城市湖泊水环境的AHP分析——以宁夏文萃湖为例

王丽丽，杨　瑞

（宁夏大学 资源环境学院，宁夏 银川 750021）

城市湖泊水环境的AHP分析
——以宁夏文萃湖为例

王丽丽，杨瑞

（宁夏大学 资源环境学院，宁夏 银川 750021）

在文萃湖东西南北中5个采样点进行了6项理化指标的检测，并应用层次分析法（AHP）通过6项理化指标对水质进行综合评价。结果表明：层次分析权重值在各个指标中有差异，分别为0.303，0.264，0.142，0.136，0.063，0.053，0.039，文萃湖的综合营养状态指数为1.461，水质较差；通过对东、西、南、北、中五个点的氨氮、总磷等的含量进行对比，发现湖中心地区水质明显好于湖泊周边地区；AHP分析结果与实际基本相符。

水质评价；层次分析法；富营养化；文萃湖

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.14

随着我国经济的快速发展，大量污水不达标排放，使得污染加重，对我国水环境造成了严重的威胁［1］。环境保护部发布的《2013年中国环境状况公报》表明：全国水环境质量不容乐观。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和西北诸河十大水系的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为71.7%、19.3%和9.0%［2］。在监测营养状态的61个湖泊（水库）中，富营养状态的湖泊（水库）占27.8%，其中轻度富营养和中度富营养的湖泊（水库） 比例分别为26.2%和1.6%。在4 778个地下水监测点位中，较差和极差水质的监测点比例为59.6%［3］。水质的好坏关系到国民经济的发展和人民的身体健康，水质评价也变得尤为重要［4］。因此，本研究基于层次分析法（AHP）从氨氮、总磷、溶解氧等几个方面入手，对宁夏银川文萃湖进行水质评价，为合理改善和保护湖泊水质提供借鉴。

1　试验材料与方法

1.1研究区概况

文萃湖位于宁夏银川西夏区，处于干旱半干旱温带大陆性气候区，四季分明，春迟夏短，秋早冬长，昼夜温差大，雨雪稀少，蒸发强烈，气候干燥，风大沙多等。年平均气温8.5℃左右，年平均日照时数2 800～3 000 h，年平均降水量200mm左右，无霜期185 d左右。文萃湖北侧为贺兰山西路，湖中心为公园，西南两侧为烧烤、休闲中心，除此之外，无其他直接湖泊污染源。湖泊面积13 hm2，主要补给水源为西干渠，每年补给3次。

图1　文萃湖采样点分布

1.2测定项目与方法

1.2.1采样方法

文萃湖泊四周污染情况并不一致，所以在湖的四周岸边各设一个采样点，湖中心设一个采样点，用采水器在水下40～50 cm处采集水样（图1）。采样时，在每个采样点各采集水样两瓶，并将水样置于棕色容量瓶内进行保存；将其中一瓶水样中迅速加入硫酸锰和碱性碘化钾溶液，留作DO的测定。

1.2.2测定项目及测定方法

pH值的测定采用玻璃电极法 （国标）；化学需氧量（COD）采用快速消解分光光度法（国标）测定；溶解氧（DO）采用碘量法（国标）测定；氨氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（国标）测定；总磷采用钼酸铵分光光度法（国标）；透明度采用塞氏盘法。每个指标设3次重复测定。

2　层次分析法

层次分析法于1982年引入中国，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多准则的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序和总排序，是多指标、多方案优化决策的系统方法［5］。

2.1指标层次结构建立

根据湖泊的实际情况以及所选取的指标，将水质安全综合评价分为三个层次：目标层、中间层和原始指标层［6］。（见表1）

表1　指标层次结构

2.2为指标赋值及其权重值

应用层次分析法对水质进行评价，由专家对评价的各个指标的重要性进行打分，并构造判断矩阵［7］。

2.2.1层次单排序

层次单排序是对每一层指标的重要性进行赋值，构造判断矩阵［7］。

首先，建立A-B层的两两判断矩阵（见表2）。

表2　A-B层判断矩阵及权重

对该判断矩阵进行归一化后，分别得到B1、B2、B3相对于A的权重值，即判断矩阵A-Bi的特征向量Wi为0.643 4，0.282 8，0.073 8，并且0.643 4＞0.282 8＞0.073 8，因此B1相对于B2重要，B2相对于B3重要，并由一致性检验公式CI= （λmax-n）/（n-1）得出：CI=0.048 3＜0.1，满足一致性要求，通过一致性检验。

其次，建立B-C层的两两判断矩阵。

（1）建立B1-C层（营养盐指标）的判断矩阵（见表3），将C1、C2两个指标相对于B1的重要性进行比较。

表3　B1-C层的判断矩阵及权重

对该判断矩阵进行归一化后，分别得到C1、C2相对于B1的权重值，即判断矩阵A-Bi的特征向量Wi为0.25，0.75，且0.75＞0.25，C1相对于C2重要，并由一致性检验公式CI=（λmax-n）/（n-1）得出：CI=0＜0.1，满足一致性要求，通过一致性检验。

（2）建立B2-C（氧平衡指标）层的判断矩阵（见表4），将C3、C4两个指标相对于B2的重要性进行比较。

表4　B2-C层的判断矩阵及权重

对该判断矩阵进行归一化后，分别得到C3、C4相对于B1的权重值，即判断矩阵A-Bi的特征向量Wi为0.833 3，0.166 7，0.833 3＞0.166 7，即C3相对于C4重要，且并由一致性检验公式CI= （λmax-n）/（n-1）得出：CI=0＜0.1，满足一致性要求，通过一致性检验。

（3）建立B3-C层 （常规水质指标）的判断矩阵（见表5），将C5、C6、C7两个指标相对于B3的重要性进行比较。

表5　B3-C层的判断矩阵及权重

该判断矩阵进行归一化，分别得到C5、C6、C7相对于B3的权重值，即判断矩阵A-Bi的特征向量Wi为0.260 5，0.633 3，0.106 2且0.633 3＞0.260 5＞0.106 2，因此，C6相对于C5重要，C5相对于C7重要，并由一致性检验公式CI=（λmaxn）/（n-1）得出：CI=0.027 7＜0.1，满足一致性要求，通过一致性检验。

2.2.2层次总排序

表6　层次总排序的权重值

3　结果与分析

3.1文萃湖理化指标检测结果及分析

图2　文萃湖不同位置的COD、DO、氨氮、总磷浓度

由图2可知，东西南北中5点氨氮浓度分别为1.79 mg/L、1.81 mg/L、1.88 mg/L、1.54 mg/L、1.49 mg/L，西南两点的氨氮浓度明显高于其他3点，水质类别为Ⅳ～Ⅴ类；COD的含量分别为5.64 mg/L、4.90 mg/L、5.41 mg/L、3.94 mg/L、4.24 mg/L，东西南3点的含量明显高于其他两点，水质类别为Ⅰ类（COD含量≤15mg/L［9］）类。

如图2所示，文萃湖5个采样点的总磷含量分别为0.17 mg/L、0.24 mg/L、0.15 mg/L、0.17 mg/ L、0.17 mg/L，东南北中4点的总磷含量大致相等，而西侧采样点的总磷含量明显高于其他4点，水质类别为Ⅳ～劣Ⅴ类；溶解氧含量分别为12.37 mg/L、12.14mg/L、13.11mg/L、13.82mg/L、13.29 mg/L，东西两点的溶解氧含量略低于南北中两点，水质类别处于Ⅰ类。

综上所述，氨氮、总磷含量较高，是文萃湖的主要污染物，湖泊总体水质较差。

3.2水质状态评价

综合营养状态指数由下式计算：

式中：CNI——综合营养状态指数；

Wi——指标i的归一化权重值；

Pi——第i种指标的归一化值［9］。

表7　各个指标的权重值及综合营养状态指数

在基于层次分析法的水质评价中，分别进行了层次单排序和层次总排序，得出了各个指标的权重值以及各个指标在湖泊水质中的重要程度，得出了文萃湖的综合营养状态指数为1.461，并且由图2实验结果分析得出，在采集水样的5个监测点中，湖中心的水质明显好于其他4点水质，而西侧的水质明显劣于其他4点的水质，在5个监测点的实验结果中，氨氮、总磷的含量较高，并且氨氮、总磷等指标的水质类别都处于Ⅳ类以下，湖泊水质较差。

4　评价结果与讨论

4.1评价结果

从层次分析法评价的结果来看：（1）由层次分析法计算出各个指标在水质状态中的权重值，得出文萃湖氨氮、磷等的含量处于较高状态，湖泊水体总体处于较差状态。（2）文萃湖水质评价指标体系与实验数据结合，得出文萃湖湖的综合营养状态指数为1.461，湖泊水体总体较差。

理化检测指标的结果与分析主要表现为：通过对东、西、南、北、中5个点的氨氮、总磷等的含量进行对比，反映出湖泊水体各个点的营养化状态差异，湖中心地区由于受污染较少，水质明显好于湖泊周边地区。

综上所述，由层次分析法得出的湖泊水质状态与试验测得结果相符。

4.2讨论

4.2.1影响文萃湖水质的因素

文萃湖北侧为贺兰山西路，车流量多，汽车尾气中的氮氧化物等对湖泊水造成了直接的污染，使水体中氨氮含量有所升高，造成湖泊营养化。文萃湖周边居民垂钓人数较多，烧烤、休闲人数多，对湖泊的营养化状态也造成了一定的影响。文萃湖东侧有放养的鹅、鸭等对湖泊水质也产生了一定的影响。湖泊清淤次数少。

4.2.2改善水质的措施

在湖泊北侧即湖泊与贺兰山西路之间，布设绿化带等，减少汽车尾气等对湖泊水体的污染。限制垂钓人数，并且居民也要改变垂钓鱼饵类别，保护湖泊水体；同时对休闲的人群进行监督和教育。对湖中放养的鸭、鹅等划定区域进行集中管理。

同时，在本研究中，对于层次分析法在水环境质量的评价中还需要进一步的改进，例如评价指标体系的确定等。

［1］丁雪卿.改进的内梅罗污染指数法在集中式引用水源地环境质量评价中的应用［J］.四川环境，2010，29（2）：47-51.

［2］李斯婷.地表水质评价方法的研究——以流溪河为例［D］.广州：华南理工大学，2013.

［3］张秋蕾.环境保护部发布《2013年中国环境状况公报》［N］.中国环境报，2014（001）.

［4］尚佰晓，吕子楠，李杰年，等.基于模糊综合评价法与单因子指数评价法的水质评价［J］.中国环境管理干部学院学报，2013，23（5）：1-4.

［5］潘丽娟.基于Excel的层次分析法模型设计［J］.中国管理信息化，2014，17（17）：115-117.

［6］刘跃晨，袁兴中，王云.三峡库区重庆段水质安全综合评价研究［J］.人民长江，2014，45（18）：10-14.

［7］陈佳超，吴凡，花铁森，等.基于层次分析法的中国各省市安全评估［J］.灾害学，2014，29（4）：198-203.

［8］黄桂林，马宗帅，郭云飞.基于AHP的村镇基础设施建设配制指标体系评价研究［J］.经济师，2014（10）：40-42.

［9］中华人民共和国地面水环境质量标准［S］.北京：中国环境科学出版社，2002.

（编辑：程俊）

W ater Quality Evaluation ofW en Cui Lake in Ningxia based on AHP

Wang Lili，Yang Rui
（College of Resources and Environmental Science，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Based on 6 water quality variables at 5 observatory sites，the water quality ofWen Cui Lake was evaluated using Analytic Hierarchy Process（AHP）.The result showed that：（a）the water quality was different between the 5 sample sites，and the weight of each index values were 0.303，0.264，0.142，0.136，0.063，0.053，0.039；the CNIofWen Cui Lake was 1.461，so the water quality could be regarded as polluted.（b）The water quality of the center area wasmuch better than the other areas through studying the 5 points of the content of ammonia nitrogen，total phosphorus and so on.（c）The results of AHPwere the same as the actual results.

water quality evaluation，Analytic Hierarchy Process（AHP），eutrophication，Wen Cui Lake

X824

A

1008-813X（2016）04-0053-04

2016-05-14

王丽丽（1991-），女，山东潍坊市人，宁夏大学自然地理学专业硕士研究生在读，主要从事环境监测方面的研究。