城市湖泊水環(huán)境的AHP分析
——以寧夏文萃湖為例

王麗麗，楊　瑞

（寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

城市湖泊水環(huán)境的AHP分析
——以寧夏文萃湖為例

王麗麗，楊瑞

（寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

在文萃湖東西南北中5個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了6項(xiàng)理化指標(biāo)的檢測，并應(yīng)用層次分析法（AHP）通過6項(xiàng)理化指標(biāo)對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。結(jié)果表明：層次分析權(quán)重值在各個(gè)指標(biāo)中有差異，分別為0.303，0.264，0.142，0.136，0.063，0.053，0.039，文萃湖的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為1.461，水質(zhì)較差；通過對東、西、南、北、中五個(gè)點(diǎn)的氨氮、總磷等的含量進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)湖中心地區(qū)水質(zhì)明顯好于湖泊周邊地區(qū)；AHP分析結(jié)果與實(shí)際基本相符。

水質(zhì)評價(jià)；層次分析法；富營養(yǎng)化；文萃湖

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.14

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量污水不達(dá)標(biāo)排放，使得污染加重，對我國水環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅［1］。環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2013年中國環(huán)境狀況公報(bào)》表明：全國水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西南諸河和西北諸河十大水系的國控?cái)嗝嬷?，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例分別為71.7%、19.3%和9.0%［2］。在監(jiān)測營養(yǎng)狀態(tài)的61個(gè)湖泊（水庫）中，富營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊（水庫）占27.8%，其中輕度富營養(yǎng)和中度富營養(yǎng)的湖泊（水庫） 比例分別為26.2%和1.6%。在4 778個(gè)地下水監(jiān)測點(diǎn)位中，較差和極差水質(zhì)的監(jiān)測點(diǎn)比例為59.6%［3］。水質(zhì)的好壞關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的身體健康，水質(zhì)評價(jià)也變得尤為重要［4］。因此，本研究基于層次分析法（AHP）從氨氮、總磷、溶解氧等幾個(gè)方面入手，對寧夏銀川文萃湖進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)，為合理改善和保護(hù)湖泊水質(zhì)提供借鑒。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1研究區(qū)概況

文萃湖位于寧夏銀川西夏區(qū)，處于干旱半干旱溫帶大陸性氣候區(qū)，四季分明，春遲夏短，秋早冬長，晝夜溫差大，雨雪稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，風(fēng)大沙多等。年平均氣溫8.5℃左右，年平均日照時(shí)數(shù)2 800～3 000 h，年平均降水量200mm左右，無霜期185 d左右。文萃湖北側(cè)為賀蘭山西路，湖中心為公園，西南兩側(cè)為燒烤、休閑中心，除此之外，無其他直接湖泊污染源。湖泊面積13 hm2，主要補(bǔ)給水源為西干渠，每年補(bǔ)給3次。

圖1　文萃湖采樣點(diǎn)分布

1.2測定項(xiàng)目與方法

1.2.1采樣方法

文萃湖泊四周污染情況并不一致，所以在湖的四周岸邊各設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，湖中心設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，用采水器在水下40～50 cm處采集水樣（圖1）。采樣時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)各采集水樣兩瓶，并將水樣置于棕色容量瓶內(nèi)進(jìn)行保存；將其中一瓶水樣中迅速加入硫酸錳和堿性碘化鉀溶液，留作DO的測定。

1.2.2測定項(xiàng)目及測定方法

pH值的測定采用玻璃電極法 （國標(biāo)）；化學(xué)需氧量（COD）采用快速消解分光光度法（國標(biāo)）測定；溶解氧（DO）采用碘量法（國標(biāo)）測定；氨氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（國標(biāo)）測定；總磷采用鉬酸銨分光光度法（國標(biāo)）；透明度采用塞氏盤法。每個(gè)指標(biāo)設(shè)3次重復(fù)測定。

2　層次分析法

層次分析法于1982年引入中國，是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個(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)或多準(zhǔn)則的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序和總排序，是多指標(biāo)、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法［5］。

2.1指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)建立

根據(jù)湖泊的實(shí)際情況以及所選取的指標(biāo)，將水質(zhì)安全綜合評價(jià)分為三個(gè)層次：目標(biāo)層、中間層和原始指標(biāo)層［6］。（見表1）

表1　指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

2.2為指標(biāo)賦值及其權(quán)重值

應(yīng)用層次分析法對水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，由專家對評價(jià)的各個(gè)指標(biāo)的重要性進(jìn)行打分，并構(gòu)造判斷矩陣［7］。

2.2.1層次單排序

層次單排序是對每一層指標(biāo)的重要性進(jìn)行賦值，構(gòu)造判斷矩陣［7］。

首先，建立A-B層的兩兩判斷矩陣（見表2）。

表2　A-B層判斷矩陣及權(quán)重

對該判斷矩陣進(jìn)行歸一化后，分別得到B1、B2、B3相對于A的權(quán)重值，即判斷矩陣A-Bi的特征向量Wi為0.643 4，0.282 8，0.073 8，并且0.643 4＞0.282 8＞0.073 8，因此B1相對于B2重要，B2相對于B3重要，并由一致性檢驗(yàn)公式CI= （λmax-n）/（n-1）得出：CI=0.048 3＜0.1，滿足一致性要求，通過一致性檢驗(yàn)。

其次，建立B-C層的兩兩判斷矩陣。

（1）建立B1-C層（營養(yǎng)鹽指標(biāo)）的判斷矩陣（見表3），將C1、C2兩個(gè)指標(biāo)相對于B1的重要性進(jìn)行比較。

表3　B1-C層的判斷矩陣及權(quán)重

對該判斷矩陣進(jìn)行歸一化后，分別得到C1、C2相對于B1的權(quán)重值，即判斷矩陣A-Bi的特征向量Wi為0.25，0.75，且0.75＞0.25，C1相對于C2重要，并由一致性檢驗(yàn)公式CI=（λmax-n）/（n-1）得出：CI=0＜0.1，滿足一致性要求，通過一致性檢驗(yàn)。

（2）建立B2-C（氧平衡指標(biāo)）層的判斷矩陣（見表4），將C3、C4兩個(gè)指標(biāo)相對于B2的重要性進(jìn)行比較。

表4　B2-C層的判斷矩陣及權(quán)重

對該判斷矩陣進(jìn)行歸一化后，分別得到C3、C4相對于B1的權(quán)重值，即判斷矩陣A-Bi的特征向量Wi為0.833 3，0.166 7，0.833 3＞0.166 7，即C3相對于C4重要，且并由一致性檢驗(yàn)公式CI= （λmax-n）/（n-1）得出：CI=0＜0.1，滿足一致性要求，通過一致性檢驗(yàn)。

（3）建立B3-C層 （常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)）的判斷矩陣（見表5），將C5、C6、C7兩個(gè)指標(biāo)相對于B3的重要性進(jìn)行比較。

表5　B3-C層的判斷矩陣及權(quán)重

該判斷矩陣進(jìn)行歸一化，分別得到C5、C6、C7相對于B3的權(quán)重值，即判斷矩陣A-Bi的特征向量Wi為0.260 5，0.633 3，0.106 2且0.633 3＞0.260 5＞0.106 2，因此，C6相對于C5重要，C5相對于C7重要，并由一致性檢驗(yàn)公式CI=（λmaxn）/（n-1）得出：CI=0.027 7＜0.1，滿足一致性要求，通過一致性檢驗(yàn)。

2.2.2層次總排序

表6　層次總排序的權(quán)重值

3　結(jié)果與分析

3.1文萃湖理化指標(biāo)檢測結(jié)果及分析

圖2　文萃湖不同位置的COD、DO、氨氮、總磷濃度

由圖2可知，東西南北中5點(diǎn)氨氮濃度分別為1.79 mg/L、1.81 mg/L、1.88 mg/L、1.54 mg/L、1.49 mg/L，西南兩點(diǎn)的氨氮濃度明顯高于其他3點(diǎn)，水質(zhì)類別為Ⅳ～Ⅴ類；COD的含量分別為5.64 mg/L、4.90 mg/L、5.41 mg/L、3.94 mg/L、4.24 mg/L，東西南3點(diǎn)的含量明顯高于其他兩點(diǎn)，水質(zhì)類別為Ⅰ類（COD含量≤15mg/L［9］）類。

如圖2所示，文萃湖5個(gè)采樣點(diǎn)的總磷含量分別為0.17 mg/L、0.24 mg/L、0.15 mg/L、0.17 mg/ L、0.17 mg/L，東南北中4點(diǎn)的總磷含量大致相等，而西側(cè)采樣點(diǎn)的總磷含量明顯高于其他4點(diǎn)，水質(zhì)類別為Ⅳ～劣Ⅴ類；溶解氧含量分別為12.37 mg/L、12.14mg/L、13.11mg/L、13.82mg/L、13.29 mg/L，東西兩點(diǎn)的溶解氧含量略低于南北中兩點(diǎn)，水質(zhì)類別處于Ⅰ類。

綜上所述，氨氮、總磷含量較高，是文萃湖的主要污染物，湖泊總體水質(zhì)較差。

3.2水質(zhì)狀態(tài)評價(jià)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)由下式計(jì)算：

式中：CNI——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wi——指標(biāo)i的歸一化權(quán)重值；

Pi——第i種指標(biāo)的歸一化值［9］。

表7　各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

在基于層次分析法的水質(zhì)評價(jià)中，分別進(jìn)行了層次單排序和層次總排序，得出了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值以及各個(gè)指標(biāo)在湖泊水質(zhì)中的重要程度，得出了文萃湖的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為1.461，并且由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，在采集水樣的5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中，湖中心的水質(zhì)明顯好于其他4點(diǎn)水質(zhì)，而西側(cè)的水質(zhì)明顯劣于其他4點(diǎn)的水質(zhì)，在5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，氨氮、總磷的含量較高，并且氨氮、總磷等指標(biāo)的水質(zhì)類別都處于Ⅳ類以下，湖泊水質(zhì)較差。

4　評價(jià)結(jié)果與討論

4.1評價(jià)結(jié)果

從層次分析法評價(jià)的結(jié)果來看：（1）由層次分析法計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)在水質(zhì)狀態(tài)中的權(quán)重值，得出文萃湖氨氮、磷等的含量處于較高狀態(tài)，湖泊水體總體處于較差狀態(tài)。（2）文萃湖水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)體系與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合，得出文萃湖湖的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為1.461，湖泊水體總體較差。

理化檢測指標(biāo)的結(jié)果與分析主要表現(xiàn)為：通過對東、西、南、北、中5個(gè)點(diǎn)的氨氮、總磷等的含量進(jìn)行對比，反映出湖泊水體各個(gè)點(diǎn)的營養(yǎng)化狀態(tài)差異，湖中心地區(qū)由于受污染較少，水質(zhì)明顯好于湖泊周邊地區(qū)。

綜上所述，由層次分析法得出的湖泊水質(zhì)狀態(tài)與試驗(yàn)測得結(jié)果相符。

4.2討論

4.2.1影響文萃湖水質(zhì)的因素

文萃湖北側(cè)為賀蘭山西路，車流量多，汽車尾氣中的氮氧化物等對湖泊水造成了直接的污染，使水體中氨氮含量有所升高，造成湖泊營養(yǎng)化。文萃湖周邊居民垂釣人數(shù)較多，燒烤、休閑人數(shù)多，對湖泊的營養(yǎng)化狀態(tài)也造成了一定的影響。文萃湖東側(cè)有放養(yǎng)的鵝、鴨等對湖泊水質(zhì)也產(chǎn)生了一定的影響。湖泊清淤次數(shù)少。

4.2.2改善水質(zhì)的措施

在湖泊北側(cè)即湖泊與賀蘭山西路之間，布設(shè)綠化帶等，減少汽車尾氣等對湖泊水體的污染。限制垂釣人數(shù)，并且居民也要改變垂釣魚餌類別，保護(hù)湖泊水體；同時(shí)對休閑的人群進(jìn)行監(jiān)督和教育。對湖中放養(yǎng)的鴨、鵝等劃定區(qū)域進(jìn)行集中管理。

同時(shí)，在本研究中，對于層次分析法在水環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)中還需要進(jìn)一步的改進(jìn)，例如評價(jià)指標(biāo)體系的確定等。

［1］丁雪卿.改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在集中式引用水源地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用［J］.四川環(huán)境，2010，29（2）：47-51.

［2］李斯婷.地表水質(zhì)評價(jià)方法的研究——以流溪河為例［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2013.

［3］張秋蕾.環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《2013年中國環(huán)境狀況公報(bào)》［N］.中國環(huán)境報(bào)，2014（001）.

［4］尚佰曉，呂子楠，李杰年，等.基于模糊綜合評價(jià)法與單因子指數(shù)評價(jià)法的水質(zhì)評價(jià)［J］.中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，23（5）：1-4.

［5］潘麗娟.基于Excel的層次分析法模型設(shè)計(jì)［J］.中國管理信息化，2014，17（17）：115-117.

［6］劉躍晨，袁興中，王云.三峽庫區(qū)重慶段水質(zhì)安全綜合評價(jià)研究［J］.人民長江，2014，45（18）：10-14.

［7］陳佳超，吳凡，花鐵森，等.基于層次分析法的中國各省市安全評估［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（4）：198-203.

［8］黃桂林，馬宗帥，郭云飛.基于AHP的村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)配制指標(biāo)體系評價(jià)研究［J］.經(jīng)濟(jì)師，2014（10）：40-42.

［9］中華人民共和國地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

（編輯：程?。?/p>

W ater Quality Evaluation ofW en Cui Lake in Ningxia based on AHP

Wang Lili，Yang Rui
（College of Resources and Environmental Science，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Based on 6 water quality variables at 5 observatory sites，the water quality ofWen Cui Lake was evaluated using Analytic Hierarchy Process（AHP）.The result showed that：（a）the water quality was different between the 5 sample sites，and the weight of each index values were 0.303，0.264，0.142，0.136，0.063，0.053，0.039；the CNIofWen Cui Lake was 1.461，so the water quality could be regarded as polluted.（b）The water quality of the center area wasmuch better than the other areas through studying the 5 points of the content of ammonia nitrogen，total phosphorus and so on.（c）The results of AHPwere the same as the actual results.

water quality evaluation，Analytic Hierarchy Process（AHP），eutrophication，Wen Cui Lake

X824

A

1008-813X（2016）04-0053-04

2016-05-14

王麗麗（1991-），女，山東濰坊市人，寧夏大學(xué)自然地理學(xué)專業(yè)碩士研究生在讀，主要從事環(huán)境監(jiān)測方面的研究。