孫大明（遼寧省大連水文局，遼寧大連116023）

層次分析法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

孫大明
（遼寧省大連水文局，遼寧大連116023）

采用層次分析法（AHP）對(duì)大連市劉大水庫水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并獲得了較為滿意的結(jié)果。層次分析法具有較強(qiáng)的邏輯性、實(shí)用性和系統(tǒng)性，能夠較真實(shí)的反映評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)狀況。

層次分析法；水環(huán)境；質(zhì)量評(píng)價(jià)

1 層次分析法

層次分析法（AHP-analysis hierarchy process）是由美國匹茲堡大學(xué)薩蒂（T.L.Saaty）教授于上世紀(jì)70年代初首先提出的，是一種根據(jù)一定標(biāo)度將定性分析與定量分析結(jié)合起來解決多目標(biāo)復(fù)雜問題的決策分析方法[3]。層次分析法主要是根據(jù)要解決的復(fù)雜問題，將問題分解為不同的組成要素，并按照各個(gè)要素之間的相互關(guān)系建立一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，從而把問題最終歸結(jié)為最低層相對(duì)于最高層的權(quán)重值的確定或相對(duì)優(yōu)劣次序的排定。

層次分析法一般分為三個(gè)步驟：建立層次結(jié)構(gòu)模型；構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；確定層次的總排序

2 層次分析法的應(yīng)用

大連市劉大水庫水功能區(qū)基本情況見表1，為了分析和了解大連市劉大水庫水功能區(qū)水質(zhì)的污染狀況，應(yīng)用層次分析法對(duì)該斷面水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、COD、BOD5、氨氮、總磷、氟化物，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表1 大連市劉大水庫水功能區(qū)基本情況表

表2 大連市劉大水庫水功能區(qū)枯水期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將水環(huán)境質(zhì)量作為層次分析的目標(biāo)層（A），評(píng)價(jià)指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)、COD、BOD5、氨氮、總磷、氟化物等作為準(zhǔn)則層（Bi），水質(zhì)類別作為方案層（Ci），根據(jù)這三個(gè)層次建立劉大水庫水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)模型。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

2.2.1 構(gòu)造判斷矩陣（A-B）及一致性檢驗(yàn)

用所選斷面各污染物評(píng)價(jià)指標(biāo)的單因子指數(shù)兩兩比值[4]作為判斷矩陣的元素，即可得到劉大水庫水質(zhì)控制斷面（A）及評(píng)價(jià)指標(biāo)（Bi）的判斷矩陣（A-B），見表3。

表3 控制斷面（A）與評(píng)價(jià)指標(biāo)（B）層的重要度判斷矩陣（A-B）

當(dāng)矩陣階數(shù)大于2時(shí)，CR=CI/RI稱為矩陣的隨機(jī)一致性比例。當(dāng)CR＜0.10時(shí)，矩陣具有滿意的一致性，否則需重新調(diào)整矩陣。對(duì)矩陣（A-B）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算得該矩陣的最大特征值λmax=6，代入公式（1）計(jì)算得CI=0。平均隨機(jī)一致性比例（RI）由表4查得，則（A-B）矩陣隨機(jī)一致性比例CR=CI/ RI=0＜0.1，滿足一致性，矩陣滿足要求。

表4 平均隨即一致性指標(biāo)(RI)

2.2.2 構(gòu)造（Bi-C）矩陣及一致性檢驗(yàn)

用評(píng)價(jià)因子的濃度與其對(duì)應(yīng)的各個(gè)水環(huán)境質(zhì)量級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值的差值的倒數(shù)作為標(biāo)度[5]，構(gòu)造各評(píng)價(jià)級(jí)別的相對(duì)重要性的兩兩比較判斷矩陣（Bi-C）。建立高錳酸鹽指數(shù)（B1）與評(píng)價(jià)類別（C）的判斷矩陣（B1－C），見表5。

表 5高錳酸鹽指數(shù)（B1－C）的權(quán)重判斷矩陣

經(jīng)計(jì)算得，表5的矩陣隨機(jī)一致性比例CR＜0.1，矩陣滿足要求。

構(gòu)造COD的權(quán)重判斷矩陣得到（B2－C）的權(quán)重：

對(duì)矩陣B2－C進(jìn)行隨機(jī)一致性比例檢驗(yàn)得CR＜0.1，具有滿意的一致性。

同理構(gòu)造BOD5、氨氮、總磷、氟化物的權(quán)重判斷矩陣（B3－C）、（B4－C）、（B5－C）和（B6－C），得到權(quán)重：

經(jīng)計(jì)算權(quán)重判斷矩陣（B3－C）、（B4－C）、（B5－C）和（B6－C）的一致性檢驗(yàn)CR均小于0.1，都具有滿意的一致性。

2.3 水環(huán)境質(zhì)量級(jí)別總排序的確定

層次總排序結(jié)果見表6，由表6可知總排序1號(hào)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類別為Ⅱ類（C3），所以劉大水庫監(jiān)測斷面綜合水質(zhì)類別為Ⅱ類?？偭自诹鶄€(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中權(quán)重最大0.297，表明它對(duì)劉大水庫水環(huán)境質(zhì)量影響程度較大。

表6 層次總排序表

2.4 基于單因子評(píng)價(jià)法的劉大水庫綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)

用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)劉大水庫水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。從表7中可以看出單因子評(píng)價(jià)法獲得的結(jié)果為Ⅲ類水，水質(zhì)類別不能滿足水功能區(qū)要求的Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。

表7 基于單因子評(píng)價(jià)法的劉大水庫綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

單因子評(píng)價(jià)法的實(shí)質(zhì)是采用變化的權(quán)重來處理評(píng)價(jià)因子，對(duì)污染最嚴(yán)重的評(píng)價(jià)指標(biāo)賦以100%權(quán)重，該方法未考慮水質(zhì)評(píng)價(jià)全部因子的貢獻(xiàn)，各評(píng)價(jià)參數(shù)之間互不聯(lián)系，不能全面反映水體污染的綜合情況[6]。單因子評(píng)價(jià)法對(duì)水體水質(zhì)要求嚴(yán)格，其水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果是最差的，表現(xiàn)為過保護(hù)，而且如果出現(xiàn)極值的情況，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大。

［1］夏豪，黃川友，梁川.層次分析法在重慶東匯水庫水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2005，23：46－47.

［2］張小君，徐中民，宋曉諭，等.幾種水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法在青海湖入湖河流中的應(yīng)用［J］.環(huán)境工程，2013，31（1）：177－121.

［3］Saaty A L.The analytic hierarchy process［M］.Pittsburgh：McGraw Hil1.Inc.,1980.

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［5］蘇德林，武斌，沈晉.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的層次分析法［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，29（5）：105－107.

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