層次分析法在地表水質(zhì)評價中的應用

杜鵬程 楊 智

（淮河水資源保護科學研究所 蚌埠 233001）

層次分析法在地表水質(zhì)評價中的應用

杜鵬程 楊 智

（淮河水資源保護科學研究所 蚌埠 233001）

本文簡要介紹了層次分析法的定義、特點和基本步驟，并以新沂市尾水導流工程地表水質(zhì)現(xiàn)狀評價為例進行了斷面的污染程度比選，最后得出結(jié)論，進而給出層次分析法的優(yōu)點和使用時的注意事項。

層次分析法 水質(zhì) 綜合評價

1 前言

層次分析法產(chǎn)生于20世紀70年代初，由美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂（T.L.Saaty）提出，1982年傳入我國，在能源系統(tǒng)分析、城市規(guī)劃、經(jīng)濟管理、科研成果評價等許多領域得到了應用。本文試圖在環(huán)境評價領域應用層次分析法進行一些探討。

2 評價方法簡介

所謂層次分析法（Analytic Hierarchy Process簡稱AHP），是指將一個復雜的多目標決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標分解為多個目標或準則，進而分解為多指標（或準則、約束）的若干層次，通過定性指標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（多指標）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。層次分析法是將決策問題按總目標、各層子目標、評價準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總目標的最終權(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)中各因素間的關系，對同一層次各元素關于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣；（2）由判斷矩陣計算被比較元素對于該準則的相對權(quán)重，并進行判斷矩陣的一致性檢驗；（3）計算各層次對于系統(tǒng)的總排序權(quán)重，并進行排序。最后，得到各方案對于總目標的總排序。

3 實例分析

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

3.1 目標層

區(qū)域或流域地表水質(zhì)綜合評價（A）。

3.2 準則層

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

3.3 方案層

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

3.4 評價結(jié)果

通過專家調(diào)查法，對以上6個污染物重要性進行打分，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，采用方根法進行計算，得出了各污染物的權(quán)重，具體數(shù)值見表1。5個監(jiān)測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，新沂河新設排污口處最次，各監(jiān)測斷面的判斷矩陣和權(quán)重值見表2。各污染物單因子指數(shù)評價結(jié)果見表3。

表1 各污染物的判斷矩陣和權(quán)重值

表2 各監(jiān)測斷面的判斷矩陣和權(quán)重值

經(jīng)檢驗表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。

針對每一個污染物對5個斷面兩兩比較單因子指數(shù)，采用方根法，進行層次單排序，具體的賦值和計算結(jié)果見表4。經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)5個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)測斷面權(quán)重、污染物權(quán)重、實際監(jiān)測值和評價標準后得出監(jiān)測斷面總排序為新墨河砥平橋（C1）、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個參評污染物有5個超標，最大超標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。

表3 評價斷面各污染物單因子指數(shù)評價結(jié)果表

表4 監(jiān)測斷面兩兩比較、層次單排序和層次總排序一覽表

沭河鐵路橋斷面（C2）6個參評污染物均達標，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個參評污染物僅氨氮超標，超標0.28倍，但是由于斷面最重要，所以得分次高。

新沂河新設排污口處斷面（C4）6個參評污染物有3個超標，最大超標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個參評污染物均達標，但是由于斷面重要性高于新沂河新設排污口處斷面，所以得分次低。

由上可見，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)污染較重的問題，也即削減新沂市城市排污總量或建設尾水導流工程。

另外也可以應用層次分析法確定該水域的污染物排序問題，方法是將5個監(jiān)測斷面作為準則層，6個污染物作為方案層，根據(jù)以上各監(jiān)測斷面判斷矩陣、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)測斷面權(quán)重、污染物權(quán)重、實際監(jiān)測值和評價標準后得出污染 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），最終排序為氨氮、COD、BOD、CODMn、DO和 pH，氨氮和 COD為下一步重點治理的污染物。

AHP方法不僅原理簡單，而且具有扎實的理論基礎，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作用的決策問題。運用層次分析法有很多優(yōu)點，其中最重要的一點就是簡單明了。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用經(jīng)驗、洞察力和直覺。層次分析法最大的優(yōu)點是提出了層次本身，它使得使用者能夠認真地考慮和衡量指標的相對重要性。

使用層次分析法時如果所選的要素不合理，其含義混淆不清，或要素間的關系不正確，都會降低AHP法的結(jié)果質(zhì)量，甚至導致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）分解簡化問題時把握主要因素，不漏不多；（2）注意相比較元素之間的強度關系，相差太懸殊的要素不能在同一層次比較