层次分析法在地表水质评价中的应用

杜鹏程 杨 智

（淮河水资源保护科学研究所 蚌埠 233001）

层次分析法在地表水质评价中的应用

杜鹏程 杨 智

（淮河水资源保护科学研究所 蚌埠 233001）

本文简要介绍了层次分析法的定义、特点和基本步骤，并以新沂市尾水导流工程地表水质现状评价为例进行了断面的污染程度比选，最后得出结论，进而给出层次分析法的优点和使用时的注意事项。

层次分析法 水质 综合评价

1 前言

层次分析法产生于20世纪70年代初，由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂（T.L.Saaty）提出，1982年传入我国，在能源系统分析、城市规划、经济管理、科研成果评价等许多领域得到了应用。本文试图在环境评价领域应用层次分析法进行一些探讨。

2 评价方法简介

所谓层次分析法（Analytic Hierarchy Process简称AHP），是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。层次分析法是将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再加权和的方法递阶归并各备选方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案。

层次分析法的基本步骤为：（1）分析系统中各因素间的关系，对同一层次各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断矩阵；（2）由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重，并进行判断矩阵的一致性检验；（3）计算各层次对于系统的总排序权重，并进行排序。最后，得到各方案对于总目标的总排序。

3 实例分析

在地表水质评价中，为相对精确地比较不同断面污染程度，必须对其不同污染物的重要性和超标情况加以评价并得出综合性结论，然后根据各断面所在水域的保护类别，确定其重要性，最后对各断面环境质量状况进行排序。这里选取的例子是新沂市尾水导流工程地表水质现状评价。

3.1 目标层

区域或流域地表水质综合评价（A）。

3.2 准则层

参评的污染物有6 项，分别是：pH（B1）、COD（B2）、CODMn（B3）、氨氮（B4）、DO（B5）和BOD（B6）。

3.3 方案层

参评的监测断面有5个，分别是：新墨河砥平桥（C1）、沭河铁路桥（C2）、沭河王庄闸（C3）、新沂河新设排污口处（C4）和新沂河总沭河口处（C5）。

3.4 评价结果

通过专家调查法，对以上6个污染物重要性进行打分，由于COD和氨氮是总量控制因子，因此最重要，CODMn和BOD次重要，pH和DO最次，建立起判断矩阵，采用方根法进行计算，得出了各污染物的权重，具体数值见表1。5个监测断面中沭河王庄闸最重要，新墨河砥平桥和沭河铁路桥次重要，新沂河总沭河口处再次，新沂河新设排污口处最次，各监测断面的判断矩阵和权重值见表2。各污染物单因子指数评价结果见表3。

表1 各污染物的判断矩阵和权重值

表2 各监测断面的判断矩阵和权重值

经检验表1矩阵CR=0.003＜0.1，表2矩阵CR=0.002＜0.1，均具有完全一致性。

针对每一个污染物对5个断面两两比较单因子指数，采用方根法，进行层次单排序，具体的赋值和计算结果见表4。经检验发现5个CR值均小于0.10，故符合一致性要求。

本例子在综合考虑监测断面权重、污染物权重、实际监测值和评价标准后得出监测断面总排序为新墨河砥平桥（C1）、沭河王庄闸（C3）、沭河铁路桥（C2）、新沂河总沭河口处（C5）和新沂河新设排污口处（C4），新墨河砥平桥断面（C1）污染最重，其次为沭河王庄闸断面（C3）。

4 结论和讨论

新墨河砥平桥断面（C1）6个参评污染物有5个超标，最大超标3.17倍，且断面较重要，所以得分最高，污染程度最大，是下一步治理的重点。

表3 评价断面各污染物单因子指数评价结果表

表4 监测断面两两比较、层次单排序和层次总排序一览表

沭河铁路桥断面（C2）6个参评污染物均达标，但是由于断面较重要，所以得分居中游。

沭河王庄闸断面（C3）6个参评污染物仅氨氮超标，超标0.28倍，但是由于断面最重要，所以得分次高。

新沂河新设排污口处断面（C4）6个参评污染物有3个超标，最大超标0.72倍，但是由于断面不重要，所以得分最低。

新沂河总沭河口处断面（C5）6个参评污染物均达标，但是由于断面重要性高于新沂河新设排污口处断面，所以得分次低。

由上可见，总沭河省界入境断面水质较好，但是由于新沂市城市排污量较大，通过新墨河流入总沭河后，在总沭河王庄闸上积蓄，水质变差，要想改变总沭河王庄闸上水质，必须首先解决新墨河砥平桥断面水质污染较重的问题，也即削减新沂市城市排污总量或建设尾水导流工程。

另外也可以应用层次分析法确定该水域的污染物排序问题，方法是将5个监测断面作为准则层，6个污染物作为方案层，根据以上各监测断面判断矩阵、各污染物判断矩阵和表3中的单因子指数值构建的判断矩阵，在综合考虑监测断面权重、污染物权重、实际监测值和评价标准后得出污染 物 综 合 排 序 值 为0.002 （pH）、0.058（COD）、0.023（CODMn）、0.062（氨氮）、0.006（DO）和0.036（BOD），最终排序为氨氮、COD、BOD、CODMn、DO和 pH，氨氮和 COD为下一步重点治理的污染物。

AHP方法不仅原理简单，而且具有扎实的理论基础，是定量与定性方法相结合的优秀的决策方法，特别是定性因素起主导作用的决策问题。运用层次分析法有很多优点，其中最重要的一点就是简单明了。层次分析法不仅适用于存在不确定性和主观信息的情况，还允许以合乎逻辑的方式运用经验、洞察力和直觉。层次分析法最大的优点是提出了层次本身，它使得使用者能够认真地考虑和衡量指标的相对重要性。

使用层次分析法时如果所选的要素不合理，其含义混淆不清，或要素间的关系不正确，都会降低AHP法的结果质量，甚至导致AHP法决策失败。为保证递阶层次结构的合理性，需把握以下原则：（1）分解简化问题时把握主要因素，不漏不多；（2）注意相比较元素之间的强度关系，相差太悬殊的要素不能在同一层次比较