基于层次分析法的迭部县大气环境质量评价

许丽媛

(甘肃省基础地理信息中心，兰州 730000)

自改革开放以后，我国经济发展速度不断提升，城市化发展速度随之增加.能源消耗日趋严重，环境容量超载、过载形势严峻，及时了解、掌握资源环境承载能力、状况及其可能的演变趋势，开展资源环境承载能力评价、监测、预警工作已经成为一项刻不容缓的基础性、保障性工作，国家发改委于2016年下发《资源环境承载能力监测预警技术方法(试行)》，对各个省、自治区及之下开展资源环境承载力监督管理工作，以长期建立预警机制，其中由土地资源、水资源、环境、生态四项基础要素组对陆域进行全覆盖评价.大气作为环境评价的两项评价指标之一，在资源环境承载能力整个评价体系中扮演了了非常重要的角色，空气中粉尘、臭氧、硫氧化物等污染物含量不断增加，进而导致雾霾频发、空气质量变差[1].空气质量恶化会对人体健康、生态环境造成很大影响[2]，因此大气污染治理是我国环境治理的重要任务之一[3].大气环境治理过程中，必须对大气污染情况进行有效的监测与评估.因此对一个地区的大气质量评价非常重要，有助于分析大气环境质量存在的问题，使大气污染的防治做到有的放矢.

本研究以位于青藏高原东缘的迭部县为研究区，利用层次分析法和该县的空气质量监测数据评价了该区域的空气质量.该区域工业污染相对较少，但是近年来随着旅游业的快速发展和城市化进程加快[4-5]，在这样的背景下该区域的空气质量有什么样的变化尚不清楚.同时其地理位置处在青藏高原和内陆地区的交互带，对于这样一个区域的空气质量监测非常重要.

1 研究区域概况

迭部县位于甘肃省南部(东经102°54′54″～104°04′33″，北纬33°39′23″～34°20′02″)，地处青藏高原东缘，该区域也是青藏高原和黄土高原的交汇地带，属于白龙江上游，以白龙江为轴线，呈南北两侧高、中间低的高山峡谷地貌形态[6].迭部县属大陆性典型气候，季风特点突出，表现为冬干夏湿，雨量集中，温差大，春季多风少雨，秋季阴雨连绵，年均气温6.1～7.3 ℃，年均降雨量447～776 mm之间[7].迭部县是甘肃省南部最大的天然林区，是国家级天然林保护区，森林覆盖率达到60%以上，境内天然植被良好，具有得天独厚的绿色生态系统[8].

2 数据和方法

2.1 数据来源

本研究从迭部县环保局获取了2013～2017年典型大气环境污染物SO2，NO2和PM10的质量浓度数据，这些数据为迭部县环境监测点的实测数据(见表1).迭部县环境空气监测点位于迭部县公安局电尕派出所楼上(经度：103°13′25.218″，纬度：34°3′26.717″)，见图1.

表1 2013～2017年迭部县主要大气污染物年均浓度

图1 迭部县大气监测点位置图Fig.1 Map of the observation site

《环境空气质量标准》为本研究所采用的关键文件，其批号为GB 3095-2012，由中国环境保护部及国家质监局检疫总局联合发布文件，这一标准的制定可在环境空气质量管理与评估中应用，主要涵盖环境空气的实施与监督措施、数据统计有效性质的规定、监测形式、浓度及平均时间的限定值、污染物项目、标准级别划分及环境空气功能分类等多种内容，在2016年1月以后，在全国范围内开始应用[9].依据这一标准表明，当前我国环境功能区域划分主要包括一类和二类两种，一类区域涵盖其余需要特殊保护的区域、风景名胜区域及自然保护区域，二类涵盖农村区域、工业区域、文化区域、商业交通居民混合区域及居住区等.一级浓度限值在一类区域内适用，二级浓度限值在二类区域中适用，该研究区迭部县可对二级浓度限值进行适用.在一类及二类环境空气功能区域内，其质量要求必须符合表2内容.

表2 环境空气质量标准(GB 3095-2012)中的SO2、 NO2 、

2.2 层次分析法

最常用的大气环境质量评价形式涵盖模糊评价法、神经网络法、属性识别分析法、综合指数法、灰色聚类法及层次分析法，相对于其余方式，层次分析法，建成AHP(analytic hierarchy process)，该形式结合了定性与定量分析方法[10]，具有系统、简洁，所需定量数据少，适用、实用性强等优点[11-12]，1970年，美国科学家Saaty T L首次提出了层次分析法，其属于当前评估研究大气环境中应用最为广泛的形式[10].该方式可以将复杂的问题进行多个因素和层次的换分，构建递接层次系统，针对相同的因素及以上的因素作为准则，对良良因素的重要性进行对比，进行矩阵的判定，对计算的特征向量及最大的特征根进行计算，得出各因素的相对权重，最终根据综合权重确定每个要素对最终结果的重要性[12].

层次分析法共计涵盖四个层次，进行递接层次结构模型的构建；进行层次判断矩阵的建造；层次单排序，并进行一致性检验；开展层次总排序并进行一致性检验[13].

1) 建立递阶层次结构模型

首先，必须将需要解决的问题进行分解，进行措施层、准则层及目标层的模型划分，明确每一层次的因素及所在位置，以准则层为例，它对措施层的部分元素起支配作用，与此同时，其会受到目标层元素的支配，其由上而下的支配过程可形成递阶层次的结构模型[14].

2) 构建判断矩阵并求特征向量

3) 层次单排序与层次总排序

层次单排序在相同层次上与之相对应的要素针对上一层次的要素的相对重要性权重计算形式及W这一特征向量的计算形式，层次总排序属于同一层次中所有元素计算针对目标层相对关键性的权重[14].

4) 一致性检验

检验判断矩阵一致性指标为CI=λmax-n/(n-1)，RI这一平均随机一致性指标，具体如表3所列，CR/RI为CR，就是一致性比率，若是一致性比率CR数值在0.1以下，则其与随机一致性检验相符合，不然必须修改矩阵[14].

表3 平均一致性指标RI(1 000次正反算计算结果)

3 结果分析

3.1 建立迭部县大气环境质量评价模型

根据本次评价选取的大气污染因子和评价目的，以迭部县大气环境质量作为目标层，大气污染因子SO2、NO2、PM10作为准则层，一级、二级的大气环境质量级别为措施层，必须进行迭部县大气环境质量评估模型的建立[16]，具体如图2所示.

图2 迭部县大气环境质量分层指标体系Fig.2 Hierarchical index system of atmospheric environment quality in Diebu

3.2 构建两两比较判断矩阵

依据已经建立的迭部县大气环境质量层次结构评估模型，评价因子选用PM10、NO2及SO2，以其分指数作为标度，进行各准则层相对关键判断矩阵的构建，其为(A-B),其中基准为单向评估因子污染指数，建立在GB 3095-2012的《环境空气质量标准》之上，进行评价因子浓度及二级标准比值的计算：B(SO2)/B(SO2)标准；B(NO2)/B(NO2)标准；B(PM10)/B(PM10)标准，由此构建判断矩阵(A-B)如表4所列.

表4 A-B判断矩阵

措施层两两比较判断矩阵(B-C)是以评价因子的年均浓度值与其相对应的一、二两级大气质量级别的标准值之差的倒数为标度：1/∣C-C标准∣，构成的判断矩阵如表5～7所列.

表5 B1-C判断矩阵

表6 B2-C判断矩阵

表7 B3-C判断矩阵

3.3 层次单排序权重的计算及一致性检验

依靠层次单排序权重形式计算方法，对矩阵进行判断，并开展一致性检验，具体如表8所列：由此可以得出，2017年，各个判断矩阵的一致性比率CR在0.1以下，所以，矩阵判断必须与一致性检验相符合.

表8 层次单排序和一致性检验表

3.4 层次总排序组合权重计算及一致性检验计算

依靠计算模型的方式，层次总排序与权重计算相组合，开展一致性检验，检验发现，2017年，总排序的一致性比率CR值在0.1以下，其与矩阵一致性检验要求相满足.

表9 层次总排序和一致性检验表

3.5 确定大气质量环境级别

从表8的排序结果可知，2013年权值最大所对应的大气质量级别为二级，权值为0.532，因此2013年迭部县大气环境质量为二级，对2014～2017年间迭部县大气环境质量依照同样的计算方法进行分析评价，计算得出各年层次总排序结果如表10所列.

表10 各年层次总排序

从表10算出的权重值可得，从2013到2017这5年间，迭部县大气质量持续好转，从2013年的二级上升到2017年的一级.其中，2013～2015年，迭部县空气质量状况处于二级标准，2016～2017年，迭部县空气质量处于一级标准，大气环境质量最差的年份为2013年，最好的年份为2017年，这一年，大气环境质量一级权重为0.702 8，二级权重为0.297 2，一级权重值远高于二级权重值，表明2017年迭部县大气质量污染物少，大气质量好，如图3所示.

图3 迭部县大气环境质量级别权重Fig.3 Weights of atmospheric environmental quality level in Dianbu

结合表10和图3看出，迭部县的大气环境质量二级权重数值显著下降，从2013年的0.531 8下降到2017年的0.297 2，一级权重呈现明显上升趋势，从2013年的0.468 2上升到2017年的0.702 8，标志着近5年间，迭部县大气环境质量状况明显好转，迭部县大气环境质量评价因子权重如图4所示.

图4 迭部县大气环境质量评价因子权重Fig.4 Evaluation factor weight of atmospheric environment quality in Diebu

由图4可知，迭部县大气环境质量主要受PM10影响，其所占权重在0.371～061 6之间，其次为NO2，所占权重区间为0.253～0.432，SO2所占权重最低，所处区间为0.109～0.239.

3.6 成因分析

近几年来，甘南州及迭部县政府采取了最严格的环境保护及治理政策，实施制定了《甘南州全域无垃圾三年治理提升行动实施方案》、《中共甘南州委、甘南州人民政府关于抢占“绿色崛起”制高点打造“环境革命”升级版纵深推进城乡环境综合整治的意见》、《甘南州城乡环境卫生综合整治工作标准》、《甘南州城乡环境卫生综合整治督查考评办法》等环保规章制度，迭部县政府也开展了一系列城乡环境综合整治行动，这些政策的实施开展是迭部县空气质量好转的主要原因.

4 结论

层次分析法实用、适用性强，本文利用此方法对迭部县2013～2017年大气环境质量进行综合评价.结果表明：近5年来，迭部县空气质量好转趋势明显，从2013～2015年的处于二级标准上升到2016～2017年处于一级标准，相对来说，2013年迭部县大气环境质量最差，2017年大气环境质量最好.研究期间，PM10对迭部县的大气环境质量受影响最大，其权重在0.371～0.616之间，要保持甚至提高迭部县大气环境质量，需主要加强对PM10的污染控制.从上述分析来看，迭部县总体大气环境质量较好，大气质量等级从二级转变为一级，这与近些年当地政府狠抓环保，制定相关环保政策密不可分.