基于主客觀組合賦權法的即墨區飲用水源地水安全評價

袁昭 林姣 王晉

摘要：以城市化進程和經濟發展較快而水環境問題比較突出的即墨區為例，結合該區主要河流、水庫及地下水的實際檢測值，基于AHP模型構建了水源地水安全評價體系，并采用層次分析法和熵值法相結合的主客觀賦權法確定了其指標體系的權重。研究結果表明：在水安全評價過程中采取的綜合權重，水質類別、富營養化程度、水質健康風險與水質污染風險的權重分別為0. 32、0.49、0.06與0.13，在一定程度上降低了水安全評價最終的誤差。水庫型水源地的水安全度明顯優于河流型水源地的水安全度，地下水型水源地的水安全度最差。五沽河及龍泉河的水安全度極差，水安全度多年超過80，在2009年中，部分水源地出現反常的不規律波動現象，岙山衛、李家莊、西瓦戈莊及藍村4個地下水型水源地的水安全度突然增高到80甚至100以上。水安全評價為即墨區開展飲用水源地保護和管理提供了科學依據，有利于更加全面的審視區域水資源的可持續性。

關鍵詞：組合權重;水安全評價;層次分析法;熵值法

中圖分類號：X821

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0078-03

1 引言

飲用水源地的作用是涵養與供給水源，但是社會經濟的快速發展與人類活動的增加對飲用水源地帶來了很多水安全問題，這些問題甚至制約著部分地區的社會發展和經濟增長。因此在我國的中央座談會議中總書記做出明確批示，要把切實保護好引用水源，讓群眾喝卜放心水作為帶動城鄉發展的首要任務。國務院及國家環保總部也對各級政府作出了指示并且頒布了《全國飲用水源地環境保護規劃》。由此可見，對飲用水源地的水安全狀況做出評價，有利于開展水源地保護及管理，有利于改善民生、構建和諧社會。

進入21世紀以來，我國對水安全問題的研究越來越多，比較有代表性的是劉昌明提出了生態水利的概念胡。當今的水安全評價不僅僅是水量和水質的簡單評價，還包含水體富營養化評價、水質健康風險評價及水質污染風險評價等方面。現今比較成熟的水安全評價模型或方法有層次分析模型（AHP）、模糊物元模型、灰色關聯模型和DPSIR模型等，眾多模型中采用較多的是AHP模型。

2研究區概況

即墨區位丁山東省青島市，全區總面積1780 km²，地形以低山丘陵和平原為主，地勢呈東南高、西北低分布。即墨區有為大沽河、五沽河、流浩河、桃源河、墨水河、蓮陰河、龍泉河和皋虞河等8條主要河流，其中五沽河、流浩河及桃園河是大沽河的支流，大沽河入膠州灣。即墨區的總流域而積為1594 km²，主要河流長度為332km。即墨區的主要水庫有石棚水庫、宋化泉水庫、挪城水庫及王圈水庫。

3 評價指標體系構建一層次分析模型

AHP分析模型的理論依據是層次分析法。在即墨區飲用水水源地水安全評價中，目標層為即墨區飲用水水源地的水安全度，準則層包含水質類別、富營養化程度、水質健康風險度及水質污染風險度，指標層分別為各個準則層的主要影響因子。最終水安全度被分為好、良好、中、差以及極差五個等級。

水安全評價值R計算公式：

式（i）中，r為各準則層/指標層的評價結果，ω是各準則/指標對應的權重，評價結果以百分制表示，具體結果見表1。

4.1組合權重

在綜合評價中各指標權重的確定至關重要，采用不同賦權法所得的權重在性質與重要性上不同，這對最終的評價結果有較大的影響，相應使之后的分析及保護對策也不同。主觀賦權方法簡單，但人為因素太強，對于評判指標多為人為感覺。客觀權重通過數學計算得到，多反映指標數據之間的區分程度。客觀賦權則取決于樣本數據，權重隨樣本數據的變化而變化。通常隨著樣本數量的增加，權重趨于穩定，但在實際評價過程中大多數情況不能滿足樣本數足夠多。由此可知，單一的使用一種權重容易造成大量信息的損失。為了減少信息的損失，日前較為普遍的是采用主客觀結合的綜合權重。

主觀賦權法主要包括AHP法與Delphi法等方法，客觀賦權法主要包括離差法、主成分分析法與熵值法等方法。而綜合評價法一般采用兩種或者兩種以上的評價方法來求組合權重，權重方法的組合形式應結合實際評價對象與影響因子。在眾多研究中，采用主觀賦權和和客觀賦權法結合的綜合權重是較為合理科學的。

本研究把AHP法和嫡值法的權重進行組合.得到綜合考慮兩種客觀賦權法的指標權重ω_j：

ω_j=（1-a）ω_1j+ω_2j

（1）

式（1）中，ω_1j是層次分析法計算得到的權重，ω_2j是嫡值法計算得到的權重。組合權重隨n的改變而改變，當a=0和a=1時，分別對應于層次分析法和嫡值法。a如何合理的取值，有很多討論，參照前人的研究結果和指標體系的實際情況，本研究取a=0.5。

4.2主觀權重的確定一層次分析法

層次分析法主要包含建立層次結構模型、構建判斷矩陣、求判斷矩陣的最大特征值、特征向量歸一化和一致性檢驗（CR<0.1）等5步。

4.3客觀權重的確定一熵值法

根據信息論，指標的信息熵越小就代表著該指標提供的信息量越大，兇而在綜合評價中所起的作用就會越大，權重就越高;反之，信息熵越大，權重越小。因此，可以通過計算指標的熵值，進一步判斷該指標的信息量，從而得出該指標的權重。熵值法計算權重的方法主要包含將數據無量綱化、指標比重計算、指標熵值計算、差異性系數的計算和指標權重的計算5步。

5結果及分析

5.1權重分析 以準則層為例

圖1為由層次分析法得出的主觀權重、由熵值法得出的客觀權重及主客觀組合得出的綜合權重的柱狀比較圖，由圖1可以看出，主觀權重與客觀權重的大小是存在一定的數值差異的。水質類別、水質健康風險及水質污染風險的主觀權重比客觀權重分別低0. 06，0.10及0.12，富營養化的豐觀權重比客觀權重高0.27。最終用于水安全評價所采取的綜合權重分比為：水質類別0. 32，富營養化程度0.49，水質健康風險0.06，水質污染風險0.13，在一定程度上降低了水安全評價最終的誤差。

5.2水源地水安全度分析

從圖2、圖3可以看出，水庫型水源地的水安全度明顯優于河流型水源地的水安全度，地下水型水源地的水安全度最差。所有水庫型水源地的水安全度從2007年至2011年都小于60。在河流型水源地中，劉浩河、桃園河、連陰河及橫河的水安全度較好，很少高于60;大沽河及墨水河的水安全度較差;五沽河及龍泉河的水安全度極差，水安全度連續多年超過80，需要引起當地水安全管理部門的注意及采取必要的措施來降低水安全度。在地下水型水源地中，65%水源地的水安全度不高于60，在剩下的水源地中，院上、中障及古城水源地的水安全度較差，西橋、移風、考院、三灣莊及舞旗埠水源地的水安全度極差，水安全度在2011年都超過了80。其中考院、三灣莊及舞旗埠水源地的水安全度從2007年至2011年呈上升趨勢。此外，由圖三還可以清晰的看出，在2009年中，部分水源地出現反常的不規律波動現象，岙山衛、李家莊、西瓦戈莊及藍村四個地下水型水源地的水安全度突然增高到80甚至100以上，這應該引起當地部門的足夠重視。

6結語

為了減小單獨使用主觀法或客觀法都帶來的片面性影響，在綜合評價中我們可以把多種賦權方法優化組合，從而使綜合評價中的權重更客觀、準確、有效。本研究提出了主客觀賦權法相結合的組合權重，并且應用于即墨區飲用水水源地水安全評價中，這在一定程度上是權重的分配更加合理。現在組合權重還有待深入研究問題在于如何確定兩種方法的權重分配，目前這方面研究方法的數學推導過于繁瑣，應用性比較差，基本上不具備可操作性，至于如何準確地進行組合賦權，還有待更加深入的研究。