水环境规划中的层次分析模型研究

马鹏刚

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

水环境规划中的层次分析模型研究

马鹏刚

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

水环境规划是现代环境规划的重要内容，而层析分析法是水环境规划的有效手段之一。根据层次分析法的原理，建立层次分析决策模型，并结合实际，确定出环境治理指标的优先原则。

水环境规划，层次分析法，判断矩阵

环境规划是指为使环境与社会经济协调发展，把“社会——经济——环境”作为一个符合生态系统，依据社会经济规律、生态规律和地学原理，对其发展变化趋势进行研究而对人类自身活动和环境所做的时间和空间的合理安排。它具有提高决策的有效性、可靠性和可行性的优点［1］。

水环境规划时对某一时期内的水环境保护目标和措施所作出的统筹安排和设计。其目的是在发展经济的同时保护好水质，合理地开发和利用水资源，充分的发挥水体的多功能用途，在达到水环境目标的基础上，寻求最小的经济代价或最大的经济和环境效益。水环境规划时区域规划和城市规划的重要组成部分。

1 层次分析法(AHP法)

层次分析法(Analytical Hierarchy Process，简称 AHP)作为规划环评的有效手段之一，已写入《规划环境影响评价技术导则(试行)》。层次分析法是一种能够将定性分析与定量分析相结合的新型多目标决策方法。它最早是在 20世纪 70年代，由美国匹兹堡大学教授萨蒂提出来的。这种方法应用于规划环评，用来处理既有复杂因素的社会、经济合欢进个问题，通过过建立判断矩阵的过程，逐步分层地将众多环境影响因素和个人决策因素综合起来，进行逻辑思维，然后用定量的形式表示出来，从而使复杂问题从定性的分析向定量结果转化。层次分析法存在的主要问题是指标体系的健全与完善，以及专家调查或专家打分制度的规范化和标准化［2］。

1.1 层次分析法的原理

层次分析法是系统更年工程中对非定量分析的一种简便方法，也是对人们主观判断作客

观描述的一种有效方法。主要途径就是通过把问题层次化，根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解成不同的组成因素，并因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析解耦模型。最终把系统分析归结为最低层(供决策的方案措施等)，相对于最高层(总目标)的相对重要性全职的确定或相对优劣次序的排序问题。

1.2 层次分析法的特点

AHP法能将复杂问题中的各种因素通过计划分为相互联系的有序层次使之条理化，并能

数据、专家意见和分析这的客观拍段直接而有效的结合起来。其优点有:(1)系统性的分析方法;(2)简洁实用的决策方法;(3)所需的定量数据信息量少等优点。同时，AHP法也有自己的不足之处:(1)不能为决策提供新的方案;(2)定量数据较少，定性成分多，不宜令人信服;(3)指标过多时数据统计量大，且权重难以确定;(4)特征值和特征向量的精确求法比较复杂。

2 以水环境规划为例研究层次分析法

2.1 构造层次结构模型

将流域的水环境质量作为层次分析的目标层，将各断面作为层次分析的准则层，将各污染物的单因子作为层次分析的指标层，建立层次结构模型如图1:

图1

2.2 构造两两判断矩阵及求矩阵最大特征值

任何系统分析都以一定的信息为基础，层次分析法的信息基础主要是人们对每一册歌词中各因素相对重要性给出的判断。在水环境规划中，主要是考虑各断面在水环境质量评价中的相对重要性，这些判断通过引入合适的标度用数值表示出来，表示成判断矩阵，判断矩阵表示针对上一层次某因素，本层次与其有关因素间相对重要的比较。在层次分析法中，为了使决策判断量化，形成上述判断矩阵，A.L.Satty引入了表1所示的1～9标度方法。

表1 判断矩阵标度及其含义

在水质评价中的各单因子可以两两相互比较形成判断矩阵。判断矩阵的特针织计算采用和值法计算［3］。

2.3 计算矩阵——指标

表2 平均随机一致性指标RI

2.4 层次总排序

计算同一层次所有因素对于最高层(总目标)相对重要性排序权值称为总排序，该过程是最高层次到最低层次逐层进行的，若上一层 A包含有 m个因素，A1，A2，…，Am，其层次总排序权值分别为 a1，a2…am，下一层次 B包含 n个因素B1，B2，…，Bn，且相对于因素 Aj的单排序权值分别为 b1j，b2j，…，bnj;(当 Bk与 Aj无关联时，bkj=0)得出 B层次总排序权值为［3］:

3 层次分析法在水环境规划中的应用

在水环境流域规划中，为对某区域几个监测面进行水质综合评价，利用层次分析法对水质进行综合评价，比较各断面污染情况，民却主要污染物。

3.1 A～B矩阵的构造及其检验

构造A～B判断矩阵。根据各断面功能区划分，根据各断面环境质量标准要求及其相对重要性，得出各自的判断矩阵;判断矩阵的特征值用和法进行计算。通过计算得出矩阵特征向量并据此计算矩阵的最大特征值;判断矩阵的一致性检验，判断是否具有比较满意的一致性。

3.2 B～C矩阵的构造及其检验

B～C矩阵的构造及特征向量和特征值的计算，根据对断面的检测结果对其枯水期各污染物逐一进行单因子评价，按标准指数法就按各污染物单因子指数结果;根据单因子指数结果，将各污染物单因子两两比值作为判断矩阵中的元素，得出B～C判断矩阵。

3.3 层次总排序及一致性检验

通过总排序一致性检验可知层次总排序是否具有满意的一致性。

由计算就可以知道哪一断面水质最差，那些水质较好的断面，从而通过调查了解各断面的污染状况、原因及其该区域治理的重点对象。

由此可见，在环境规划和环境污染防治中，通过层次分析法对环境进行综合评价，可以为得出优先治理的次序提供可靠的依据。

4 层次分析法在环境领域中的扩展

4.1 改进的模糊层次分析方法

改进传统的层次分析法，将互反型判断矩阵改为模糊一致性判断矩阵，并把和行归一法或方根法与特征向量法结合使用，提出了改进的模糊层次分析法。结果，指出传统的层次分析法往往会导致判断矩阵不满足一致性条件，需要检验和修正，而且计算精度不高。改进后的模糊层次分析法既解决了判断矩阵的一致性问题，又解决了解的收敛速度及精度问题，以此求得与实际相符的排序向量。

改进传统的层次分析法较传统的层次分析法更加完善和行之有效，并符合人们的思维逻辑，形式简单，准确，且易建立。另外，由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件，无需再进行一致性检验，同时也可大大减少叠代次数，提高收敛速度，满足计算精度的要求，从而为多目标决策提供了较为可靠的决策方法。 改进的模糊层次分析法其优点在于:三标度法属互补型标度，符合人们的思维逻辑，其形式简单，由其度量各元素之间的比较关系;就其质而言，不存在度量不准确的可能性，建立的优先判断矩阵虽然粗糙，但极易建立;由优先判断矩阵改造而成的模糊一致性矩阵满足一致性条件，无需再进行一致性检验。若把由方根法或和行归一法求得的目标权重W=(w1，w2，…wn)T作为特征值法的叠代初值 V0=V0(v01，v02，…v0n)T，则可大大减少叠代次数，提高收敛速度，同时又可以满足计算精度要求［4－5］。

4.2 同一度层次分析方法

层次分析方法的基本内容是:首先将对象层次化，即将包含在对象中的所有因素按其地位或作用不同划分成一定的层次。然后，确定各因素之间的隶属关系，构成一个多层次的分析模型，经构造判断矩阵等一系列过程，把系统分析归结为最低层对于最高层的相对重要性权值的确定，或相对优劣次序的排列，使问题得到最终解决。同一度层次分析法是用集对分析中的同

一化法处理已知的环境监测数据，使最终结果更为客观、合理［6］。

5 结论

如何准确评价流域水环境规划的指标，是环境规划的一个重点内容，本文以水环境规划为例，应用层次分析法建立指标模型，来综合评价影响水环境规划的各个因素。从我国实际情况看出为了满足制定生态环境治理规划及追踪建设效益分析的要求，又由于层次分析法具有高度的逻辑性、系统性、简洁与实用性的特点，可以作为地方政府部门进行本地区生态环境质量规划的有效手段。

［1］郭怀成，尚金城，张天柱.环境规划学［M］.北京:高等教育出版社，2001，11.

［2］杨常青，蔡春霞，舒艳.规划环评编制过程中常见的困难及解决方法［A］.中国环境科学学学术年会优秀论文集［C］.2006:1279－1281.

［3］朱国宇，黄川友，华国春.层次分析法在水环境规划中的应用.东北水利水电，2003，21(225).

［4］李永.多目标决策中目标权重的确定法［J］.甘肃工业大学学报，2003，29，(3):118－119.

［5］易大义.计算方法［M］.杭州:浙江大学出版社，1989.

［6］张松滨.同一度层次分析与环境质量评价.贵州环保科技，2003(2).

The water environment planning in the Analytic Hierarchy Process model research summaries

MA Peng－gang
(College of Urban and Environmental Science，Northwest University，Xi’an Shaanxi 710127)

The water environment planning is an important part of environment planning，and the Analyric Hierarchy process(AHP)is an effective tool of analysis water environment planning.According to the principle of analytic hierarchy process，a decision model of level analysis，and connecting with the reality，it determines the priority principle of environmental management.

Water environment;planning;Analytic Hierarchy Process and Judgment matrix

P641.1

A

1004－1184(2012)01－0080－02

2011－09－05

马鹏刚(1984－)，男，甘肃庆阳人，硕士研究生，主要从事自然地理学方面的研究。