馬鵬剛

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

水環(huán)境規(guī)劃中的層次分析模型研究

馬鵬剛

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

水環(huán)境規(guī)劃是現(xiàn)代環(huán)境規(guī)劃的重要內(nèi)容，而層析分析法是水環(huán)境規(guī)劃的有效手段之一。根據(jù)層次分析法的原理，建立層次分析決策模型，并結(jié)合實(shí)際，確定出環(huán)境治理指標(biāo)的優(yōu)先原則。

水環(huán)境規(guī)劃，層次分析法，判斷矩陣

環(huán)境規(guī)劃是指為使環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，把“社會——經(jīng)濟(jì)——環(huán)境”作為一個符合生態(tài)系統(tǒng)，依據(jù)社會經(jīng)濟(jì)規(guī)律、生態(tài)規(guī)律和地學(xué)原理，對其發(fā)展變化趨勢進(jìn)行研究而對人類自身活動和環(huán)境所做的時間和空間的合理安排。它具有提高決策的有效性、可靠性和可行性的優(yōu)點(diǎn)［1］。

水環(huán)境規(guī)劃時對某一時期內(nèi)的水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和措施所作出的統(tǒng)籌安排和設(shè)計。其目的是在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時保護(hù)好水質(zhì)，合理地開發(fā)和利用水資源，充分的發(fā)揮水體的多功能用途，在達(dá)到水環(huán)境目標(biāo)的基礎(chǔ)上，尋求最小的經(jīng)濟(jì)代價或最大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。水環(huán)境規(guī)劃時區(qū)域規(guī)劃和城市規(guī)劃的重要組成部分。

1 層次分析法(AHP法)

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱 AHP)作為規(guī)劃環(huán)評的有效手段之一，已寫入《規(guī)劃環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則(試行)》。層次分析法是一種能夠?qū)⒍ㄐ苑治雠c定量分析相結(jié)合的新型多目標(biāo)決策方法。它最早是在 20世紀(jì) 70年代，由美國匹茲堡大學(xué)教授薩蒂提出來的。這種方法應(yīng)用于規(guī)劃環(huán)評，用來處理既有復(fù)雜因素的社會、經(jīng)濟(jì)合歡進(jìn)個問題，通過過建立判斷矩陣的過程，逐步分層地將眾多環(huán)境影響因素和個人決策因素綜合起來，進(jìn)行邏輯思維，然后用定量的形式表示出來，從而使復(fù)雜問題從定性的分析向定量結(jié)果轉(zhuǎn)化。層次分析法存在的主要問題是指標(biāo)體系的健全與完善，以及專家調(diào)查或?qū)＜掖蚍种贫鹊囊?guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化［2］。

1.1 層次分析法的原理

層次分析法是系統(tǒng)更年工程中對非定量分析的一種簡便方法，也是對人們主觀判斷作客

觀描述的一種有效方法。主要途徑就是通過把問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解成不同的組成因素，并因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析解耦模型。最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層(供決策的方案措施等)，相對于最高層(總目標(biāo))的相對重要性全職的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。

1.2 層次分析法的特點(diǎn)

AHP法能將復(fù)雜問題中的各種因素通過計劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟问怪畻l理化，并能

數(shù)據(jù)、專家意見和分析這的客觀拍段直接而有效的結(jié)合起來。其優(yōu)點(diǎn)有:(1)系統(tǒng)性的分析方法;(2)簡潔實(shí)用的決策方法;(3)所需的定量數(shù)據(jù)信息量少等優(yōu)點(diǎn)。同時，AHP法也有自己的不足之處:(1)不能為決策提供新的方案;(2)定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，不宜令人信服;(3)指標(biāo)過多時數(shù)據(jù)統(tǒng)計量大，且權(quán)重難以確定;(4)特征值和特征向量的精確求法比較復(fù)雜。

2 以水環(huán)境規(guī)劃為例研究層次分析法

2.1 構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型

將流域的水環(huán)境質(zhì)量作為層次分析的目標(biāo)層，將各斷面作為層次分析的準(zhǔn)則層，將各污染物的單因子作為層次分析的指標(biāo)層，建立層次結(jié)構(gòu)模型如圖1:

圖1

2.2 構(gòu)造兩兩判斷矩陣及求矩陣最大特征值

任何系統(tǒng)分析都以一定的信息為基礎(chǔ)，層次分析法的信息基礎(chǔ)主要是人們對每一冊歌詞中各因素相對重要性給出的判斷。在水環(huán)境規(guī)劃中，主要是考慮各斷面在水環(huán)境質(zhì)量評價中的相對重要性，這些判斷通過引入合適的標(biāo)度用數(shù)值表示出來，表示成判斷矩陣，判斷矩陣表示針對上一層次某因素，本層次與其有關(guān)因素間相對重要的比較。在層次分析法中，為了使決策判斷量化，形成上述判斷矩陣，A.L.Satty引入了表1所示的1～9標(biāo)度方法。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

在水質(zhì)評價中的各單因子可以兩兩相互比較形成判斷矩陣。判斷矩陣的特針織計算采用和值法計算［3］。

2.3 計算矩陣——指標(biāo)

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

2.4 層次總排序

計算同一層次所有因素對于最高層(總目標(biāo))相對重要性排序權(quán)值稱為總排序，該過程是最高層次到最低層次逐層進(jìn)行的，若上一層 A包含有 m個因素，A1，A2，…，Am，其層次總排序權(quán)值分別為 a1，a2…am，下一層次 B包含 n個因素B1，B2，…，Bn，且相對于因素 Aj的單排序權(quán)值分別為 b1j，b2j，…，bnj;(當(dāng) Bk與 Aj無關(guān)聯(lián)時，bkj=0)得出 B層次總排序權(quán)值為［3］:

3 層次分析法在水環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用

在水環(huán)境流域規(guī)劃中，為對某區(qū)域幾個監(jiān)測面進(jìn)行水質(zhì)綜合評價，利用層次分析法對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價，比較各斷面污染情況，民卻主要污染物。

3.1 A～B矩陣的構(gòu)造及其檢驗(yàn)

構(gòu)造A～B判斷矩陣。根據(jù)各斷面功能區(qū)劃分，根據(jù)各斷面環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求及其相對重要性，得出各自的判斷矩陣;判斷矩陣的特征值用和法進(jìn)行計算。通過計算得出矩陣特征向量并據(jù)此計算矩陣的最大特征值;判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，判斷是否具有比較滿意的一致性。

3.2 B～C矩陣的構(gòu)造及其檢驗(yàn)

B～C矩陣的構(gòu)造及特征向量和特征值的計算，根據(jù)對斷面的檢測結(jié)果對其枯水期各污染物逐一進(jìn)行單因子評價，按標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法就按各污染物單因子指數(shù)結(jié)果;根據(jù)單因子指數(shù)結(jié)果，將各污染物單因子兩兩比值作為判斷矩陣中的元素，得出B～C判斷矩陣。

3.3 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

通過總排序一致性檢驗(yàn)可知層次總排序是否具有滿意的一致性。

由計算就可以知道哪一斷面水質(zhì)最差，那些水質(zhì)較好的斷面，從而通過調(diào)查了解各斷面的污染狀況、原因及其該區(qū)域治理的重點(diǎn)對象。

由此可見，在環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境污染防治中，通過層次分析法對環(huán)境進(jìn)行綜合評價，可以為得出優(yōu)先治理的次序提供可靠的依據(jù)。

4 層次分析法在環(huán)境領(lǐng)域中的擴(kuò)展

4.1 改進(jìn)的模糊層次分析方法

改進(jìn)傳統(tǒng)的層次分析法，將互反型判斷矩陣改為模糊一致性判斷矩陣，并把和行歸一法或方根法與特征向量法結(jié)合使用，提出了改進(jìn)的模糊層次分析法。結(jié)果，指出傳統(tǒng)的層次分析法往往會導(dǎo)致判斷矩陣不滿足一致性條件，需要檢驗(yàn)和修正，而且計算精度不高。改進(jìn)后的模糊層次分析法既解決了判斷矩陣的一致性問題，又解決了解的收斂速度及精度問題，以此求得與實(shí)際相符的排序向量。

改進(jìn)傳統(tǒng)的層次分析法較傳統(tǒng)的層次分析法更加完善和行之有效，并符合人們的思維邏輯，形式簡單，準(zhǔn)確，且易建立。另外，由優(yōu)先判斷矩陣改造而成的模糊一致性矩陣滿足一致性條件，無需再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，同時也可大大減少疊代次數(shù)，提高收斂速度，滿足計算精度的要求，從而為多目標(biāo)決策提供了較為可靠的決策方法。 改進(jìn)的模糊層次分析法其優(yōu)點(diǎn)在于:三標(biāo)度法屬互補(bǔ)型標(biāo)度，符合人們的思維邏輯，其形式簡單，由其度量各元素之間的比較關(guān)系;就其質(zhì)而言，不存在度量不準(zhǔn)確的可能性，建立的優(yōu)先判斷矩陣雖然粗糙，但極易建立;由優(yōu)先判斷矩陣改造而成的模糊一致性矩陣滿足一致性條件，無需再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若把由方根法或和行歸一法求得的目標(biāo)權(quán)重W=(w1，w2，…wn)T作為特征值法的疊代初值 V0=V0(v01，v02，…v0n)T，則可大大減少疊代次數(shù)，提高收斂速度，同時又可以滿足計算精度要求［4－5］。

4.2 同一度層次分析方法

層次分析方法的基本內(nèi)容是:首先將對象層次化，即將包含在對象中的所有因素按其地位或作用不同劃分成一定的層次。然后，確定各因素之間的隸屬關(guān)系，構(gòu)成一個多層次的分析模型，經(jīng)構(gòu)造判斷矩陣等一系列過程，把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層對于最高層的相對重要性權(quán)值的確定，或相對優(yōu)劣次序的排列，使問題得到最終解決。同一度層次分析法是用集對分析中的同

一化法處理已知的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，使最終結(jié)果更為客觀、合理［6］。

5 結(jié)論

如何準(zhǔn)確評價流域水環(huán)境規(guī)劃的指標(biāo)，是環(huán)境規(guī)劃的一個重點(diǎn)內(nèi)容，本文以水環(huán)境規(guī)劃為例，應(yīng)用層次分析法建立指標(biāo)模型，來綜合評價影響水環(huán)境規(guī)劃的各個因素。從我國實(shí)際情況看出為了滿足制定生態(tài)環(huán)境治理規(guī)劃及追蹤建設(shè)效益分析的要求，又由于層次分析法具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性、簡潔與實(shí)用性的特點(diǎn)，可以作為地方政府部門進(jìn)行本地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量規(guī)劃的有效手段。

［1］郭懷成，尚金城，張?zhí)熘?環(huán)境規(guī)劃學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2001，11.

［2］楊常青，蔡春霞，舒艷.規(guī)劃環(huán)評編制過程中常見的困難及解決方法［A］.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文集［C］.2006:1279－1281.

［3］朱國宇，黃川友，華國春.層次分析法在水環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用.東北水利水電，2003，21(225).

［4］李永.多目標(biāo)決策中目標(biāo)權(quán)重的確定法［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，29，(3):118－119.

［5］易大義.計算方法［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，1989.

［6］張松濱.同一度層次分析與環(huán)境質(zhì)量評價.貴州環(huán)?？萍?，2003(2).

The water environment planning in the Analytic Hierarchy Process model research summaries

MA Peng－gang
(College of Urban and Environmental Science，Northwest University，Xi’an Shaanxi 710127)

The water environment planning is an important part of environment planning，and the Analyric Hierarchy process(AHP)is an effective tool of analysis water environment planning.According to the principle of analytic hierarchy process，a decision model of level analysis，and connecting with the reality，it determines the priority principle of environmental management.

Water environment;planning;Analytic Hierarchy Process and Judgment matrix

P641.1

A

1004－1184(2012)01－0080－02

2011－09－05

馬鵬剛(1984－)，男，甘肅慶陽人，碩士研究生，主要從事自然地理學(xué)方面的研究。