基于層次分析法的迭部縣大氣環(huán)境質量評價

許麗媛

(甘肅省基礎地理信息中心，蘭州 730000)

自改革開放以后，我國經濟發(fā)展速度不斷提升，城市化發(fā)展速度隨之增加.能源消耗日趨嚴重，環(huán)境容量超載、過載形勢嚴峻，及時了解、掌握資源環(huán)境承載能力、狀況及其可能的演變趨勢，開展資源環(huán)境承載能力評價、監(jiān)測、預警工作已經成為一項刻不容緩的基礎性、保障性工作，國家發(fā)改委于2016年下發(fā)《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警技術方法(試行)》，對各個省、自治區(qū)及之下開展資源環(huán)境承載力監(jiān)督管理工作，以長期建立預警機制，其中由土地資源、水資源、環(huán)境、生態(tài)四項基礎要素組對陸域進行全覆蓋評價.大氣作為環(huán)境評價的兩項評價指標之一，在資源環(huán)境承載能力整個評價體系中扮演了了非常重要的角色，空氣中粉塵、臭氧、硫氧化物等污染物含量不斷增加，進而導致霧霾頻發(fā)、空氣質量變差[1].空氣質量惡化會對人體健康、生態(tài)環(huán)境造成很大影響[2]，因此大氣污染治理是我國環(huán)境治理的重要任務之一[3].大氣環(huán)境治理過程中，必須對大氣污染情況進行有效的監(jiān)測與評估.因此對一個地區(qū)的大氣質量評價非常重要，有助于分析大氣環(huán)境質量存在的問題，使大氣污染的防治做到有的放矢.

本研究以位于青藏高原東緣的迭部縣為研究區(qū)，利用層次分析法和該縣的空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)評價了該區(qū)域的空氣質量.該區(qū)域工業(yè)污染相對較少，但是近年來隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展和城市化進程加快[4-5]，在這樣的背景下該區(qū)域的空氣質量有什么樣的變化尚不清楚.同時其地理位置處在青藏高原和內陸地區(qū)的交互帶，對于這樣一個區(qū)域的空氣質量監(jiān)測非常重要.

1 研究區(qū)域概況

迭部縣位于甘肅省南部(東經102°54′54″～104°04′33″，北緯33°39′23″～34°20′02″)，地處青藏高原東緣，該區(qū)域也是青藏高原和黃土高原的交匯地帶，屬于白龍江上游，以白龍江為軸線，呈南北兩側高、中間低的高山峽谷地貌形態(tài)[6].迭部縣屬大陸性典型氣候，季風特點突出，表現(xiàn)為冬干夏濕，雨量集中，溫差大，春季多風少雨，秋季陰雨連綿，年均氣溫6.1～7.3 ℃，年均降雨量447～776 mm之間[7].迭部縣是甘肅省南部最大的天然林區(qū)，是國家級天然林保護區(qū)，森林覆蓋率達到60%以上，境內天然植被良好，具有得天獨厚的綠色生態(tài)系統(tǒng)[8].

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究從迭部縣環(huán)保局獲取了2013～2017年典型大氣環(huán)境污染物SO2，NO2和PM10的質量濃度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為迭部縣環(huán)境監(jiān)測點的實測數(shù)據(jù)(見表1).迭部縣環(huán)境空氣監(jiān)測點位于迭部縣公安局電尕派出所樓上(經度：103°13′25.218″，緯度：34°3′26.717″)，見圖1.

表1 2013～2017年迭部縣主要大氣污染物年均濃度

圖1 迭部縣大氣監(jiān)測點位置圖Fig.1 Map of the observation site

《環(huán)境空氣質量標準》為本研究所采用的關鍵文件，其批號為GB 3095-2012，由中國環(huán)境保護部及國家質監(jiān)局檢疫總局聯(lián)合發(fā)布文件，這一標準的制定可在環(huán)境空氣質量管理與評估中應用，主要涵蓋環(huán)境空氣的實施與監(jiān)督措施、數(shù)據(jù)統(tǒng)計有效性質的規(guī)定、監(jiān)測形式、濃度及平均時間的限定值、污染物項目、標準級別劃分及環(huán)境空氣功能分類等多種內容，在2016年1月以后，在全國范圍內開始應用[9].依據(jù)這一標準表明，當前我國環(huán)境功能區(qū)域劃分主要包括一類和二類兩種，一類區(qū)域涵蓋其余需要特殊保護的區(qū)域、風景名勝區(qū)域及自然保護區(qū)域，二類涵蓋農村區(qū)域、工業(yè)區(qū)域、文化區(qū)域、商業(yè)交通居民混合區(qū)域及居住區(qū)等.一級濃度限值在一類區(qū)域內適用，二級濃度限值在二類區(qū)域中適用，該研究區(qū)迭部縣可對二級濃度限值進行適用.在一類及二類環(huán)境空氣功能區(qū)域內，其質量要求必須符合表2內容.

表2 環(huán)境空氣質量標準(GB 3095-2012)中的SO2、 NO2 、

2.2 層次分析法

最常用的大氣環(huán)境質量評價形式涵蓋模糊評價法、神經網(wǎng)絡法、屬性識別分析法、綜合指數(shù)法、灰色聚類法及層次分析法，相對于其余方式，層次分析法，建成AHP(analytic hierarchy process)，該形式結合了定性與定量分析方法[10]，具有系統(tǒng)、簡潔，所需定量數(shù)據(jù)少，適用、實用性強等優(yōu)點[11-12]，1970年，美國科學家Saaty T L首次提出了層次分析法，其屬于當前評估研究大氣環(huán)境中應用最為廣泛的形式[10].該方式可以將復雜的問題進行多個因素和層次的換分，構建遞接層次系統(tǒng)，針對相同的因素及以上的因素作為準則，對良良因素的重要性進行對比，進行矩陣的判定，對計算的特征向量及最大的特征根進行計算，得出各因素的相對權重，最終根據(jù)綜合權重確定每個要素對最終結果的重要性[12].

層次分析法共計涵蓋四個層次，進行遞接層次結構模型的構建；進行層次判斷矩陣的建造；層次單排序，并進行一致性檢驗；開展層次總排序并進行一致性檢驗[13].

1) 建立遞階層次結構模型

首先，必須將需要解決的問題進行分解，進行措施層、準則層及目標層的模型劃分，明確每一層次的因素及所在位置，以準則層為例，它對措施層的部分元素起支配作用，與此同時，其會受到目標層元素的支配，其由上而下的支配過程可形成遞階層次的結構模型[14].

2) 構建判斷矩陣并求特征向量

3) 層次單排序與層次總排序

層次單排序在相同層次上與之相對應的要素針對上一層次的要素的相對重要性權重計算形式及W這一特征向量的計算形式，層次總排序屬于同一層次中所有元素計算針對目標層相對關鍵性的權重[14].

4) 一致性檢驗

檢驗判斷矩陣一致性指標為CI=λmax-n/(n-1)，RI這一平均隨機一致性指標，具體如表3所列，CR/RI為CR，就是一致性比率，若是一致性比率CR數(shù)值在0.1以下，則其與隨機一致性檢驗相符合，不然必須修改矩陣[14].

表3 平均一致性指標RI(1 000次正反算計算結果)

3 結果分析

3.1 建立迭部縣大氣環(huán)境質量評價模型

根據(jù)本次評價選取的大氣污染因子和評價目的，以迭部縣大氣環(huán)境質量作為目標層，大氣污染因子SO2、NO2、PM10作為準則層，一級、二級的大氣環(huán)境質量級別為措施層，必須進行迭部縣大氣環(huán)境質量評估模型的建立[16]，具體如圖2所示.

圖2 迭部縣大氣環(huán)境質量分層指標體系Fig.2 Hierarchical index system of atmospheric environment quality in Diebu

3.2 構建兩兩比較判斷矩陣

依據(jù)已經建立的迭部縣大氣環(huán)境質量層次結構評估模型，評價因子選用PM10、NO2及SO2，以其分指數(shù)作為標度，進行各準則層相對關鍵判斷矩陣的構建，其為(A-B),其中基準為單向評估因子污染指數(shù)，建立在GB 3095-2012的《環(huán)境空氣質量標準》之上，進行評價因子濃度及二級標準比值的計算：B(SO2)/B(SO2)標準；B(NO2)/B(NO2)標準；B(PM10)/B(PM10)標準，由此構建判斷矩陣(A-B)如表4所列.

表4 A-B判斷矩陣

措施層兩兩比較判斷矩陣(B-C)是以評價因子的年均濃度值與其相對應的一、二兩級大氣質量級別的標準值之差的倒數(shù)為標度：1/∣C-C標準∣，構成的判斷矩陣如表5～7所列.

表5 B1-C判斷矩陣

表6 B2-C判斷矩陣

表7 B3-C判斷矩陣

3.3 層次單排序權重的計算及一致性檢驗

依靠層次單排序權重形式計算方法，對矩陣進行判斷，并開展一致性檢驗，具體如表8所列：由此可以得出，2017年，各個判斷矩陣的一致性比率CR在0.1以下，所以，矩陣判斷必須與一致性檢驗相符合.

表8 層次單排序和一致性檢驗表

3.4 層次總排序組合權重計算及一致性檢驗計算

依靠計算模型的方式，層次總排序與權重計算相組合，開展一致性檢驗，檢驗發(fā)現(xiàn)，2017年，總排序的一致性比率CR值在0.1以下，其與矩陣一致性檢驗要求相滿足.

表9 層次總排序和一致性檢驗表

3.5 確定大氣質量環(huán)境級別

從表8的排序結果可知，2013年權值最大所對應的大氣質量級別為二級，權值為0.532，因此2013年迭部縣大氣環(huán)境質量為二級，對2014～2017年間迭部縣大氣環(huán)境質量依照同樣的計算方法進行分析評價，計算得出各年層次總排序結果如表10所列.

表10 各年層次總排序

從表10算出的權重值可得，從2013到2017這5年間，迭部縣大氣質量持續(xù)好轉，從2013年的二級上升到2017年的一級.其中，2013～2015年，迭部縣空氣質量狀況處于二級標準，2016～2017年，迭部縣空氣質量處于一級標準，大氣環(huán)境質量最差的年份為2013年，最好的年份為2017年，這一年，大氣環(huán)境質量一級權重為0.702 8，二級權重為0.297 2，一級權重值遠高于二級權重值，表明2017年迭部縣大氣質量污染物少，大氣質量好，如圖3所示.

圖3 迭部縣大氣環(huán)境質量級別權重Fig.3 Weights of atmospheric environmental quality level in Dianbu

結合表10和圖3看出，迭部縣的大氣環(huán)境質量二級權重數(shù)值顯著下降，從2013年的0.531 8下降到2017年的0.297 2，一級權重呈現(xiàn)明顯上升趨勢，從2013年的0.468 2上升到2017年的0.702 8，標志著近5年間，迭部縣大氣環(huán)境質量狀況明顯好轉，迭部縣大氣環(huán)境質量評價因子權重如圖4所示.

圖4 迭部縣大氣環(huán)境質量評價因子權重Fig.4 Evaluation factor weight of atmospheric environment quality in Diebu

由圖4可知，迭部縣大氣環(huán)境質量主要受PM10影響，其所占權重在0.371～061 6之間，其次為NO2，所占權重區(qū)間為0.253～0.432，SO2所占權重最低，所處區(qū)間為0.109～0.239.

3.6 成因分析

近幾年來，甘南州及迭部縣政府采取了最嚴格的環(huán)境保護及治理政策，實施制定了《甘南州全域無垃圾三年治理提升行動實施方案》、《中共甘南州委、甘南州人民政府關于搶占“綠色崛起”制高點打造“環(huán)境革命”升級版縱深推進城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治的意見》、《甘南州城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生綜合整治工作標準》、《甘南州城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生綜合整治督查考評辦法》等環(huán)保規(guī)章制度，迭部縣政府也開展了一系列城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治行動，這些政策的實施開展是迭部縣空氣質量好轉的主要原因.

4 結論

層次分析法實用、適用性強，本文利用此方法對迭部縣2013～2017年大氣環(huán)境質量進行綜合評價.結果表明：近5年來，迭部縣空氣質量好轉趨勢明顯，從2013～2015年的處于二級標準上升到2016～2017年處于一級標準，相對來說，2013年迭部縣大氣環(huán)境質量最差，2017年大氣環(huán)境質量最好.研究期間，PM10對迭部縣的大氣環(huán)境質量受影響最大，其權重在0.371～0.616之間，要保持甚至提高迭部縣大氣環(huán)境質量，需主要加強對PM10的污染控制.從上述分析來看，迭部縣總體大氣環(huán)境質量較好，大氣質量等級從二級轉變?yōu)橐患墸@與近些年當?shù)卣葑キh(huán)保，制定相關環(huán)保政策密不可分.