層次分析法(AHP) 在水環(huán)境承載力中的應(yīng)用——以瑪納斯河為例

房 睿

( 新疆石河子水文水資源勘測局，新疆 石河子832000)

1 層次分析法

1.1 層次分析法簡介

層次分析法( Analytic Hierarchy Process，AHP) 是美國匹茲堡大學教授、運籌學學者T·L·Saaty 于20 世紀70年代提出的一種對復(fù)雜現(xiàn)象的決策思維進行系統(tǒng)化、模型化、數(shù)量化的方法［1］，又稱為多層次權(quán)重分析決策法。該方法分析思路清楚，可將系統(tǒng)分析人員的思維過程系統(tǒng)化、數(shù)學化和模型化;分析時需要的定量數(shù)據(jù)不多，但要求對問題所包含的因素及其關(guān)系具體而明確; 這種方法適用于多準則、多目標的復(fù)雜問題的決策分析，廣泛用于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展方案比較、科學技術(shù)成果評比、資源規(guī)劃和分析以及企業(yè)人員素質(zhì)測評。

1.2 層次分析法步驟

1) 建立層次結(jié)構(gòu)模型。先將復(fù)雜的問題分解成由目標層、準則層及方案層構(gòu)成的系統(tǒng)［2］，每一層次具有由上至下的支配關(guān)系。

2) 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。對同一層次的各元素關(guān)于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較［2］，判斷矩陣元素的值反映各因子( 子因子) 對水環(huán)境承載力的影響程度［3］。

3) 層次單排序的一致性檢驗。由判斷矩陣AW =λmaxW解出特征根W，經(jīng)歸一化處理。當隨機一致性比率CR =CI/RI ＜0.1 時，認為層次單排序的結(jié)果有較好的一致性，CI =( λmax－n) /( n－1) 為一致性指標，RI 為平均隨機一致性指標［4］。

4) 將所有層次的權(quán)重進行總排序［5］。

5) 一致性檢驗。計算公式為:式中:CIj為單排序的一致性指標; CRj為平均隨機一致性指標。當CR ＜0.1 時，該層次具有較好的一致性，否則需要重新調(diào)整矩陣。

隨機一致性指標是龔木森、許樹柏經(jīng)過1 000多次平均隨機計算得出的一致性指標，見表1，判斷矩陣標度及其含義見表2。

表1 隨機一致性指標RI 值

表2 判斷矩陣標度及其含義

2 層次分析法在水環(huán)境承載力評價中的應(yīng)用

2.1 評價指標體系選取的指導(dǎo)思想

全球《21 世紀議程》將環(huán)境可持續(xù)發(fā)展作為一項基本任務(wù)。水環(huán)境承載力評價指標體系的指導(dǎo)思想包含3 方面:

1) 將某區(qū)域內(nèi)各指標的發(fā)展規(guī)模作為可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

2) 評價某區(qū)域在特定時期內(nèi)經(jīng)濟、人口及社會的發(fā)展狀況。

3) 考慮指標間在可持續(xù)發(fā)展中的協(xié)調(diào)性能。

2.2 評價指標體系的建立

根據(jù)水環(huán)境承載力評價指標體系建立的指導(dǎo)思想、基本原則及內(nèi)涵分析，本研究將水環(huán)境承載力評價指標分為水環(huán)境生態(tài)承載力、水環(huán)境人口承載力和水環(huán)境經(jīng)濟承載力3個指標:

1) 水環(huán)境生態(tài)承載力:水環(huán)境對生態(tài)系統(tǒng)維持良性運行的支撐力，主要受當?shù)厮Y源的自然條件及人類開發(fā)利用強度的影響。因此，本論文將水資源開發(fā)利用率、污徑比、水土流失率及植被覆蓋率4 項指標作為水環(huán)境生態(tài)承載力的評價指標。

2) 水環(huán)境人口承載力:水環(huán)境對一定規(guī)模人口經(jīng)濟活動的支撐能力及人均水資源量、水環(huán)境容量的豐裕程度。因此，選擇人均水資源量、人均GDP 增長率、人均GDP 及人均可供水量4個指標作為水環(huán)境人口承載力的評價指標。

3) 水環(huán)境經(jīng)濟承載力: 水環(huán)境對經(jīng)濟的支撐效率。因此，選擇城鎮(zhèn)生活污水處理率、城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)、工業(yè)廢水重復(fù)利用率及農(nóng)民人均純收入4個指標作為水環(huán)境經(jīng)濟承載力的評價指標。

2.3 應(yīng)用層次分析法計算權(quán)重

1) 將各元素按列作歸一化處理，得到矩陣Q:

2) 將Q 中各行元素分別相加得到β1為:

同理，得到β2=0.6042，β3=0.3538

3) 將上式作歸一化處理為:

同理，得到а2=0.2014，а3=0.1179

a 即為所求的特征向量

4) 求λmax。

5) 層次總排序的確定，見表3。

表3 層次總排序的確定

3 結(jié) 語

1) 本文以區(qū)域水環(huán)境承載力評價為例，介紹了AHP 法的基本原理和方法步驟，說明該法是用一定標度把人的主觀判斷進行客觀定量化而把定性問題進行定量分析的一種簡單實用的多準則評價決策方法，可在區(qū)域水環(huán)境承載力評價及其變化、自然保護區(qū)質(zhì)量評價和社會經(jīng)濟環(huán)境綜合決策分析等方面得到廣泛應(yīng)用。

2) 水環(huán)境承載力涉及人口經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境等多個領(lǐng)域，本文提出了區(qū)域水環(huán)境承載力評價的指標體系，建立了城市水環(huán)境承載力綜合評價的AHP 模型，并采用層次分析法來確定權(quán)重，準確地得出各評價指標的權(quán)系數(shù)。

3) 水環(huán)境承載能力是一個不確定性問題，影響水環(huán)境承載能力的因素眾多，且選取影響因素存在一定的主觀性，需要在今后的研究中盡可能多地收集資料，充分考慮各因素，以便能更準確地表達水環(huán)境承載能力。

［1］王海云. 水環(huán)境承載能力調(diào)控與水質(zhì)信息系統(tǒng)模式探討［J］.水利發(fā)展研究，2004，4(6) :19－21.

［2］馮起，曲耀光，程國棟. 地球科學進展［J］. 水利發(fā)展研究，1997，12(1) :66－73.

［3］蔣曉輝，黃強，惠泱河. 陜西關(guān)中地區(qū)水環(huán)境承載力研究［J］.環(huán)境科學學報，2001，21(3) :312－317.

［4］崔鳳軍. 城市水環(huán)境承載力及其實證研究［J］. 自然資源學報，1998，13(1) :58－62.

［5］李娟，王麗萍，紀昌明. 可持續(xù)發(fā)展觀念下的水資源承載能力理論研究與展望［J］. 科技進步與對策，2004，21( 11) :165－167.