基于AHP模型烏海市大氣環(huán)境質量評價及合理建議

鄧旺華， 謝世友,2*

(1.西南大學 地理科學學院，重慶 400715，2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400715)

改革開放后，我國經濟發(fā)展步伐迅速增長，各種工業(yè)數(shù)量及規(guī)模不斷擴大、城市化進程加快，各類機動車數(shù)量迅速增加等原因，使我國成為世界上主要的化石燃料消費國家，導致我國城市大氣質量下降，并且?guī)碇T如酸雨、霧霾等大氣問題，隨著我國社會對大氣環(huán)境關注度的增加，大氣環(huán)境質量的好壞正在成為公眾關心的焦點[1-2].大氣環(huán)境質量評價既是大氣環(huán)境質量研究的重要組成部分，也是環(huán)境監(jiān)測與治理基礎工作的重要項目之一，只有對大氣環(huán)境質量做出合理評價，才能制定具有針對性的污染治理規(guī)劃方案，其評價是否合理，將直接影響大氣治理的決策[3].層次分析法(The AnatyticHierarchy Process，簡稱AHP)被廣泛應用于環(huán)境評價方面研究[4-13].層次分析法是由美國運籌學家T.L.Saaty于20世紀70年代提出的一種定量和定性相結合的決策分析方法.它的基本思路是將復雜的問題分解成不同的層次和因素，進而建立起遞階層次系統(tǒng)，再對系統(tǒng)內兩兩指標間的重要程度做出判斷，建立判斷矩陣，通過計算該矩陣的最大特征根及對應特征向量，得出各要素或評價對象的權重，最終確定最優(yōu)方案，為決策提供依據(jù).大氣環(huán)境質量受多種因素影響，這些因素又具有一定的模糊性與不確定性，而層次分析法在分析大氣環(huán)境質量這類多目標、多準則的復雜地理問題具有適用性、簡潔性和系統(tǒng)性等優(yōu)點[11]，因此本文采取層次分析法確定評價指標權重.運用AHP解決問題分為四個步驟：建立問題的遞階層次結構；構造兩兩比較判斷矩陣；由判斷矩陣計算被比較元素相對權重；計算各層元素組合權重[12].

烏海市作為內蒙古西部的一座新型工業(yè)城市，其發(fā)展主要依托的是對煤炭資源的粗放開發(fā)與利用，在這個過程中，自然地產生了一系列環(huán)境問題，威脅著人們的身體健康，其中表現(xiàn)最為明顯的就是大氣環(huán)境問題.大氣環(huán)境質量是生態(tài)環(huán)境質量的組成部分之一，同時也是評價城市整體環(huán)境的一個重要方面，這就要求我們要及時獲得影響其變化的各個因素的情況，并對其進行評價，進而為決策提供依據(jù).

1 方 法

烏海市大氣環(huán)境評價模型的建立由評價方法的確定、建立遞階層次結構、構造兩兩比較判斷矩陣、層次單排序權重的計算及一致性檢驗、層次總排序組合權重計算及一致性檢驗和確定大氣環(huán)境質量級別六個環(huán)節(jié)構成.

1.1 評價方法的確定

根據(jù)烏海市大氣環(huán)境質量現(xiàn)狀，以2004～2010年大氣污染因子檢測統(tǒng)計值表為依據(jù)，依照我國《大氣環(huán)境質量標準》(GB3095-1996,2000修改),選取大氣主要污染成分：SO2、NO2及PM10為評價因子，對烏海市2004～2010大氣環(huán)境質量進行逐年與綜合評價.

表1 2004～2010年烏海市各主要污染物平均值[14]

表2 大氣環(huán)境質量標準分級污染物濃度限值(GB3095-1996,2000修改)[15]

1.2 建立遞階層次結構

選取主要的大氣污染物作為因子，以我國大氣環(huán)境質量評價標準為依據(jù)，建立烏海市大氣環(huán)境質量層次結構模型：大氣環(huán)境質量評價標準為總目標層，主要大氣污染物為準則層，大氣環(huán)境質量級別為方案層(見圖1).

圖1 烏海市大氣環(huán)境質量分層指標體系Fig.1 The hierarchical index system of atmospheric environmental quality in Wuhai City

1.3 構造兩兩比較判斷矩陣

在大氣環(huán)境質量層次結構模型中，以評價因子的指數(shù)為標度，以大氣環(huán)境質量二級標準為基準，構建各準則層(Bi)的相對重要兩兩比較判斷矩陣(A-B)：

由此構造各因子的相對重要兩兩比較判斷矩陣(A-B)，見表3.

表3 A-B判斷矩陣

由此構建大氣環(huán)境質量級別(Ci)的相對重要性兩兩判斷矩陣(Bi-C)(見表4-6)

表4 B1-C判斷矩陣

表5 B2-C判斷矩陣

表6 B3-C判斷矩陣

1.4 層次單排序權重的計算及一致性檢驗

表7 層次單排序和一致性檢驗表

Tab.7 The checklist of level single sort and its consistency

A-BB1-CB2-CB3-Cmax3.00003.00003.00003.0000Wi0.26520.05030.84620.28120.06820.09500.07690.33090.66670.85470.07690.3879CI0.00000.00000.00000.0000RI0.58000.58000.58000.5800CR0.00000.00000.00000.0000

由表7可看出，2004年各判斷矩陣的一致性比率CR值均<0.1，可得所構建判斷矩陣一致性效果較好，如一致性效果不好，則需要對矩陣進行修改.

1.5 層次總排序組合權重計算及一致性檢驗

層次總排序組合權重計算及一致性檢驗表明，2004年層次總排序一致性比率CR值<0.1，判斷矩陣一致性很好.

表8 層次總排序和一致性檢驗

1.6 確定大氣環(huán)境質量級別

根據(jù)表8層次總排序結果可知，權值最大所對應的大氣環(huán)境質量為三級，權值為0.490 5，明顯大于另外兩個級別的權值，因而2004年烏海市大氣環(huán)境質量為三級.依照同樣的方法對2005～2010年烏海市大氣環(huán)境質量進行分析評價，得到各年層次總排序(見表9).

表9 各年層次總排序

Tab.9 The checklist of level single sort and its consistency

層次各年層次總排序2004200520062007200820092010C10.25850.20620.13780.14810.15310.17090.1640C20.25100.25840.13910.19980.22220.42370.4744C30.49050.53530.66230.55780.50210.31920.2096

經檢驗，這些年份的判斷矩陣和排序均滿足一致性要求.

2 結 果

烏海市大氣環(huán)境質量從以上分析數(shù)據(jù)可知，2004～2008年，烏海市大氣環(huán)境質量均為三級水平，2009～2010年，烏海市大氣環(huán)境質量達到二級標準；通過比較其對應的權值，可得各年大氣質量優(yōu)劣依次為：2009年>2010年>2004年> 2008年>2005年>2007年>2006年，其中大氣環(huán)境質量最好的是2009年，二級權重為0.423 7，最差的是2006年，三級權重為0.662 3.

從圖2可看出，烏海市大氣環(huán)境質量級別三級權重從2006年的最高值0.662 3逐步減小到2010年的0.209 6；二級權重從2006年的最低值0.139 1上升到2010年的最高值0.474 4；一級權重值的變化幅度則不是很大；2009年大氣質量等級二級權重首次超過三級權重.出現(xiàn)這種變化的原因主要是隨著環(huán)境改造工程的深入開展，特別是2008年“藍天工程”的順利實施，全市大氣環(huán)境質量得到改善，影響大氣環(huán)境質量的各指標因子均有所下降，城市大氣質量標準等級上升.特別是2008年“藍天工程”的順利實施，全市大氣環(huán)境質量得到改善，影響大氣環(huán)境質量的各指標因子均有所下降，城市大氣質量標準等級上升.

圖2 烏海市大氣環(huán)境質量級別權重Fig.2 The level weight of atmospheric environmental quality in Wuhai City

圖3 2004年～2010年烏海市各主要污染物平均值Fig.3 The average value of major pollutants in Wuhai City ( 2004 to 2010 )

從圖3可看出，2004～2010年的7年間，PM10從2004年的最高值0.440 mg/m3下降到2010年的最低值0.124 mg/m3，下降幅度達到71.82%；其次下降幅度較大的是SO2，從2004年的0.105 mg/m3下降到2010年的0.059 mg/m3,下降了43.81%；NO2濃度在這期間總體變化不大，但也有所下降，從2004年的0.036 mg/m3下降到2010年的0.030 mg/m3，下降了16.67% .

圖4 烏海市大氣環(huán)境質量評價因子權重Fig.4 The evaluation factor weight of atmospheric environmental quality in Wuhai City

由圖4可看出，烏海市大氣環(huán)境質量主要受SO2和PM10影響，PM10的權重最大，在0.336 0～0.666 7之間；其次是SO2，其權重在0.265 2～0.483 0之間；權重值最小的是NO2，在0.068 2～0.122 4之間.但在2005～2008年間，SO2權重大于PM10權重，大氣環(huán)境質量以SO2影響為主.這是由于此期間是烏海市經濟快速發(fā)展階段，對工業(yè)產品需求的增長導致工礦業(yè)廢氣排放驟增，進而使得SO2濃度增高.另外，2005～2008年間，烏海市飲食服務業(yè)也進入飛速發(fā)展期，全市新增數(shù)千家酒樓、飯店，但由于缺乏管理，各種小型攤點、飯店及大排檔等無孔不入，由于其設備簡陋、隨意設點，且大部分集中于居民區(qū)，油煙未經處理排放，明顯加重了SO2的污染負荷.“藍天工程”全面開展后，以上現(xiàn)象都得到了一定程度的解決，所以從2008年開始，SO2對烏海市大氣環(huán)境質量評價權重開始降低.PM10的濃度除了受到人為因素的影響，還受諸如土壤風沙、浮塵天氣和沙塵等自然條件變化影響，且自然條件影響較為顯著[16]，特別是對于烏海市這樣常年多風沙的城市來說更為明顯了.

3 討 論

根據(jù)層次分析法的分析結果，為使烏海市大氣環(huán)境質量得到更好的發(fā)展，提出如下建議：

3.1 加快經濟轉型，調整產業(yè)結構

在確保煤炭、洗煤、焦化、化工四個產業(yè)鏈相對完整，白灰-電石-PVC-PVC深加工四個環(huán)節(jié)相互平衡協(xié)調的基礎上，加快經濟轉型，積極促進第三產業(yè)發(fā)展，減小第二產業(yè)比重，增大第二產業(yè)科技含量，對符合烏海市實際情況的高新技術產業(yè)和符合市場需求的加工制造業(yè)給予各方面的支持.同時，積極推動非煤、非資源型產業(yè)轉型項目建設，鼓勵污染小、效益高的產業(yè)發(fā)展，延長產業(yè)鏈，盡快完成烏海市產業(yè)結構調整，為改善全市大氣環(huán)境質量提供經濟基礎.

3.2 全面推進城區(qū)集中供熱，建立并完善城區(qū)熱網(wǎng)

全面推進熱網(wǎng)建設、天然氣入城、舊城區(qū)拆遷改造等項目工程建設，建立并完善覆蓋全市的城區(qū)熱網(wǎng)，實現(xiàn)大規(guī)模集中供熱.針對工業(yè)園區(qū)產生的大量余熱要加以研發(fā)利用，推進園區(qū)燃煤鍋爐綜合整治工程建設，改變因分散供熱等導致的SO2污染負荷過高的現(xiàn)狀，進而提升全市大氣環(huán)境質量.

3.3 工業(yè)企業(yè)持續(xù)達標排放

嚴格落實政府《烏海市重點行業(yè)環(huán)境保護達標整治工作方案》，對重點污染企業(yè)的各個污染指標嚴格把關，并持之以恒地貫徹下去，確保污染設施運行臺帳齊全，污染物排放總量達標.

3.4 完善監(jiān)管體系，加大執(zhí)法力度

嚴格執(zhí)行相關法律法規(guī)及政策，加強政府監(jiān)管職能，嚴厲打擊違反環(huán)保法的行為，對違法行為要做到有法可依、執(zhí)法必嚴、違法必究.對重點污染企業(yè)要建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，特別是要對現(xiàn)役機組脫硫脫硝和除塵設備的運行實行在線監(jiān)測，及時掌握企業(yè)排污情況，杜絕超標排放.

3.5 做好城區(qū)綠化工作

做好城市園林綠地建設工作,增加城市植被面積,是減少大氣中SO2、NO2、PM10的濃度,控制風沙揚塵，改善大氣環(huán)境質量的重要措施.因地制宜地做好全市綠化工作，選取適宜本地的植物進行培養(yǎng)栽種，進而遏制荒漠化、沙化進程，降低PM10濃度值.

3.6 增強環(huán)保意識，加強宣傳力度

社會、企業(yè)和個人要加強環(huán)保意識，充分利用媒體，特別是諸如微信、微博等為廣大群眾廣泛使用的新興媒體宣傳可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，采用群眾易為接受的形式普及與百姓生活密切相關的環(huán)保知識，進而喚起全市人民的環(huán)保意識、危機意識及責任感和緊迫感，充分發(fā)揮相關職能部門、社會輿論及人民群眾的監(jiān)督作用，促進烏海市大氣環(huán)境質量的提高.

4 結 論

層次分析法具有適用性廣、實用性強，簡潔明了等優(yōu)點，運用這種方法對烏海市2004～2010年大氣環(huán)境質量進行綜合評價，結果表明：2004～2008年，烏海市大氣環(huán)境質量均為三級水平，2009～2010年，烏海市大氣環(huán)境質量達到二級標準，其中大氣環(huán)境質量最好的是2009年，最差的是2006年.2005～2009年期間，烏海市大氣環(huán)境質量主要受SO2影響，其權重主要在0.406 7～0.483 0之間；2004年和2010年則以PM10影響為主，其權值分別為0.666 7和0.404 7.

2004～2010年的7年間，PM10下降幅度達到71.82%，SO2下降幅度達到43.81%，NO2濃度在這期間總體變化不大，但也下降了16.67% ，各項污染物指標均有所降低，環(huán)境治理工作取得一定的成效，特別是2009年大氣質量等級二級權重首次超過三級權重，經過“藍天工程”治理，大氣環(huán)境質量明顯提高.

烏海市大氣環(huán)境質量主要受SO2和PM10影響，在2005～2008年間，SO2權重大于PM10權重，大氣環(huán)境質量以SO2影響為主，表明煤煙型污染是烏海市大氣污染的主要類型，其中PM10與SO2為主要污染物.為此，要改善并且提高烏海市大氣環(huán)境質量，首要目標是降低PM10與SO2的排放量，減少兩者在大氣中的濃度.

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