朱喜龍

（中元國(guó)際投資咨詢中心有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，河流污染問(wèn)題日漸凸顯，河道底泥作為河流污染物的重要“匯集所”和水體二次污染“源”引起了極大關(guān)注。重金屬污染物進(jìn)入水體后在物理、化學(xué)、生物等作用下，絕大多數(shù)最終轉(zhuǎn)存至固相、沉積于底泥中［1］。沉入底泥的重金屬隨著水流形態(tài)、水體環(huán)境的變化被再次釋放，造成水體環(huán)境的二次污染［2］，對(duì)周邊環(huán)境構(gòu)成潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，因此，針對(duì)河道底泥的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯得愈加重要。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究起步于20世紀(jì)30年代，我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究始于20世紀(jì)80年代，起初主要圍繞突發(fā)環(huán)境事故開展，后隨著技術(shù)進(jìn)步和方法改進(jìn)逐步應(yīng)用于更廣領(lǐng)域［3-6］。田園［7］選擇層次分析法構(gòu)建對(duì)化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)模型，計(jì)算了各化工企業(yè)綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。彭麗梅等［8］采用層次分析法對(duì)耕地土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分，劃分結(jié)果與取樣檢測(cè)結(jié)果一致，區(qū)域劃分合理、精確度滿足要求。喬俊等［9］采用層次分析法對(duì)新河干渠污染狀況進(jìn)行了綜合評(píng)估，結(jié)果與單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，不同之處在于突出了營(yíng)養(yǎng)元素類污染物的貢獻(xiàn)。汪長(zhǎng)永等［10］采用層次分析法對(duì)油氣田敏感目標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)事故類型等進(jìn)行排序，明確了油氣田污染事故防范重點(diǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的源項(xiàng)分析方法多借鑒和結(jié)合安全評(píng)價(jià)中的事故分析方法，只是兩者的側(cè)重點(diǎn)不同［11］。安全生產(chǎn)中安全評(píng)價(jià)事故分析的目的主要有經(jīng)分析找出事故原因，針對(duì)原因提出相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策，從而降低同類事故發(fā)生概率。安全管理中安全評(píng)價(jià)事故分析的目的主要是經(jīng)過(guò)分析篩選出系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)、潛在危害，分析事故發(fā)生概率及可能產(chǎn)生的后果，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，消除隱患，確保系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)源項(xiàng)分析主要目的是通過(guò)分析系統(tǒng)潛在危險(xiǎn)識(shí)別、事故發(fā)生概率計(jì)算［3］，從而篩選出本系統(tǒng)最大可信事故并估計(jì)事故可能導(dǎo)致的危害，最終確定本系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值，較之相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而判斷評(píng)價(jià)該系統(tǒng)能否達(dá)到環(huán)境可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。事故源項(xiàng)分析是在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上對(duì)主要危險(xiǎn)源進(jìn)一步分析、篩選，從而篩選出最大可信災(zāi)害事故，并根據(jù)對(duì)最大可信災(zāi)害事故的重點(diǎn)分析確定其事故源項(xiàng)，以預(yù)測(cè)事故對(duì)環(huán)境造成的影響。目前，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最大可信事故的篩選常用層次分析法來(lái)確定。

本研究將層次分析方法引入并用于河道底泥重金屬污染因素篩選，利用層次分析法篩選計(jì)算出河道底泥重金屬污染對(duì)周邊各環(huán)境要素產(chǎn)生的最大污染類型，定量評(píng)估河道底泥重金屬污染類型影響程度，并為可能出現(xiàn)的環(huán)境污染類型的環(huán)境治理提供基礎(chǔ)支撐。

1 層次分析法（AHP）

19世紀(jì)70年代，美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家薩蒂教授首次提出一種決策新方法——層次分析法［12］，該方法采用定性與定量相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)定性問(wèn)題的定量化分析，其特點(diǎn)是將分析人員的經(jīng)驗(yàn)判斷量化，在政治、經(jīng)濟(jì)、金融、管理等很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，該方法一經(jīng)提出就吸引了各行業(yè)的專家學(xué)者對(duì)該決策方法做更為深入的理論研究，成為近年來(lái)最活躍的決策理論研究領(lǐng)域之一，各種新的研究成果大量涌現(xiàn)。目前，層次分析法廣泛應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)［13］、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［14-15］、水環(huán)境治理效果評(píng)估［16-17］等多個(gè)研究領(lǐng)域。

1.1 層次分析法的基本原理

層次分析法通過(guò)對(duì)決策過(guò)程的簡(jiǎn)化、加速處理，能有效地對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行定量化分析并作出有針對(duì)性的決策。層次分析法的三個(gè)基本準(zhǔn)則［12，18］如下。

①構(gòu)造遞階層次。將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)有機(jī)組成要素，將這些要素整理成一種低階層次的順序。

②設(shè)置權(quán)重。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按各要素的相對(duì)重要性賦予其數(shù)量值。

③邏輯一致性。分解的要素按照邏輯準(zhǔn)則進(jìn)行一致性劃分，確保按照邏輯性組合，最后綜合分析哪些要素權(quán)重最大，即對(duì)結(jié)果影響最大。

1.2 層次分析法的步驟

建立層次分析模型用AHP法分析時(shí)，首先要將問(wèn)題（系統(tǒng)）層次化，構(gòu)造一個(gè)層次分析的結(jié)構(gòu)模型。最簡(jiǎn)單的層次結(jié)構(gòu)模型分為三層［18］，見圖1。

圖1 基本層次結(jié)構(gòu)模型

1.2.1 構(gòu)造判斷矩陣。遞階層次結(jié)構(gòu)建立后，下層要素對(duì)上層要素就有了明確的隸屬關(guān)系。這時(shí)，可以通過(guò)賦予數(shù)量值的方法來(lái)對(duì)比各要素之間的優(yōu)劣。如圖1所示，Ci（i=1、2，...，x）準(zhǔn)則在目標(biāo)A下兩兩比較，可得到判斷矩陣，見表1。

表1 判斷矩陣A-C表

Pj（j=1、2，...，y）方案在準(zhǔn)則Ci（i=1、2，...，x）下兩兩比較，可得到判斷矩陣，見表2。

表2 判斷矩陣C-P表

判斷矩陣中的aij和b ij為進(jìn)行兩兩比較后得到的評(píng)分值，其值可按照表3中的原則來(lái)確定。

表3 取值方法

1.2.2 層次單排序。層次單排序主要包括兩個(gè)部分：①以判斷矩陣為依據(jù)，計(jì)算該層次與之有聯(lián)系要素的權(quán)值；②檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。

如在目標(biāo)A下，可通過(guò)求準(zhǔn)則C判斷矩陣的最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量，對(duì)特征向量中的各元素進(jìn)行歸一化處理。即可得到準(zhǔn)則C在目標(biāo)A下的單排序權(quán)值。求解方案P相對(duì)于準(zhǔn)則C的單排序權(quán)值方法同上。判斷矩陣一致性檢驗(yàn)需要計(jì)算一致性指標(biāo)C I，其計(jì)算公式如式（1）。

當(dāng)λmax=x時(shí)，C I=0，說(shuō)明判斷矩陣具有完全一致性；若C I≠0時(shí)，需要判斷矩陣是否具有滿意一致性。判斷矩陣滿意一致性指標(biāo)為RI，對(duì)于1至10階的判斷矩陣R I的一致性指標(biāo)見表4。

表4 判斷矩陣一致性指標(biāo)RI

判斷矩陣的一致性指標(biāo)與平均一致性指標(biāo)的比值即為矩陣的隨機(jī)一致性的判斷依據(jù)。公式如式（2）。

當(dāng)CR≤0.1時(shí)，判斷矩陣具有滿意一致性，當(dāng)C R＞0.1時(shí)，需要重新構(gòu)造判斷矩陣直至其具有完全一致性或滿意一致性。

1.2.3 層次總排序。在層次單排序的基礎(chǔ)上，綜合出各個(gè)要素對(duì)于更上一層的優(yōu)劣排序即為層次總排序。以圖1為例，方案層P對(duì)于目標(biāo)層A的層次總排序法可用表5說(shuō)明。

表5 層次總排序

表5中ai為層次C中各要素對(duì)于目標(biāo)層A的單排序權(quán)值，Wij為方案層P相對(duì)于準(zhǔn)則層C中各個(gè)要素的單排序權(quán)值，方案層P各個(gè)要素相對(duì)于目標(biāo)層A的總排序權(quán)值由表5最右邊一列公式計(jì)算得出。最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，符合完全一致性或滿意一致性即可，若不符合，要重新構(gòu)建判斷矩陣，直至符合完全一致性或滿意一致性。

2 河道底泥最大可信污染類型篩選

本研究以一條黃河四級(jí)支流底泥為研究對(duì)象，根據(jù)調(diào)查情況分析底泥重金屬污染特征和對(duì)周邊環(huán)境的影響，采用層次分析法構(gòu)建層次模型，篩選確定其最大可信污染類型，為后續(xù)評(píng)估治理奠定基礎(chǔ)。

2.1 建立層次模型

最大可信污染類型是系統(tǒng)各因素發(fā)生概率、危害程度大且風(fēng)險(xiǎn)值最大的事故。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的結(jié)果對(duì)河道底泥重金屬污染建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)層次分析模型（見圖2）。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

對(duì)圖2中，準(zhǔn)則C對(duì)最大可信污染類型目標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比，構(gòu)造判斷矩陣，見表6。

圖2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)層次模型

表6 判斷矩陣A-C

計(jì)算得λmax=3.137，C1、C2、C3對(duì)于A的單排序值分 別 為0.268、0.196、0.537。=0.068＜0.1，說(shuō)明判斷矩陣具有滿意一致性。

通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)和資料，結(jié)合河道底泥重金屬污染特點(diǎn)，經(jīng)研究建立方案層P對(duì)準(zhǔn)則層C的判斷矩陣。判斷矩陣如表7、表8、表9。

表7 判斷矩陣C1-P

表8 判斷矩陣C2-P

表9 判斷矩陣C3-P

經(jīng)計(jì)算λmax=4.1189，P1、P2、P3、P4對(duì)C1的單排序權(quán)值分別為0.472、0.186、0.236、0.105。

一致性判斷：

經(jīng)計(jì)算λmax=4.0459，P1、P2、P3、P4對(duì)C2的單排序權(quán)值分別為0.294、0.157、0.088、0.459。

一致性判斷：

經(jīng)計(jì)算λmax=4.2156，P1、P2、P3、P4對(duì)C2的單排序權(quán)值分別為0.248、0.195、0.419、0.137。

一致性判斷：

2.3 層次排序

根據(jù)P對(duì)C1、C2的層次單排序的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出方案層P對(duì)于目標(biāo)層A的層次總排序，結(jié)果見表10。

表10 層次總排序結(jié)果

檢驗(yàn)一致性：

通過(guò)以上計(jì)算，說(shuō)明判斷矩陣具有滿意一致性。

3 結(jié)語(yǔ)

由層次總排序計(jì)算結(jié)果可以看出，某河道重金屬污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故類型重要性的排序?yàn)镻1＞P3＞P2＞P4，即河道重金屬污染對(duì)周邊人群和環(huán)境影響程度最大的風(fēng)險(xiǎn)類型是通過(guò)引水灌溉引起的土壤環(huán)境的污染，其次是經(jīng)食物鏈危害動(dòng)物、灌溉引起的植物受污染以及經(jīng)食物鏈危害人群健康。因此，本研究對(duì)象河道重金屬污染最大可信污染事件為引水灌溉引起的土壤環(huán)境的污染。

本研究運(yùn)用層次分析法篩選河道底泥重金屬污染最大可信污染類型，對(duì)層次分析法的原理、分析步驟、計(jì)算方法等有了較為深入的了解，但在實(shí)際應(yīng)用中，層次分析法應(yīng)用在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)源項(xiàng)分析中還有很多缺陷需要完善。

①判斷矩陣的建立、兩兩要素比較予以賦值，這些過(guò)程有很大的主觀性，賦值的合理性在很大程度上取決于決策者的閱歷和經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有通用的賦值依據(jù)。

②判斷矩陣是否具有一致性計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量很大，對(duì)于階數(shù)很多的系統(tǒng)，要精確計(jì)算最大特征值很困難，工作量也很大，是該方法廣泛應(yīng)用的重要局限因素。

③該方法本身就是以定性的思維將各要素定量化，相比從前僅定性不定量有了很大程度的進(jìn)步，但其定量的結(jié)果還有很多的缺陷和不足，需要更多的專家學(xué)者更加深入的研究和探討，使之更加完善。