基于改進AHP 方法的沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價

張鳳翔

（淮委沂沭泗水利管理局 江蘇徐州 221009）

1 引言

沂沭泗地區(qū)位于我國東部的前沿地帶，具有重要的區(qū)位優(yōu)勢和戰(zhàn)略意義，是我國重要的糧棉油生產(chǎn)基地。準確評價沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全影響因子，確定影響沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全的主要因素，對加快沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全綜合治理，推進江蘇、山東兩省水環(huán)境改善和經(jīng)濟發(fā)展具有非常重要的作用。目前，在水環(huán)境安全評價方法中，層次分析法(AHP，AnalyticHierarchyProcess)是比較常用的一種數(shù)學方法。但由于水環(huán)境影響因素很多，且彼此相互影響、相互制約，構(gòu)成了一個復雜的系統(tǒng)，在構(gòu)造矩陣評價較多因子時，采用1～9 標度法會導致判斷過程存在復雜性和模糊性，判斷矩陣較難通過一致性檢驗。本文參考已有研究成果，針對沂沭泗地區(qū)水環(huán)境實際情況，建立該地區(qū)水環(huán)境安全評價指標體系，構(gòu)建基于3 標度(-1，0，1)的改進AHP 方法的水環(huán)境安全評價指標比較矩陣，來確定影響沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全的主要因素。

2 改進AHP 方法的決策程序

AHP 法是美國運籌學家TL.Saaty20 世紀70年代初提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標決策分析方法。它先計算出參評因素的相互關聯(lián)度和隸屬關系，通過兩兩比較構(gòu)造出比較矩陣，從而確定層次中各因素的相對重要性，然后構(gòu)造出判斷矩陣，以確定各元素的權(quán)重。在構(gòu)造出判斷矩陣時，當因素個數(shù)較多時，采用1～9標度法，不僅導致迭代次數(shù)多，增加了計算量，而且判斷矩陣很可能不具有一致性或者一致性較差，計算出的權(quán)重可靠性較低。為此，本文采用3 標度（1，0，-1）法構(gòu)建判斷矩陣，對常規(guī)的AHP 方法進行了改進。

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

對問題進行系統(tǒng)分析，弄清該問題系統(tǒng)所包含因素、因素之間的相互關系以及最終需要解決的問題，并把這些元素按不同屬性分為若干組，形成不同層次。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣元素的值反映了各元素的相對重要性。本文基于三標度（1，0，-1）的改進AHP 方法的標度含義為：1 表示Ci比Cj重要；0 表示Ci和Cj由同樣重要；-1 表示Ci不如Cj重要。通過相應兩兩指標比較，建立比較矩陣，進而確定判斷矩陣。該方法帶有自調(diào)節(jié)功能，不需要進行一致性檢驗，與其他標度相比具有良好的判斷傳遞性與標度值的合理性，有利于決策者在比較判斷過程中提高準確性。

2.3 求解矩陣特征向量

通過求解判斷矩陣的特征向量，作為本層次各個要素的優(yōu)先權(quán)重向量，即該層要素關于相鄰上一層次要素的優(yōu)先權(quán)重。再根據(jù)加權(quán)組合計算，可得出同一層所有要素對于目標層相對重要性的排序權(quán)值。

3 改進AHP 方法在沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價中的應用

3.1 建立沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價指標體系

沂沭泗地區(qū)隸屬淮河流域，位于淮河流域東北部，其水環(huán)境安全評價指標可參考淮河流域水環(huán)境影響因素來選定，根據(jù)作者已有研究成果，建立沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價指標體系（見圖1）。該體系分為目標層A、準則層B和指標層C共3 個層次。

圖1 沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價指標體系

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

本文用各指標因子對水環(huán)境安全的影響程度來確定各評價指標的權(quán)值。假定上一層次的元素Bk作為準則，且對下一層次的元素C1，C2，C3，…，Cn有支配關系，聘請一些經(jīng)驗豐富、學識淵博的專家，針對Bk兩個元素Ci和Cj的相對重要性用數(shù)值表示出來，便可構(gòu)成判斷矩陣。本文利用數(shù)學方法綜合調(diào)查訪問所得各方面的意見，給出各要素的相對重要性權(quán)重。根據(jù)專家咨詢結(jié)果，整理得到沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全系統(tǒng)中目前考慮的21 個因素的A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C 等兩兩判斷矩陣。

3.3 求解矩陣特征向量

代入計算得：

再次，用方根法求出矩陣A-B的特征向量，即為該層次n個要素的優(yōu)先權(quán)重向量。求解得矩陣A-B的特征向量為∶

同理求出判斷矩陣B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C的特征向量∶

以準則層要素污染源安全B1為例，通過加權(quán)組合，計算出對應的方案層要素C1，C2，C3，C4相對于目標層A 的權(quán)重重排序。

同理求出方案層其它要素相對于目標層 A的權(quán)重排序。計算結(jié)果見表1。

表1 沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全評價指標權(quán)重值與排序

4 結(jié)論

本文將基于改進AHP 法用于評價沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全。結(jié)果表明：改進AHP 方法對水環(huán)境安全綜合評價切實可行。它避免了傳統(tǒng)的AHP 法易陷入判斷矩陣不一致的缺點，邏輯清晰，易為決策者接受和掌握。評價結(jié)果具有客觀性、科學性、計算過程簡潔和可操作性等特點，便于推廣應用。

評價結(jié)果表明：影響沂沭泗地區(qū)水環(huán)境安全的因素中，權(quán)重最大的5 個指標依次是，河流水質(zhì)級別、城市廢污水排放量、河流生態(tài)需水量壓力、地表水體CODCr質(zhì)量濃度、污染物排放強度。流域內(nèi)污染源安全、地表水環(huán)境安全、地下水環(huán)境安全、水土保持安全、生態(tài)系統(tǒng)安全5 個子安全體系，可分別選取城市廢污水排放量、河流水質(zhì)級別、地下水水位年均下降量、水土流失率、河流生態(tài)需水量壓力作為表征因子。

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