A multicriteria analysis method for comparison and selection of stormwater management concepts

Abstract

The increasing frequency of high-intensity rainfall, a growing expanse of impermeable surfaces, and a hard-pressed sewer system expedites the necessity of sustainable stormwater management (SWM) solutions. However, optimal integration of SWM systems begins in the planning phase of site development processes. This thesis explores and demonstrates the use of a multicriteria analysis (MCA) method for comparing conceptually different SWM concepts within a minimal decision environment. The MCA method provides an opportunity to compare concepts for SWM early in a planning phase. Based on the results, the user may be able to discern better which concepts to pursue and which to discard to avoid fruitless spending of resources. The MCA is entirely built in Microsoft Excel, relying mainly on simple additive weighting (SAW) with a combination of weighted arithmetic means and min-max normalization. Factors of consideration pertaining to the management of stormwater have been discussed, and a list of 37 criteria across nine categories has been suggested. As part of this thesis, a case area has been studied, and five conceptually different concepts have been drafted for the case area. The concepts have been evaluated with the MCA, and the results, together with a limited sensitivity analysis, have been presented and discussed. Through the trials of the MCA method, possible weaknesses of the model were revealed. Limitations to the information available in the decision environment may be compensated with guesswork and conjectures. The phrasing of the criteria may limit the results of each category to an unnecessarily compressed range, which may reduce the accuracy of the model. Furthermore, although this falls outside the scope of the thesis, guidance is lacking on the evaluation of individual criteria and on assigning weights to criteria. Resolving these issues will substantially increase the reliability of the MCA model. While the MCA method of this thesis is insufficient on its own to provide clear-cut guidance and definitive results as to which concept is best suited to the conditions, goals, and interests of the site it is applied for, it can still provide some insight as to the strengths and weaknesses of concepts and how the importance of individual criteria and categories affects the final results. With further development and supporting manuals, this can be a helpful tool in the decision-making processes of SWM planning.

Klimaendringer og mer intens nedbør, voksende bysentre med tette flater og et avløpssystem under press gjør det i økende grad nødvendig med smartere og mer bærekraftig overvannshåndtering. For å sikre gode løsninger og god implementering må arbeidet begynne i planleggingsfasen av byggeprosjekter. Denne masteroppgaven utforsker og demonstrerer en enkel multikriterieanalyse-metode for sammenlikning av konseptuelt ulike overvannsløsninger ved en tidlig plalegginsfase med begrenset tilgjengelig informasjon. Basert på resultatene kan brukeren være istand til å vurdere hvilke konsepter som kan være aktuelle i videre prosesser og hvilke som kan forkastes for å unngå unødvendig bruk av ressurser. Metoden er fullstendig utviklet i Microsoft Excel og er i hovedsak basert på “simple additive weighting” (SAW) med en kombinasjon av vektede aritmetiske gjennomsnitt og min-maks-normalisering. I masteroppgaven diskuters også ulike faktorer av betydning for overvanns-håndtering. En liste bestående av 37 kriterier under ni kategorier er foreslått til bruk i multikriterieanalyse. I masteroppgaven er også fem konsepter grovt utarbeidet for et case-område. Konseptene er blitt vurdert i MCDM-metoden. Resultatene, sammen med resultatene av en begrenset sensitivitetsanalyse, er presentert og diskutert. Testing av metoden avdekket mulige svakheter. Begrenset informasjon medfører økt grad av synsing og følgelig dårligere presisjon. Ordleggingen av kriteriene kan medføre en tettere gruppering av resultatene fra hver kategori; noe som kan gi dårligere presisjon. Metoden mangler veiledning for vurdering av kriteriene og for bestemmelse av riktig vekting selv om dette faller utenfor oppgavens rammer. Selv om MCDM-metoden som er lagt fram i denne masteroppgaven ikke er tilstrekkelig på egenhånd til å gi definitive svar på hvilke konsepter som er best egnet til områdets forhold og interesser, kan den likevel gi innsikt i konseptenes fordeler og svakheter og hvordan vektingen av ulike kriterier former de endelige resultatene. Med videre utvikling og veiledning i bruk av metoden kan dette bli et nyttig verktøy i beslutningstaknings-prosesser innen overvannshåndtering.