杜鵬程 楊 智

（淮河水資源保護(hù)科學(xué)研究所 蚌埠 233001）

層次分析法在地表水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

杜鵬程 楊 智

（淮河水資源保護(hù)科學(xué)研究所 蚌埠 233001）

本文簡(jiǎn)要介紹了層次分析法的定義、特點(diǎn)和基本步驟，并以新沂市尾水導(dǎo)流工程地表水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)為例進(jìn)行了斷面的污染程度比選，最后得出結(jié)論，進(jìn)而給出層次分析法的優(yōu)點(diǎn)和使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

層次分析法 水質(zhì) 綜合評(píng)價(jià)

1 前言

層次分析法產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代初，由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂（T.L.Saaty）提出，1982年傳入我國(guó)，在能源系統(tǒng)分析、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)管理、科研成果評(píng)價(jià)等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文試圖在環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域應(yīng)用層次分析法進(jìn)行一些探討。

2 評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

所謂層次分析法（Analytic Hierarchy Process簡(jiǎn)稱AHP），是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過(guò)定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。層次分析法是將決策問(wèn)題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對(duì)上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備選方案對(duì)總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。

層次分析法的基本步驟為：（1）分析系統(tǒng)中各因素間的關(guān)系，對(duì)同一層次各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣；（2）由判斷矩陣計(jì)算被比較元素對(duì)于該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重，并進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)；（3）計(jì)算各層次對(duì)于系統(tǒng)的總排序權(quán)重，并進(jìn)行排序。最后，得到各方案對(duì)于總目標(biāo)的總排序。

3 實(shí)例分析

在地表水質(zhì)評(píng)價(jià)中，為相對(duì)精確地比較不同斷面污染程度，必須對(duì)其不同污染物的重要性和超標(biāo)情況加以評(píng)價(jià)并得出綜合性結(jié)論，然后根據(jù)各斷面所在水域的保護(hù)類別，確定其重要性，最后對(duì)各斷面環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行排序。這里選取的例子是新沂市尾水導(dǎo)流工程地表水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

3.1 目標(biāo)層

區(qū)域或流域地表水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)（A）。

3.2 準(zhǔn)則層

參評(píng)的污染物有6 項(xiàng)，分別是：pH（B1）、COD（B2）、CODMn（B3）、氨氮（B4）、DO（B5）和BOD（B6）。

3.3 方案層

參評(píng)的監(jiān)測(cè)斷面有5個(gè)，分別是：新墨河砥平橋（C1）、沭河鐵路橋（C2）、沭河王莊閘（C3）、新沂河新設(shè)排污口處（C4）和新沂河總沭河口處（C5）。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)專家調(diào)查法，對(duì)以上6個(gè)污染物重要性進(jìn)行打分，由于COD和氨氮是總量控制因子，因此最重要，CODMn和BOD次重要，pH和DO最次，建立起判斷矩陣，采用方根法進(jìn)行計(jì)算，得出了各污染物的權(quán)重，具體數(shù)值見(jiàn)表1。5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中沭河王莊閘最重要，新墨河砥平橋和沭河鐵路橋次重要，新沂河總沭河口處再次，新沂河新設(shè)排污口處最次，各監(jiān)測(cè)斷面的判斷矩陣和權(quán)重值見(jiàn)表2。各污染物單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 各污染物的判斷矩陣和權(quán)重值

表2 各監(jiān)測(cè)斷面的判斷矩陣和權(quán)重值

經(jīng)檢驗(yàn)表1矩陣CR=0.003＜0.1，表2矩陣CR=0.002＜0.1，均具有完全一致性。

針對(duì)每一個(gè)污染物對(duì)5個(gè)斷面兩兩比較單因子指數(shù)，采用方根法，進(jìn)行層次單排序，具體的賦值和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5個(gè)CR值均小于0.10，故符合一致性要求。

本例子在綜合考慮監(jiān)測(cè)斷面權(quán)重、污染物權(quán)重、實(shí)際監(jiān)測(cè)值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)后得出監(jiān)測(cè)斷面總排序?yàn)樾履禹破綐颍–1）、沭河王莊閘（C3）、沭河鐵路橋（C2）、新沂河總沭河口處（C5）和新沂河新設(shè)排污口處（C4），新墨河砥平橋斷面（C1）污染最重，其次為沭河王莊閘斷面（C3）。

4 結(jié)論和討論

新墨河砥平橋斷面（C1）6個(gè)參評(píng)污染物有5個(gè)超標(biāo)，最大超標(biāo)3.17倍，且斷面較重要，所以得分最高，污染程度最大，是下一步治理的重點(diǎn)。

表3 評(píng)價(jià)斷面各污染物單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表

表4 監(jiān)測(cè)斷面兩兩比較、層次單排序和層次總排序一覽表

沭河鐵路橋斷面（C2）6個(gè)參評(píng)污染物均達(dá)標(biāo)，但是由于斷面較重要，所以得分居中游。

沭河王莊閘斷面（C3）6個(gè)參評(píng)污染物僅氨氮超標(biāo)，超標(biāo)0.28倍，但是由于斷面最重要，所以得分次高。

新沂河新設(shè)排污口處斷面（C4）6個(gè)參評(píng)污染物有3個(gè)超標(biāo)，最大超標(biāo)0.72倍，但是由于斷面不重要，所以得分最低。

新沂河總沭河口處斷面（C5）6個(gè)參評(píng)污染物均達(dá)標(biāo)，但是由于斷面重要性高于新沂河新設(shè)排污口處斷面，所以得分次低。

由上可見(jiàn)，總沭河省界入境斷面水質(zhì)較好，但是由于新沂市城市排污量較大，通過(guò)新墨河流入總沭河后，在總沭河王莊閘上積蓄，水質(zhì)變差，要想改變總沭河王莊閘上水質(zhì)，必須首先解決新墨河砥平橋斷面水質(zhì)污染較重的問(wèn)題，也即削減新沂市城市排污總量或建設(shè)尾水導(dǎo)流工程。

另外也可以應(yīng)用層次分析法確定該水域的污染物排序問(wèn)題，方法是將5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面作為準(zhǔn)則層，6個(gè)污染物作為方案層，根據(jù)以上各監(jiān)測(cè)斷面判斷矩陣、各污染物判斷矩陣和表3中的單因子指數(shù)值構(gòu)建的判斷矩陣，在綜合考慮監(jiān)測(cè)斷面權(quán)重、污染物權(quán)重、實(shí)際監(jiān)測(cè)值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)后得出污染 物 綜 合 排 序 值 為0.002 （pH）、0.058（COD）、0.023（CODMn）、0.062（氨氮）、0.006（DO）和0.036（BOD），最終排序?yàn)榘钡?、COD、BOD、CODMn、DO和 pH，氨氮和 COD為下一步重點(diǎn)治理的污染物。

AHP方法不僅原理簡(jiǎn)單，而且具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，是定量與定性方法相結(jié)合的優(yōu)秀的決策方法，特別是定性因素起主導(dǎo)作用的決策問(wèn)題。運(yùn)用層次分析法有很多優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的一點(diǎn)就是簡(jiǎn)單明了。層次分析法不僅適用于存在不確定性和主觀信息的情況，還允許以合乎邏輯的方式運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)、洞察力和直覺(jué)。層次分析法最大的優(yōu)點(diǎn)是提出了層次本身，它使得使用者能夠認(rèn)真地考慮和衡量指標(biāo)的相對(duì)重要性。

使用層次分析法時(shí)如果所選的要素不合理，其含義混淆不清，或要素間的關(guān)系不正確，都會(huì)降低AHP法的結(jié)果質(zhì)量，甚至導(dǎo)致AHP法決策失敗。為保證遞階層次結(jié)構(gòu)的合理性，需把握以下原則：（1）分解簡(jiǎn)化問(wèn)題時(shí)把握主要因素，不漏不多；（2）注意相比較元素之間的強(qiáng)度關(guān)系，相差太懸殊的要素不能在同一層次比較