層次分析法在撫仙湖入湖河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

徐 臻

(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐玉溪市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 玉溪 653100)

0 引言

撫仙湖是我國最大的深水型淡水湖泊，它以潔凈的水質(zhì)、大美的湖光山色聞名于世。雖然撫仙湖水質(zhì)總體仍保持Ⅰ類，但隨著湖周經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水質(zhì)已呈現(xiàn)下降趨勢。在湖泊水質(zhì)污染及富營養(yǎng)過程中，絕大部分面源污染物是通過入湖河流進(jìn)入湖泊的，因此控制入湖河流污染物對(duì)于湖泊治理至關(guān)重要，而科學(xué)客觀地評(píng)價(jià)入湖河流的水質(zhì)污染狀況，是在進(jìn)行入湖河流水環(huán)境綜合治理前必須進(jìn)行的基本工作。本文運(yùn)用層次分析法對(duì)撫仙湖入湖河流的水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為撫仙湖入湖河流水環(huán)境綜合治理奠定基礎(chǔ)。

1 原理與方法

層次分析法(AHP-analysis hierarchy process)是20世紀(jì)70年代由美國匹茲堡大學(xué)T.L.Saaty教授首先提出的，它用一定標(biāo)度把人的主觀判斷進(jìn)行客觀量化，是一種將定量和定性分析相結(jié)合的系統(tǒng)多目標(biāo)決策方法，適用于多方案比較排序[1]。

1.1 評(píng)價(jià)因子及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)評(píng)價(jià)參照《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，其中評(píng)價(jià)因子達(dá)30個(gè)，常用的有：①耗氧有機(jī)物及氧平衡指標(biāo)類(DO、COD等)；②有毒及易積累物質(zhì)類(揮發(fā)酚、氰化物、六價(jià)鉻等)；③天然水體化學(xué)綜合指標(biāo)類(pH等)以及根據(jù)本地區(qū)水環(huán)境使用功能及污染特點(diǎn)選定的附加項(xiàng)[2]?；诖朔诸?，本文選取揮發(fā)酚、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮5項(xiàng)作為評(píng)價(jià)因子。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于云南省生態(tài)環(huán)境廳駐玉溪市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站2019年度生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測報(bào)告，撫仙湖入湖河流共設(shè)9個(gè)斷面監(jiān)測點(diǎn)，分別為路居河、馬料河、隔河、東大河、山?jīng)_河、代村河、梁王河、尖山河、牛摩河。2019年撫仙湖入湖河流評(píng)價(jià)因子實(shí)測結(jié)果平均值見表1。

表1 2019年撫仙湖入湖河流評(píng)價(jià)因子實(shí)測結(jié)果表 (mg/L)

2 層次分析法在撫仙湖入湖河流水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將問題所包含的因素劃分為不同層次，如目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層等，用框圖形式說明各層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系，其層次結(jié)構(gòu)模型見圖1。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

建立了遞階層次模型，層次之間目標(biāo)準(zhǔn)則的隸屬關(guān)系也就確定了，可以在此基礎(chǔ)上構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣表述了每一層各要素相對(duì)其上層某要素的相對(duì)重要程度。根據(jù)撫仙湖入湖河流的污染特征對(duì)準(zhǔn)則層各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行重要程度排序，構(gòu)造A-B的判斷矩陣見表2。

圖1 撫仙湖入湖河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

表2 A-B判斷矩陣

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，構(gòu)建B-C的判斷矩陣[3]。以路居河為例分別構(gòu)造B-C的判斷矩陣見表3～表7。

表3 揮發(fā)酚權(quán)重判斷矩陣

表4 氨氮權(quán)重判斷矩陣

表5 高錳酸鹽指數(shù)權(quán)重判斷矩陣

表6 總磷權(quán)重判斷矩陣

表7 總氮權(quán)重判斷矩陣

2.3 層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

當(dāng)判斷矩陣不能保證具有完全一致性時(shí)，其特征根也將發(fā)生變化。因此，可以利用判斷矩陣特征根的變化來判斷矩陣的一致性程度，一致性指標(biāo)如下：

CR=CI/RI(RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo))，當(dāng)CR<0.1，即認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。

計(jì)算A-B的判斷矩陣的特征向量及最大特征根，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，λmax=5，W=(0.036，0.143，0.179，0.321，0.321)T，CR=0.00001<0.1，一致性可以接受。

再計(jì)算B-C判斷矩陣的特征向量及最大特征根，得到：

WB1=(0.412，0.412，0.118，0.054，0.005)T，λmax1=5，CR1=0.000003

WB2=(0.081，0.152，0.609，0.102，0.055)T，λmax2=5，CR2=0.000012

WB3=(0.126，0.547，0.234，0.061，0.032)T，λmax3=5，CR3=0.000031

WB4=(0.074，0.119，0.478，0.235，0.094)T，λmax4=5，CR4=0.000006

WB5=(0.029，0.035，0.052，0.097，0.787)T，λmax5=5，CR5=0.000065

對(duì)B-C判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，各矩陣一致性均可以接受。

2.4 層次總排序及其一致性檢驗(yàn)

利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果值，就可以計(jì)算針對(duì)上一層次、本層次所有因素重要性的權(quán)值，這就是層次總排序。路居河的層次總排序結(jié)果見表8。

根據(jù)公式計(jì)算得CR=CI/RI=0.00003<0.1，層次總排序也具有滿意的一致性。

2.5 結(jié)論和建議

用同樣的方法對(duì)撫仙湖其余8條入湖河流監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終2019年撫仙湖9條入湖河流層次總排序結(jié)果見表9。

從層次總排序結(jié)果可以看出在9條撫仙湖入湖河流中，隔河、山?jīng)_河、梁王河的水質(zhì)綜合類別為Ⅰ類，代村河、尖山河為Ⅱ類，水質(zhì)較好。路居河、東大河、牛摩河為Ⅲ類，而馬料河為Ⅳ類，水質(zhì)較差。因此在今后的入湖河流水污染綜合治理中，應(yīng)將路居河、馬料河、東大河、牛摩河作為重點(diǎn)對(duì)象。

表8 路居河的層次總排序結(jié)果表

表9 撫仙湖入湖河流層次總排序結(jié)果表

應(yīng)用層次分析法能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)狀況，評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)，而且對(duì)污染程度有較清晰的認(rèn)識(shí)，能客觀地刻畫多因素的共同作用。針對(duì)撫仙湖入湖河流污染物的問題，應(yīng)著重從入湖河流生態(tài)自凈、農(nóng)業(yè)面源污染防治、畜禽養(yǎng)殖污染防治、農(nóng)村環(huán)境綜合整治、區(qū)域水環(huán)境綜合整治等幾個(gè)方面加強(qiáng)，同時(shí)開展流域環(huán)境監(jiān)管能力建設(shè)，工程措施和非工程措施并舉，才能從根本上改變撫仙湖入湖河流現(xiàn)狀。