層次分析法在撫仙湖入湖河流水質綜合評價中的應用

徐 臻

(云南省生態環境廳駐玉溪市生態環境監測站，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、大美的湖光山色聞名于世。雖然撫仙湖水質總體仍保持Ⅰ類，但隨著湖周經濟的快速發展，水質已呈現下降趨勢。在湖泊水質污染及富營養過程中，絕大部分面源污染物是通過入湖河流進入湖泊的，因此控制入湖河流污染物對于湖泊治理至關重要，而科學客觀地評價入湖河流的水質污染狀況，是在進行入湖河流水環境綜合治理前必須進行的基本工作。本文運用層次分析法對撫仙湖入湖河流的水環境質量進行綜合評價，為撫仙湖入湖河流水環境綜合治理奠定基礎。

1 原理與方法

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

1.1 評價因子及評價標準

水質評價參照《GB 3838-2002地表水環境質量標準》，其中評價因子達30個，常用的有：①耗氧有機物及氧平衡指標類(DO、COD等)；②有毒及易積累物質類(揮發酚、氰化物、六價鉻等)；③天然水體化學綜合指標類(pH等)以及根據本地區水環境使用功能及污染特點選定的附加項[2]。基于此分類，本文選取揮發酚、氨氮、高錳酸鹽指數、總磷、總氮5項作為評價因子。

1.2 數據來源

本文數據來源于云南省生態環境廳駐玉溪市生態環境監測站2019年度生態環境質量監測報告，撫仙湖入湖河流共設9個斷面監測點，分別為路居河、馬料河、隔河、東大河、山沖河、代村河、梁王河、尖山河、牛摩河。2019年撫仙湖入湖河流評價因子實測結果平均值見表1。

表1 2019年撫仙湖入湖河流評價因子實測結果表 (mg/L)

2 層次分析法在撫仙湖入湖河流水環境質量評價中的應用

2.1 建立層次結構模型

將問題所包含的因素劃分為不同層次，如目標層、準則層和方案層等，用框圖形式說明各層次的遞階結構與因素的從屬關系，其層次結構模型見圖1。

2.2 構造判斷矩陣

建立了遞階層次模型，層次之間目標準則的隸屬關系也就確定了，可以在此基礎上構造判斷矩陣。判斷矩陣表述了每一層各要素相對其上層某要素的相對重要程度。根據撫仙湖入湖河流的污染特征對準則層各評價因子進行重要程度排序，構造A-B的判斷矩陣見表2。

圖1 撫仙湖入湖河流水質綜合評價層次結構模型

表2 A-B判斷矩陣

用評價因子的濃度與其對應的各個水環境質量級別的標準值的差值的倒數作為標度，構建B-C的判斷矩陣[3]。以路居河為例分別構造B-C的判斷矩陣見表3～表7。

表3 揮發酚權重判斷矩陣

表4 氨氮權重判斷矩陣

表5 高錳酸鹽指數權重判斷矩陣

表6 總磷權重判斷矩陣

表7 總氮權重判斷矩陣

2.3 層次單排序及其一致性檢驗

當判斷矩陣不能保證具有完全一致性時，其特征根也將發生變化。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，一致性指標如下：

CR=CI/RI(RI為平均隨機一致性指標)，當CR<0.1，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性。

計算A-B的判斷矩陣的特征向量及最大特征根，并進行一致性檢驗，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B-C判斷矩陣進行一致性檢驗，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

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

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

2.5 結論和建議

用同樣的方法對撫仙湖其余8條入湖河流監測數據進行分析，最終2019年撫仙湖9條入湖河流層次總排序結果見表9。

從層次總排序結果可以看出在9條撫仙湖入湖河流中，隔河、山沖河、梁王河的水質綜合類別為Ⅰ類，代村河、尖山河為Ⅱ類，水質較好。路居河、東大河、牛摩河為Ⅲ類，而馬料河為Ⅳ類，水質較差。因此在今后的入湖河流水污染綜合治理中，應將路居河、馬料河、東大河、牛摩河作為重點對象。

表8 路居河的層次總排序結果表

表9 撫仙湖入湖河流層次總排序結果表

應用層次分析法能準確地評價水體的水質狀況，評價結果真實，而且對污染程度有較清晰的認識，能客觀地刻畫多因素的共同作用。針對撫仙湖入湖河流污染物的問題，應著重從入湖河流生態自凈、農業面源污染防治、畜禽養殖污染防治、農村環境綜合整治、區域水環境綜合整治等幾個方面加強，同時開展流域環境監管能力建設，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狀。