所述指标集及评语集确定包括如下步骤：以片区雨污分流工程评估各项指标评分作为模糊评价指标集，即U＝{u₁，u₂，…，u_n}；评价系统得出的评估结果为评语集，即V＝{v₁，v₂，…，v_m}，其中，v_j(j＝1，2，…，m)指第j种评价结果，m为评价等级数。

进一步的，所述隶属度矩阵构建包括如下步骤：对于评估指标集U＝{u₁，u₂，…，u_n}和评估结果集V＝{v₁，v₂，…，v_m}，设v_j和v_j+1是相邻的评价等级标准，且v_j+1＞v_j，则评价因素u_i对评价等级标准v_j隶属度函数为：

设评估指标u_i对于评价结果j的隶属度r_ij，则该指标隶属度矩阵R为：

进一步的，所述多层次模糊综合评估包括如下步骤：

各指标层和目标层的隶属度都需要经过其下一层指标的隶属度矩阵和权重矩阵进行合成，合成公式如下：S＝W·R

其中，S为当层隶属度矩阵；W为其下层权重矩阵；R为其下层隶属度矩阵；·是矩阵相乘的运算符号。

进一步的，所述目标层对评价等级的隶属度，根据最大隶属度原则，选取隶属度最大的评价等级作为评价目标最终的评价结果。

进一步的，所述单项指标评分标准中各单项指标满分均为100分，具体方法如下：

所述基础建设资料包括雨污分流工程建设过程中需要办理的各项资料，评估时若单项指标具备且有相关部门正式认证即可得满分。

进一步的，排水设施管养情况包括评估片区排水设施管养情况满足地区要求即可得单项满分。

有益效果：

本发明与现有技术相比的有益效果：

1.采用该方法对片区雨污分流工程质效进行评估，便于了解工程建设情况及管网运行现状，且评估结果可作为制定片区雨污分流整改措施的依据。运用模糊评价模型对片区雨污分流质效进行综合评价，使评估结果更能反映实际情况。

2.本发明包含多种指标权重确定方法，在一定程度上可以克服权重确定的主观性，确保指标权重更加客观准确。

3.本发明可从多个维度对雨污分流建设情况进行分析，基于实际应用要求构建单指标评分方案，利用模糊评价法对片区雨污分流建设进行综合评估，解决了片区雨污分流工程质效评估不全面的问题，便于全方位了解建设项目的不足之处；本发明通过评价体系及时发现片区雨污分流建设过程中的薄弱环节，为片区雨污分流工程整改修缮提供依据，保证了雨污分流建设工程如期发挥作用。

附图说明

图1为本发明实施实例提供的一种片区雨污分流工程质效评估方法流程图；

图2为本发明实施实例提供的一种片区雨污分流工程质效评估指标体系示意图。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明提出的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法包括以下步骤：

S1.调研评估区域自然环境状况，包括水文、地势等，及雨污分流项目建设政策，以片区雨污分流工程质效评估为目标层，以基础建设资料、雨污管网混接情况及排水设施管养情况为准则层，选取合适指标层指标构建评估指标体系。

S2.确定各指标权重

权重确定方法可采用专家打分法(Delphi法)、层次分析法(AHP)、二项系数法、环比评分法、最小平方法等主观赋权法和主成分分析法、熵值法、离差及均方差法、多目标规划法等客观赋权法。

S3.确定各指标评分标准，构建指标得分计算公式，对上述各单项指标量化评分，结合模糊综合评价理论综合评估片区雨污分流工程质效。

以上技术方案通过步骤S1、步骤S2和步骤S3的设置可以实现片区雨污分流工程质效系统评估。

其中，步骤S3包括以下步骤：

S310.确定单项指标评分标准，各单项指标满分均为100分，根据标准计算单项指标得分。具体做法如下：

S311.基础建设资料包括雨污分流工程建设过程中需要办理的各项资料，评估时若单项指标具备且有相关部门正式认证即可得满分。

S312.雨污管网混接情况评估步骤如下：

(1)片区分类

根据片区所处区域地下水位高低将片区分为可渗入地下水区域和不可渗入地下水区域；分别针对可渗入地下水区域和不可渗入地下水区域，根据片区排出水特点，将片区分为以下六类：

第一类是生活污水排放类，主要为居民区；

第二类是非居民区生活污水排类，包括机关、事业单位、学校、商场、浴场等排水户；

第三类是餐饮污水排放类，包括宾馆、酒店和各类饮食店等排水户；

第四类是浓度较高、含杂物较多的污水排放类，包括公共厕所、垃圾中转站、粪便处理场和农贸市场等排水户；

第五类是含有沉淀物排放类，包括从事机动车清洗、建设工程施工排水等排水户；

第六类是有毒有害污水排放类，包括排放医疗机构污水的各类医疗机构和排放产业废水的厂矿企业等排水户。

(2)根据片区类型确定水质指标

根据片区分类确定水质检测指标。

第一类及第二类：化学需氧量、氨氮；

第三类：化学需氧量、氨氮、阴离子表面活性剂、动植物油；

第四类：化学需氧量、氨氮、悬浮物、粪大肠菌群；

第五类：化学需氧量、氨氮、悬浮物、石油类；

第六类：化学需氧量、氨氮、总磷，总汞、总镉、总砷、总铅、六价铬5项根据片区类型针对性检测。

(3)水样采集及检测

根据片区类型确定水质指标，采集片区排水管网末端污水井的非雨天及雨天和雨水井非雨天水样并对考察指标进行检测(即片区排水管网接入市政管网前的最后一座井，若某片区有多个末端污水井或雨水井，则需对多个井位分别取样检测，取各指标均值作为该片区水质。)。

(4)水质基准值确定

分别确定每一类排水户污水井非雨天及雨天和雨水井非雨天的水质基准值X_min与X_max(X为某种水质指标实测值)。

当污水井上游管道水质实测值X≤X_min，认为有雨水混入污水管网；

当X＞X_max，认为无雨水进入污水管网，雨污管网分流效果良好；

当X_min<X≤X_max时，通过内插法判断管网混接程度。

当雨水井上游管道非雨天无水或水质实测值X≤X_min，认为无污水进入雨水管网；

当X＞X_max，认为有污水进入雨水管网，存在雨污混接；

当X_min<X≤X_max时，通过内插法判断管网混接程度。

(5)雨污管网混接情况评估

雨污管网混接情况评分方法如下：

表1雨污管网混接情况评分表

S313.排水设施管养情况

评估片区排水设施管养情况满足地区要求即可得单项满分。

S320.通过确定指标集和评语集、构建隶属度矩阵对片区雨污分流工程质效进行模糊综合评价。

S321.指标集及评语集确定

以片区雨污分流工程评估各项指标评分作为模糊评价指标集，即U＝{u₁，u₂，…，u_n}；评价系统得出的评估结果为评估集合，即V＝{v₁，v₂，…，v_m}，其中，v_j(j＝1，2，…，m)指第j种评价结果，m为评价等级数。

S322.隶属度矩阵构建

对于评估指标集U＝{u₁，u₂，…，u_n}和评估结果集V＝{v₁，v₂，…，v_m}，设v_j和v_j+1是相邻的评价等级标准，且v_j+1＞v_j，则评价因素u_i对评价等级标准v_j隶属度函数为：

设评估指标u_i对于评价结果j的隶属度r_ij，则该指标隶属度矩阵R为：

S323.多层次模糊综合评估

各指标层和目标层的隶属度都需要经过其下一层指标的隶属度矩阵和权重矩阵进行合成，合成公式如下：

S＝W·R

其中，S为当层隶属度矩阵；W为其下层权重矩阵；R为其下层隶属度矩阵；·是矩阵相乘的运算符号。由上式计算出目标层对评价等级的隶属度，根据最大隶属度原则，选取隶属度最大的评价等级作为评价目标最终的评价结果。

以南京市某片区为研究案例，通过调研其片区雨污分流工程建设情况，选取质效评估指标体系，构建片区雨污分流工程质效评估指标体系与评估模型。下面结合附图1和附图2进行详细说明。需明确，所描述的具体实施方式仅用于对本发明进行进一步说明，并非全部实施实例以及对本发明保护范围的限制，该领域技术人员可根据实际情况对本发明作出调整和改进。

如附图1，本发明提供了一种全过程片区雨污分流工程质效评估方法，包括以下步骤：

S1.基于调研结果，从雨污分流基础建设资料、雨污管网混接情况以及排水设施管养三方面构建雨污分流工程质效评估指标体系；

S2.基于所建立的指标体系，采用层次分析法(AHP)确定各指标权重；

S3.确定单项指标评分标准，对各单项指标进行评分，得到单项指标评估结果后利用模糊评价理论对片区雨污分流工程质效进行综合评估；

S4.根据评估结果，对片区雨污分流工程提出整改修缮意见。

具体的，在步骤S1中，从雨污分流基础建设资料、雨污管网混接情况以及排水设施管养三方面构建雨污分流工程质效评估体系。其中雨污分流工程基础建设资料共计11项，涉及项目立项文件、初步设计批复、规划许可证(规划复函)、施工图审查合格证、竣工验收证明书、竣工验收备案表、设施移交表、设计图、竣工图、管道检测报告以及节点井水质检测报告；雨污管网混接情况包括雨水井非雨天水质情况、污水井非雨天水质情况以及污水井雨天水质情况；排水设施管养情况包括排水设施养护队伍、排水设施养护制度以及排水设施养护记录，指标体系如附图2所示。

具体的，在步骤S2中采用层次分析法确定各指标权重，通过构造判断矩阵、计算指标权重、一致性判断和误差分析，确定各级指标权重，结果如表2所示。

表2指标权重分配表

具体的，步骤S3可分为以下步骤。

S310.单项指标评估

S311.基础建设资料指标下各项指标具备且有相关部门正式认证即可得单项指标满分(100分)，否则不得分。

S312.雨污管网混接情况

(1)片区分类

本实施案例所选区域为不可渗入地下水区域且排水户类型均为居民小区，即属于第一类生活污水排放类片区。

(2)水质检测

分别采集区域内各居民小区雨水井和污水井水样，对其COD和氨氮指标进行检测。污水井非雨天采样从连续第三个非雨天开始，在早、中、晚分别取样，连续检测两天后取各水质指标均值；污水井雨天采样需在降雨开始30min后进行，以排除初期雨水对水质的影响，检测两个雨天后取各水质指标均值；雨水井非雨天采样方法同污水井非雨天采样方法。

(3)基准值确定

参考《地表水环境质量标准(GB3838-22)》Ⅳ类水标准以及《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-22)，确定雨水井非雨天水质基准值，如表3所示；参考《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)》以及《江苏省城镇生活污水处理提质增效三年行动实施方案(2019-2021)》，结合评估区域污水管网水质碳氮比确定污水井非雨天水质基准值，考虑到雨天地表径流以及地下水位升高，会有部分雨水进入污水管网，取污水井非雨天水质基准值的80％作为污水井雨天水质基准值，如表4。

表3雨水井非雨天水质基准值

指标名称	Xmax	Xmin
			COD(mg/L)	50	30
氨氮(mg/L)	8	1.5

表4居民小区污水井水质评估线

(4)雨污管网混接情况评估

雨污管网混接情况评分计算公式如表5所示：

表5雨污管网混接情况评分表

S313：排水设施管养情况

若评估区域内片区排水设施管养队伍、管养制度及管养记录均具备则可得单项指标满分。

根据以上评分方法，本发明所选片区基础建设资料及排水设施管养情况各项指标得分均为满分；雨污管网混接情况评估中雨水井和污水井水质及得分如表6所示。

表6片雨污管网混接情况得分

S320：模糊综合评价

S321：指标集和评价集确定

将片区雨污分流工程质效评估结果分为五个等级：不合格、合格、中等、良好和优秀。

S322：隶属度矩阵构建

采用半梯形函数确定评价指标隶属度矩阵，针对片区雨污分流工程质效评估等级：不合格、合格、中等、良好和优秀，对应的隶属度参数为v₁＝60，v₂＝70，v₃＝80，v₄＝90，v₅＝100，各评价等级对应的隶属度计算公式为：

根据以上计算方法，该片区指标层指标中，仅污水井水质情况隶属度为(1,0,0,0,0)，其余指标隶属度均为(0,0,0,0,1)。

S323：整体评估结果

各指标层和目标层的隶属度都需要经过其下一层指标的隶属度矩阵和权重矩阵进行合成，经计算，基础建设资料隶属度为(0,0,0,0,1)，节点井水质情况隶属度为(0.3333,0,0,0,0.6667)，排水设施管养情况隶属度为(0,0,0,0,1)，从而该片区雨污分流工程质效评估结果隶属度为(0.2245,0,0,0,0.0.7755)，根据最大隶属度原则，该片区雨污分流工程质效评估最终结果为“优秀”。

根据质效评估结果，该片区雨污分流工程基础建设资料完善，排水设施管养落实到位，但污水井雨天水质偏低，可能有雨水进入污水管网，需通过现场踏勘进一步确认管网运行状态。

Claims (7)

1.一种基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.以片区雨污分流工程质效评估为目标层，以基础建设资料、雨污管网混接情况及排水设施管养情况为准则层，构建评估指标体系，并确定各单项指标的指标权重；

其中，所述雨污管网混接情况包括雨水井非雨天水质情况、污水井非雨天水质情况和污水井雨天水质情况；

根据片区地下水位高低、片区类型设定雨水井的水质指标基准值X_i(min)和污水井的水质指标基准值X_i(max)；

在所述雨水井中，以X_i表示各水质指标实测值；

若X_i≤X_i(min)，判定无污水进入雨水管网；若X_i≥X_i(max)，判定有污水进入雨水管网；若X_i(min)≤X_i≤X_i(max)，通过内插法判断管网混接情况；

在所述污水井中，以X_i表示各水质指标实测值；若X_i≤X_i(min)，判定有其它水源进入污水管网；若X_i≥X_i(max)，判定无其它水源进入污水管网；若X_i(min)≤X_i≤X_i(max)，通过内插法判断管网混接情况；

其中，雨水井水质得分、污水井水质得分为单项水质指标得分均值：

污水井单项水质指标得分计算公式为：

雨水井单项水质指标得分计算公式为：

S2.确定单项指标评分标准，对所述评估指标体系内所有单项指标量化评分，结合模糊综合评价理论综合评估片区雨污分流工程质效；

S3.基于模糊综合评价理论构建片区雨污分流工程综合评估方法。

2.根据权利要求1所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：通过确定指标集和评语集、构建隶属度矩阵对片区雨污分流工程质效进行评估。

3.根据权利要求2所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：所述指标集及评语集确定包括如下步骤：

以片区雨污分流工程评估各项指标评分作为指标集，即U＝{u₁，u₂，…，u_n}；评价系统得出的评估结果为评语集，即V＝{v₁，v₂，…，v_m}，其中，v_j(j＝1，2，…，m)指第j种评价结果，m为评价等级数；

所述隶属度矩阵构建包括如下步骤：对于评估指标集U＝{u₁，u₂，…，u_n}和评估结果集V＝{v₁，v₂，…，v_m}，设v_j和v_j+1是相邻的评价等级标准，且v_j+1＞v_j，

则评价因素u_i对评价等级标准v_j隶属度函数为：

设评估指标u_i对于评价结果j的隶属度r_ij，则该指标隶属度矩阵R为：

4.根据权利要求1所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：s所述模糊综合评价包括如下步骤：

各指标层和目标层的隶属度都需要经过其下一层指标的隶属度矩阵和权重矩阵进行合成，合成公式如下：S＝W·R；

其中，S为当层隶属度矩阵；W为其下层权重矩阵；R为其下层隶属度矩阵；·是矩阵相乘的运算符号。

5.根据权利要求4所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：所述目标层对评估等级的隶属度，根据隶属度最大原则，确定最终评估结果。

6.根据权利要求1所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于：所述单项指标评分标准中各单项指标满分均为100分，所述基础建设资料和排水设施管养情况指标满足地区要求即可得单项满分。

7.根据权利要求1所述的基于模糊评价理论的片区雨污分流工程质效评估方法，其特征在于，采用层分析法确定所述指标权重。