基于改进AHP 方法的沂沭泗地区水环境安全评价

张凤翔

（淮委沂沭泗水利管理局 江苏徐州 221009）

1 引言

沂沭泗地区位于我国东部的前沿地带，具有重要的区位优势和战略意义，是我国重要的粮棉油生产基地。准确评价沂沭泗地区水环境安全影响因子，确定影响沂沭泗地区水环境安全的主要因素，对加快沂沭泗地区水环境安全综合治理，推进江苏、山东两省水环境改善和经济发展具有非常重要的作用。目前，在水环境安全评价方法中，层次分析法(AHP，AnalyticHierarchyProcess)是比较常用的一种数学方法。但由于水环境影响因素很多，且彼此相互影响、相互制约，构成了一个复杂的系统，在构造矩阵评价较多因子时，采用1～9 标度法会导致判断过程存在复杂性和模糊性，判断矩阵较难通过一致性检验。本文参考已有研究成果，针对沂沭泗地区水环境实际情况，建立该地区水环境安全评价指标体系，构建基于3 标度(-1，0，1)的改进AHP 方法的水环境安全评价指标比较矩阵，来确定影响沂沭泗地区水环境安全的主要因素。

2 改进AHP 方法的决策程序

AHP 法是美国运筹学家TL.Saaty20 世纪70年代初提出的一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。它先计算出参评因素的相互关联度和隶属关系，通过两两比较构造出比较矩阵，从而确定层次中各因素的相对重要性，然后构造出判断矩阵，以确定各元素的权重。在构造出判断矩阵时，当因素个数较多时，采用1～9标度法，不仅导致迭代次数多，增加了计算量，而且判断矩阵很可能不具有一致性或者一致性较差，计算出的权重可靠性较低。为此，本文采用3 标度（1，0，-1）法构建判断矩阵，对常规的AHP 方法进行了改进。

2.1 建立层次结构模型

对问题进行系统分析，弄清该问题系统所包含因素、因素之间的相互关系以及最终需要解决的问题，并把这些元素按不同属性分为若干组，形成不同层次。

2.2 构造判断矩阵

判断矩阵元素的值反映了各元素的相对重要性。本文基于三标度（1，0，-1）的改进AHP 方法的标度含义为：1 表示Ci比Cj重要；0 表示Ci和Cj由同样重要；-1 表示Ci不如Cj重要。通过相应两两指标比较，建立比较矩阵，进而确定判断矩阵。该方法带有自调节功能，不需要进行一致性检验，与其他标度相比具有良好的判断传递性与标度值的合理性，有利于决策者在比较判断过程中提高准确性。

2.3 求解矩阵特征向量

通过求解判断矩阵的特征向量，作为本层次各个要素的优先权重向量，即该层要素关于相邻上一层次要素的优先权重。再根据加权组合计算，可得出同一层所有要素对于目标层相对重要性的排序权值。

3 改进AHP 方法在沂沭泗地区水环境安全评价中的应用

3.1 建立沂沭泗地区水环境安全评价指标体系

沂沭泗地区隶属淮河流域，位于淮河流域东北部，其水环境安全评价指标可参考淮河流域水环境影响因素来选定，根据作者已有研究成果，建立沂沭泗地区水环境安全评价指标体系（见图1）。该体系分为目标层A、准则层B和指标层C共3 个层次。

图1 沂沭泗地区水环境安全评价指标体系

3.2 构造判断矩阵

本文用各指标因子对水环境安全的影响程度来确定各评价指标的权值。假定上一层次的元素Bk作为准则，且对下一层次的元素C1，C2，C3，…，Cn有支配关系，聘请一些经验丰富、学识渊博的专家，针对Bk两个元素Ci和Cj的相对重要性用数值表示出来，便可构成判断矩阵。本文利用数学方法综合调查访问所得各方面的意见，给出各要素的相对重要性权重。根据专家咨询结果，整理得到沂沭泗地区水环境安全系统中目前考虑的21 个因素的A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C 等两两判断矩阵。

3.3 求解矩阵特征向量

代入计算得：

再次，用方根法求出矩阵A-B的特征向量，即为该层次n个要素的优先权重向量。求解得矩阵A-B的特征向量为∶

同理求出判断矩阵B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C的特征向量∶

以准则层要素污染源安全B1为例，通过加权组合，计算出对应的方案层要素C1，C2，C3，C4相对于目标层A 的权重重排序。

同理求出方案层其它要素相对于目标层 A的权重排序。计算结果见表1。

表1 沂沭泗地区水环境安全评价指标权重值与排序

4 结论

本文将基于改进AHP 法用于评价沂沭泗地区水环境安全。结果表明：改进AHP 方法对水环境安全综合评价切实可行。它避免了传统的AHP 法易陷入判断矩阵不一致的缺点，逻辑清晰，易为决策者接受和掌握。评价结果具有客观性、科学性、计算过程简洁和可操作性等特点，便于推广应用。

评价结果表明：影响沂沭泗地区水环境安全的因素中，权重最大的5 个指标依次是，河流水质级别、城市废污水排放量、河流生态需水量压力、地表水体CODCr质量浓度、污染物排放强度。流域内污染源安全、地表水环境安全、地下水环境安全、水土保持安全、生态系统安全5 个子安全体系，可分别选取城市废污水排放量、河流水质级别、地下水水位年均下降量、水土流失率、河流生态需水量压力作为表征因子。

1 彭盛华，翁立达，赵俊琳.汉水流域水环境安全管理对策探讨[J].长江流域资源与环境，2001，10(6)：530-536.

2 樊彦芳，刘凌，陈星等.层次分析法在水环境安全综合评价中的应用[J].河海大学学报（自然科学版），2004，32(5)：512-514.

3 刘哲，张江山.层次分析法在水库水质评价中的模型设计及应用[J].江苏环境科技，2005，18(2)：33-35.

4 张凤翔.基于层次分析法的淮河流域水环境安全综合评价[J].治淮，2007，（4）：22-25.

5 赵中奇.带有自调节功能的层次分析[J].控制与决策，1992，7(1)：53-71.