层次分析法(AHP) 在水环境承载力中的应用——以玛纳斯河为例

房 睿

( 新疆石河子水文水资源勘测局，新疆 石河子832000)

1 层次分析法

1.1 层次分析法简介

层次分析法( Analytic Hierarchy Process，AHP) 是美国匹兹堡大学教授、运筹学学者T·L·Saaty 于20 世纪70年代提出的一种对复杂现象的决策思维进行系统化、模型化、数量化的方法［1］，又称为多层次权重分析决策法。该方法分析思路清楚，可将系统分析人员的思维过程系统化、数学化和模型化;分析时需要的定量数据不多，但要求对问题所包含的因素及其关系具体而明确; 这种方法适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析，广泛用于地区经济发展方案比较、科学技术成果评比、资源规划和分析以及企业人员素质测评。

1.2 层次分析法步骤

1) 建立层次结构模型。先将复杂的问题分解成由目标层、准则层及方案层构成的系统［2］，每一层次具有由上至下的支配关系。

2) 构造两两比较判断矩阵。对同一层次的各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较［2］，判断矩阵元素的值反映各因子( 子因子) 对水环境承载力的影响程度［3］。

3) 层次单排序的一致性检验。由判断矩阵AW =λmaxW解出特征根W，经归一化处理。当随机一致性比率CR =CI/RI ＜0.1 时，认为层次单排序的结果有较好的一致性，CI =( λmax－n) /( n－1) 为一致性指标，RI 为平均随机一致性指标［4］。

4) 将所有层次的权重进行总排序［5］。

5) 一致性检验。计算公式为:式中:CIj为单排序的一致性指标; CRj为平均随机一致性指标。当CR ＜0.1 时，该层次具有较好的一致性，否则需要重新调整矩阵。

随机一致性指标是龚木森、许树柏经过1 000多次平均随机计算得出的一致性指标，见表1，判断矩阵标度及其含义见表2。

表1 随机一致性指标RI 值

表2 判断矩阵标度及其含义

2 层次分析法在水环境承载力评价中的应用

2.1 评价指标体系选取的指导思想

全球《21 世纪议程》将环境可持续发展作为一项基本任务。水环境承载力评价指标体系的指导思想包含3 方面:

1) 将某区域内各指标的发展规模作为可持续发展的基础。

2) 评价某区域在特定时期内经济、人口及社会的发展状况。

3) 考虑指标间在可持续发展中的协调性能。

2.2 评价指标体系的建立

根据水环境承载力评价指标体系建立的指导思想、基本原则及内涵分析，本研究将水环境承载力评价指标分为水环境生态承载力、水环境人口承载力和水环境经济承载力3个指标:

1) 水环境生态承载力:水环境对生态系统维持良性运行的支撑力，主要受当地水资源的自然条件及人类开发利用强度的影响。因此，本论文将水资源开发利用率、污径比、水土流失率及植被覆盖率4 项指标作为水环境生态承载力的评价指标。

2) 水环境人口承载力:水环境对一定规模人口经济活动的支撑能力及人均水资源量、水环境容量的丰裕程度。因此，选择人均水资源量、人均GDP 增长率、人均GDP 及人均可供水量4个指标作为水环境人口承载力的评价指标。

3) 水环境经济承载力: 水环境对经济的支撑效率。因此，选择城镇生活污水处理率、城镇恩格尔系数、工业废水重复利用率及农民人均纯收入4个指标作为水环境经济承载力的评价指标。

2.3 应用层次分析法计算权重

1) 将各元素按列作归一化处理，得到矩阵Q:

2) 将Q 中各行元素分别相加得到β1为:

同理，得到β2=0.6042，β3=0.3538

3) 将上式作归一化处理为:

同理，得到а2=0.2014，а3=0.1179

a 即为所求的特征向量

4) 求λmax。

5) 层次总排序的确定，见表3。

表3 层次总排序的确定

3 结 语

1) 本文以区域水环境承载力评价为例，介绍了AHP 法的基本原理和方法步骤，说明该法是用一定标度把人的主观判断进行客观定量化而把定性问题进行定量分析的一种简单实用的多准则评价决策方法，可在区域水环境承载力评价及其变化、自然保护区质量评价和社会经济环境综合决策分析等方面得到广泛应用。

2) 水环境承载力涉及人口经济、社会、资源、环境等多个领域，本文提出了区域水环境承载力评价的指标体系，建立了城市水环境承载力综合评价的AHP 模型，并采用层次分析法来确定权重，准确地得出各评价指标的权系数。

3) 水环境承载能力是一个不确定性问题，影响水环境承载能力的因素众多，且选取影响因素存在一定的主观性，需要在今后的研究中尽可能多地收集资料，充分考虑各因素，以便能更准确地表达水环境承载能力。

［1］王海云. 水环境承载能力调控与水质信息系统模式探讨［J］.水利发展研究，2004，4(6) :19－21.

［2］冯起，曲耀光，程国栋. 地球科学进展［J］. 水利发展研究，1997，12(1) :66－73.

［3］蒋晓辉，黄强，惠泱河. 陕西关中地区水环境承载力研究［J］.环境科学学报，2001，21(3) :312－317.

［4］崔凤军. 城市水环境承载力及其实证研究［J］. 自然资源学报，1998，13(1) :58－62.

［5］李娟，王丽萍，纪昌明. 可持续发展观念下的水资源承载能力理论研究与展望［J］. 科技进步与对策，2004，21( 11) :165－167.