層次分析法在地表水質評價中的應用

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現狀評價為例進行了斷面的污染程度比選，最后得出結論，進而給出層次分析法的優點和使用時的注意事項。

層次分析法 水質 綜合評價

1 前言

層次分析法產生于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，在能源系統分析、城市規劃、經濟管理、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，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（權數）和總排序，以作為目標（多指標）、多方案優化決策的系統方法。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構，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先權重，最后再加權和的方法遞階歸并各備選方案對總目標的最終權重，此最終權重最大者即為最優方案。

層次分析法的基本步驟為：（1）分析系統中各因素間的關系，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重，并進行判斷矩陣的一致性檢驗；（3）計算各層次對于系統的總排序權重，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論，然后根據各斷面所在水域的保護類別，確定其重要性，最后對各斷面環境質量狀況進行排序。這里選取的例子是新沂市尾水導流工程地表水質現狀評價。

3.1 目標層

區域或流域地表水質綜合評價（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 評價結果

通過專家調查法，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重，具體數值見表1。5個監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，各監測斷面的判斷矩陣和權重值見表2。各污染物單因子指數評價結果見表3。

表1 各污染物的判斷矩陣和權重值

表2 各監測斷面的判斷矩陣和權重值

經檢驗表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，采用方根法，進行層次單排序，具體的賦值和計算結果見表4。經檢驗發現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測斷面權重、污染物權重、實際監測值和評價標準后得出監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評價結果表

表4 監測斷面兩兩比較、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，水質變差，要想改變總沭河王莊閘上水質，必須首先解決新墨河砥平橋斷面水質污染較重的問題，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個監測斷面作為準則層，6個污染物作為方案層，根據以上各監測斷面判斷矩陣、各污染物判斷矩陣和表3中的單因子指數值構建的判斷矩陣，在綜合考慮監測斷面權重、污染物權重、實際監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合的優秀的決策方法，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驗、洞察力和直覺。層次分析法最大的優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法的結果質量，甚至導致AHP法決策失敗。為保證遞階層次結構的合理性，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