水環境規劃中的層次分析模型研究

馬鵬剛

(西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127)

水環境規劃中的層次分析模型研究

馬鵬剛

(西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127)

水環境規劃是現代環境規劃的重要內容，而層析分析法是水環境規劃的有效手段之一。根據層次分析法的原理，建立層次分析決策模型，并結合實際，確定出環境治理指標的優先原則。

水環境規劃，層次分析法，判斷矩陣

環境規劃是指為使環境與社會經濟協調發展，把“社會——經濟——環境”作為一個符合生態系統，依據社會經濟規律、生態規律和地學原理，對其發展變化趨勢進行研究而對人類自身活動和環境所做的時間和空間的合理安排。它具有提高決策的有效性、可靠性和可行性的優點［1］。

水環境規劃時對某一時期內的水環境保護目標和措施所作出的統籌安排和設計。其目的是在發展經濟的同時保護好水質，合理地開發和利用水資源，充分的發揮水體的多功能用途，在達到水環境目標的基礎上，尋求最小的經濟代價或最大的經濟和環境效益。水環境規劃時區域規劃和城市規劃的重要組成部分。

1 層次分析法(AHP法)

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱 AHP)作為規劃環評的有效手段之一，已寫入《規劃環境影響評價技術導則(試行)》。層次分析法是一種能夠將定性分析與定量分析相結合的新型多目標決策方法。它最早是在 20世紀 70年代，由美國匹茲堡大學教授薩蒂提出來的。這種方法應用于規劃環評，用來處理既有復雜因素的社會、經濟合歡進個問題，通過過建立判斷矩陣的過程，逐步分層地將眾多環境影響因素和個人決策因素綜合起來，進行邏輯思維，然后用定量的形式表示出來，從而使復雜問題從定性的分析向定量結果轉化。層次分析法存在的主要問題是指標體系的健全與完善，以及專家調查或專家打分制度的規范化和標準化［2］。

1.1 層次分析法的原理

層次分析法是系統更年工程中對非定量分析的一種簡便方法，也是對人們主觀判斷作客

觀描述的一種有效方法。主要途徑就是通過把問題層次化，根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解成不同的組成因素，并因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析解耦模型。最終把系統分析歸結為最低層(供決策的方案措施等)，相對于最高層(總目標)的相對重要性全職的確定或相對優劣次序的排序問題。

1.2 層次分析法的特點

AHP法能將復雜問題中的各種因素通過計劃分為相互聯系的有序層次使之條理化，并能

數據、專家意見和分析這的客觀拍段直接而有效的結合起來。其優點有:(1)系統性的分析方法;(2)簡潔實用的決策方法;(3)所需的定量數據信息量少等優點。同時，AHP法也有自己的不足之處:(1)不能為決策提供新的方案;(2)定量數據較少，定性成分多，不宜令人信服;(3)指標過多時數據統計量大，且權重難以確定;(4)特征值和特征向量的精確求法比較復雜。

2 以水環境規劃為例研究層次分析法

2.1 構造層次結構模型

將流域的水環境質量作為層次分析的目標層，將各斷面作為層次分析的準則層，將各污染物的單因子作為層次分析的指標層，建立層次結構模型如圖1:

圖1

2.2 構造兩兩判斷矩陣及求矩陣最大特征值

任何系統分析都以一定的信息為基礎，層次分析法的信息基礎主要是人們對每一冊歌詞中各因素相對重要性給出的判斷。在水環境規劃中，主要是考慮各斷面在水環境質量評價中的相對重要性，這些判斷通過引入合適的標度用數值表示出來，表示成判斷矩陣，判斷矩陣表示針對上一層次某因素，本層次與其有關因素間相對重要的比較。在層次分析法中，為了使決策判斷量化，形成上述判斷矩陣，A.L.Satty引入了表1所示的1～9標度方法。

表1 判斷矩陣標度及其含義

在水質評價中的各單因子可以兩兩相互比較形成判斷矩陣。判斷矩陣的特針織計算采用和值法計算［3］。

2.3 計算矩陣——指標

表2 平均隨機一致性指標RI

2.4 層次總排序

計算同一層次所有因素對于最高層(總目標)相對重要性排序權值稱為總排序，該過程是最高層次到最低層次逐層進行的，若上一層 A包含有 m個因素，A1，A2，…，Am，其層次總排序權值分別為 a1，a2…am，下一層次 B包含 n個因素B1，B2，…，Bn，且相對于因素 Aj的單排序權值分別為 b1j，b2j，…，bnj;(當 Bk與 Aj無關聯時，bkj=0)得出 B層次總排序權值為［3］:

3 層次分析法在水環境規劃中的應用

在水環境流域規劃中，為對某區域幾個監測面進行水質綜合評價，利用層次分析法對水質進行綜合評價，比較各斷面污染情況，民卻主要污染物。

3.1 A～B矩陣的構造及其檢驗

構造A～B判斷矩陣。根據各斷面功能區劃分，根據各斷面環境質量標準要求及其相對重要性，得出各自的判斷矩陣;判斷矩陣的特征值用和法進行計算。通過計算得出矩陣特征向量并據此計算矩陣的最大特征值;判斷矩陣的一致性檢驗，判斷是否具有比較滿意的一致性。

3.2 B～C矩陣的構造及其檢驗

B～C矩陣的構造及特征向量和特征值的計算，根據對斷面的檢測結果對其枯水期各污染物逐一進行單因子評價，按標準指數法就按各污染物單因子指數結果;根據單因子指數結果，將各污染物單因子兩兩比值作為判斷矩陣中的元素，得出B～C判斷矩陣。

3.3 層次總排序及一致性檢驗

通過總排序一致性檢驗可知層次總排序是否具有滿意的一致性。

由計算就可以知道哪一斷面水質最差，那些水質較好的斷面，從而通過調查了解各斷面的污染狀況、原因及其該區域治理的重點對象。

由此可見，在環境規劃和環境污染防治中，通過層次分析法對環境進行綜合評價，可以為得出優先治理的次序提供可靠的依據。

4 層次分析法在環境領域中的擴展

4.1 改進的模糊層次分析方法

改進傳統的層次分析法，將互反型判斷矩陣改為模糊一致性判斷矩陣，并把和行歸一法或方根法與特征向量法結合使用，提出了改進的模糊層次分析法。結果，指出傳統的層次分析法往往會導致判斷矩陣不滿足一致性條件，需要檢驗和修正，而且計算精度不高。改進后的模糊層次分析法既解決了判斷矩陣的一致性問題，又解決了解的收斂速度及精度問題，以此求得與實際相符的排序向量。

改進傳統的層次分析法較傳統的層次分析法更加完善和行之有效，并符合人們的思維邏輯，形式簡單，準確，且易建立。另外，由優先判斷矩陣改造而成的模糊一致性矩陣滿足一致性條件，無需再進行一致性檢驗，同時也可大大減少疊代次數，提高收斂速度，滿足計算精度的要求，從而為多目標決策提供了較為可靠的決策方法。 改進的模糊層次分析法其優點在于:三標度法屬互補型標度，符合人們的思維邏輯，其形式簡單，由其度量各元素之間的比較關系;就其質而言，不存在度量不準確的可能性，建立的優先判斷矩陣雖然粗糙，但極易建立;由優先判斷矩陣改造而成的模糊一致性矩陣滿足一致性條件，無需再進行一致性檢驗。若把由方根法或和行歸一法求得的目標權重W=(w1，w2，…wn)T作為特征值法的疊代初值 V0=V0(v01，v02，…v0n)T，則可大大減少疊代次數，提高收斂速度，同時又可以滿足計算精度要求［4－5］。

4.2 同一度層次分析方法

層次分析方法的基本內容是:首先將對象層次化，即將包含在對象中的所有因素按其地位或作用不同劃分成一定的層次。然后，確定各因素之間的隸屬關系，構成一個多層次的分析模型，經構造判斷矩陣等一系列過程，把系統分析歸結為最低層對于最高層的相對重要性權值的確定，或相對優劣次序的排列，使問題得到最終解決。同一度層次分析法是用集對分析中的同

一化法處理已知的環境監測數據，使最終結果更為客觀、合理［6］。

5 結論

如何準確評價流域水環境規劃的指標，是環境規劃的一個重點內容，本文以水環境規劃為例，應用層次分析法建立指標模型，來綜合評價影響水環境規劃的各個因素。從我國實際情況看出為了滿足制定生態環境治理規劃及追蹤建設效益分析的要求，又由于層次分析法具有高度的邏輯性、系統性、簡潔與實用性的特點，可以作為地方政府部門進行本地區生態環境質量規劃的有效手段。

［1］郭懷成，尚金城，張天柱.環境規劃學［M］.北京:高等教育出版社，2001，11.

［2］楊常青，蔡春霞，舒艷.規劃環評編制過程中常見的困難及解決方法［A］.中國環境科學學學術年會優秀論文集［C］.2006:1279－1281.

［3］朱國宇，黃川友，華國春.層次分析法在水環境規劃中的應用.東北水利水電，2003，21(225).

［4］李永.多目標決策中目標權重的確定法［J］.甘肅工業大學學報，2003，29，(3):118－119.

［5］易大義.計算方法［M］.杭州:浙江大學出版社，1989.

［6］張松濱.同一度層次分析與環境質量評價.貴州環保科技，2003(2).

The water environment planning in the Analytic Hierarchy Process model research summaries

MA Peng－gang
(College of Urban and Environmental Science，Northwest University，Xi’an Shaanxi 710127)

The water environment planning is an important part of environment planning，and the Analyric Hierarchy process(AHP)is an effective tool of analysis water environment planning.According to the principle of analytic hierarchy process，a decision model of level analysis，and connecting with the reality，it determines the priority principle of environmental management.

Water environment;planning;Analytic Hierarchy Process and Judgment matrix

P641.1

A

1004－1184(2012)01－0080－02

2011－09－05

馬鵬剛(1984－)，男，甘肅慶陽人，碩士研究生，主要從事自然地理學方面的研究。