AHP法在水利工程自然环境影响评价中的应用

刘 斌，徐 坤

(南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330031)

AHP法在水利工程自然环境影响评价中的应用

刘 斌，徐 坤

(南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330031)

针对水利工程自然环境影响评价指标体系所涉及到的要素较多、不易量化分析等问题，应用AHP法对评价内容和评价指标体系进行了研究，结合江西省赣江中游万安水电站实例，根据该工程特点，找出主要影响因子，建立评价指标体系，客观评价了水利工程对水库自然环境的影响状况，研究结果表明组合权向量一致性较好，工程建设对水库水质和流速影响最为明显，而对气象方面的影响可不予考虑，可以为今后水利工程建设提供参考.

AHP；水利工程；自然环境影响评价；指标体系

近年来，随着我国经济建设的快速发展，国家在水利工程领域投资力度持续加大，特别是2011年中央一号文件提出全面加快水利基础设施建设的要求，我国水利事业建设迈上了一个新台阶.水利工程建设步伐的加快，一方面在改善民生、发展经济及缓解洪涝灾害等方面发挥显著作用，另一方面给自然环境带来一定的不利影响.因此为充分利用有利条件，减轻不利影响，库区自然环境影响评价研究就显得十分必要，现有研究存在评价指标众多以及指标模糊性较大问题，AHP法广泛适用于此类多目标评价问题，本文采用AHP法进行研究.

1 AHP基本原理与步骤

1.1 基本原理

层次分析法(analytic hierarchy process，简称AHP)是美国运筹学家T.L.Saaty教授于20世纪70年代初应用网络系统理论和多目标综合评价方法的一种层次权重决策分析方法.AHP法特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等深入分析的基础上，能够利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法.AHP法以定性与定量相结合的处理各种决策因素以及系统灵活简洁的优点，已在资源分配、安全评价等方面得到广泛应用[1-3].

1.2 基本步骤

应用层次分析法分析的基本步骤是：①构建层次结构模型；②构造成对比较矩阵；③计算(每个成对比较矩阵的)权向量并作一致性检验；④计算组合权向量并作一致性检验.

1.2.1 构建层次结构模型

在建立模型之前，首先应对水利水电工程对自然环境的各影响因素相关性大小进行确定，再对所涉及的因素进行分级分类，然后构建一个各因素之间相互联结的层次结构模型.依据相关性大小，参考文献[4]将影响分为水环境、地质环境和大气环境三大类，为水库自然环境影响指标评价体系的建立确立了前提条件，并且将这三大类细分为水质、水库诱发地震与气温等18项影响评价指标，建立了层次结构模型[4-6](见图1).

图1 自然环境影响指标体系

1.2.2 构建成对比较矩阵

从层次模型第二层开始，对于从属于(或影响及)上一层每个因素的同一层诸因素进行重要性两两比较，用成对比较法和1～9比较尺度构造成对比较矩阵，直到最下层，比较尺度(见表1).

表1 成对比较矩阵比率标度及其解释

1.2.3 计算(每个成对比较矩阵的)权向量并作一致性检验

计算每一个影响因子在其判断矩阵内对应的准则层权重.对每个成对比较矩阵计算出最大特征根及对应的特征向量，再应用一致性指标——随机一致性指标和随机一致性比率进行一致性检验，计算公式为：

(1)

(2)

若通过一致性检验，即CR<0.1或者CI<0.1，将上层的权向量归一化后作为Bj到Aj的权向量，若CR<0.1不成立，则需重新构造成对比较矩阵.

表2 平均一致性指标

1.2.4 计算组合权向量并作组合一致性检验

2 实例分析

万安水电站位于江西省赣江中游,万安县城以上2 km，坝址以上是长达90 km的峡谷山区，紧临峡谷入口.坝址以下近区系低岗与小块平原相间的“吉泰盆地”，工程以发电为主，同时具有防洪、航运、灌溉及养殖等综合效益，枢纽设计蓄水位100 m.现按照上述步骤分析，通过查找有关资料并结合该工程特点，找出主要影响因子，建立指标评价体系，由专家打分法构造出成对比较矩阵[7-9]，本文应用MATLAB对各矩阵进行计算并一致性检验，综合排序(见表3).

表3 A-Bi层因子成对比较矩阵

2.1 各层次因子成对比较矩阵及组合权向量

根据表4～表6，可知各成对比较矩阵一致性比率CR<0.1均成立，故通过一致性检验，满足要求，可进行决策.

2.2 计算组合权向量并作一致性检验

根据上述计算成果，对层次进行总排序，整理后所得权向量(见表7).

表4 水环境影响

表5 地质环境影响

表6 大气环境影响

表7 组合权向量计算成果

2.3 评价结果

由上表可以看出：从一级组合权向量结果权重来看，此工程对水环境影响B1最为明显，权向量为0.550 0；其次是地质环境B2，权向量为0.240 2；最后是大气环境B3，权向量为0.209 8，结果说明工程对地质环境以及大气环境影响大致相同.从二级组合权向量分布看，权向量最大的两个影响因子分别为水质C11和流速C13，其大小分别为0.230 1和0.100 0，说明工程建设对水库水质和流速影响最为明显，而权向量最小的两个影响因子为低温C36和无霜期C38，其大小分别为0.015 9和0.012 6，说明工程建设对这二者影响最低.结合此工程多年建设后的水文地质调查资料来看，该评价结果令人满意.因此，此工程在实际建设管理过程中应对水库区域涉及到水质及流速方面的生产活动(如水产养殖业)加以评估影响，而对气象方面的影响可不予考虑.

3 结 语

应用AHP法分析水利工程对自然环境的影响，能够有效综合各方面因素，合理评估工程建设给当地环境造成的主要影响，比较准确判定对库区自然环境各方面影响的程度，结合实际情况对库区管理提出合理性建议.本文结合实例表明应用AHP法评价与多年观测结果相符合、说明具有较好的适用性，且在实际工程应用中实用、方便，具有一定的推广价值和现实意义.然而，由于在专家样本选取以及评价打分时某种程度上具有一定的主观性，且在资料收集方面有不完善之处，使得结果的评价具有一定的局限性，在后续研究中应该选取足够的专家样本，应用更客观的方法来进行赋分.

[1] 侯进军，肖艳清，谭 敏，等.数学建模方法与应用[M].南京：东南大学出版社，2012.

[2] 姜启源，谢金星，叶 俊.数学模型[M].4版.北京：高等教育出版社，2011.

[3] 钱颂迪.运筹学[M].4版.北京：清华大学出版社，2014.

[4] 贾 硕.水利水电工程生态环境影响评价指标体系与评价方法的研究[D].保定：河北农业大学，2011.

[5] 吴泽斌.水利工程生态环境影响评价研究[D].武汉：武汉大学，2005.

[6] 徐镇凯，刘 璇，魏博文，等.基于云模型的尾矿库溃坝风险模糊评价模型[J].南水北调与水利科技，2016，14(6)：122-127.

[7] 荆全忠，姜秀慧，杨鉴淞，等.基于层次分析法(AHP)的煤矿安全生产能力指标体系研究[J].中国安全科学学报，2006，16(9)：71-79.

[8] 李莉华，张 亮，王晓敏，等.基于AHP模糊综合评判对国外资金投资房地产的风险分析[J].华北水利水电学院学报(自然科学版)，2007，28(3)：97-10.

[9] 柳 军.AHP法在水环境质量综合评价中的应用[J].重庆建筑大学学报，2003，25(1)：77-81.

Application of AHP Method in Natural Environment Impact Evaluation of Water Conservancy Project

LIU Bin, XU Kun

(College of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang 330031, China)

Since the evaluation index system of natural environment impact of in water conservancy projects is related with numerous elements and difficult to quantize, the analytic hierarchy process(AHP) method is applied to research the evaluation content and evaluation index system. Based on Wanan power station in the middle reaches of Ganjiang River, the key impacting indicator is analyzed, the evaluation index system is set up, and the impact of the water conservancy projects on the natural environment of the reservoir is assessed objectively. The results show that the consistency of combination weight vector is in line with the actual project, influencing more on water quality and flow velocity and negligible on weather, which provides some references for the construction of water conservancy projects in the future.

AHP; water conservancy project; natural environment impact of evaluation; index system

2016-10-12

刘 斌(1995-)，男，江西万安人，研究方向为水利水电工程.

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