層次分析法在蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用研究

張勤虎，吳 恒，王雪姣

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省人民防空辦公室，甘肅 蘭州 730020)

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層次分析法在蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用研究

張勤虎1，吳 恒1，王雪姣2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省人民防空辦公室，甘肅 蘭州 730020)

采用層次分析法(AHP)對蘭州市“十二五”期間的大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評價。結(jié)果顯示：2010～2013年間，蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量為三級標(biāo)準(zhǔn)。2014年和2015年空氣質(zhì)量則達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)，這說明“十二五”期間蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，這與蘭州市空氣質(zhì)量綜合評價的結(jié)果有一致性。在各污染因子中，PM10對空氣質(zhì)量的影響最大，其次是SO2，而NO2的影響最小。

層次分析法；蘭州；大氣環(huán)境質(zhì)量

1 引言

層次分析法(The Analtytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[1]。其原理在于把問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和需要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素。并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合。形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。由高層次到低層次分別包括：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、方案層、措施層等。并最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層(供決策的方案、措施等)，相對于最高層(總目標(biāo))的相對重要性權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排列問題，進(jìn)而根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。該法廣泛應(yīng)用于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方案比較、科目技術(shù)成果評價、資源規(guī)劃和分析及企業(yè)人員素質(zhì)評測等方面[2]。其在環(huán)境質(zhì)量評價方面也發(fā)揮了重要的作用，引起了學(xué)者們多方面的研究[3～6]。 本文采用層次分析法對蘭州市“十二五”期間的環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。真實、客觀的反映蘭州市大氣質(zhì)量狀況。

2 層次分析法

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)模型中的層次一般由上至下分為三層:第一層為目標(biāo)層，表示決策者要達(dá)到的目標(biāo)。第二層為準(zhǔn)則層，表示衡量是否達(dá)到目標(biāo)的判斷準(zhǔn)則。第三層為方案層，表示可供選擇的方案。這樣的層次結(jié)構(gòu)確定了這三層的隸屬關(guān)系，即同一層次的因素對下一層次的某些因素起支配作用，同時它又受上一層次因素的支配，形成一個自上而下的遞階層次。

2.2 構(gòu)造各層次判斷矩陣

2.3 層次單排序權(quán)重的計算及一致性檢驗

層次單排序是指，對于上一層某因素而言，本層次各因素對其影響的重要性的排序，以權(quán)值表示影響程度。由于客觀事物的復(fù)雜性和人們認(rèn)識的片面性，在進(jìn)行兩兩比較評分時，作出的判斷矩陣一般不具備完全一致性。因此，需進(jìn)行一致性檢驗，否則得出的因素優(yōu)劣數(shù)值排序就會有邏輯上的矛盾。具體計算步驟如下：

得特征向量：W=[W1，W2，…Wn]T,即為各因素對上一層某要素的相對重要權(quán)重。

(4)計算兩兩判斷矩陣的最大特征根λmax：

(5)判斷矩陣一致性檢驗：

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

2.4 層次總排序權(quán)重的計算及一致性檢驗

表2 層次總排序

2.5 確定大氣質(zhì)量級別

層次總排序中權(quán)重最大值對應(yīng)的大氣環(huán)境質(zhì)量級別即為該評價區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量級別。

3 層次分析法在蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用

蘭州市2010-2014年大氣污染因子監(jiān)測統(tǒng)計值如表3所示。選取SO2、NO2和PM10作為評價因子，對蘭州市各年的大氣質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。

表3 蘭州市2010—2015年大氣環(huán)境質(zhì)量狀況 年平均值mg/m3

注：資料來源：2010-2015年甘肅省環(huán)境狀況公報

3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

依據(jù)評價因子，依照《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996，2000修改)，見表4。建立蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)模型。該模型分為三層：以大氣環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo)層，以大氣質(zhì)量評價因子為準(zhǔn)則層，以大氣環(huán)境質(zhì)量級別作為層次分析的方案層[7]。見圖1。

表4 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) mg/m3

圖1 蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價模型

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

3.3 層次單排序及一致性檢驗

從層次單排序及一致性檢驗的結(jié)果(表9)可以看出，2010年各判斷矩陣的一致性比率CR均小于0.1可見各判斷矩陣都有滿意的一致性。

表5 A—B判斷矩陣

表6 B1(SO2)—C判斷矩陣

表7 B2(NO2)—C判斷矩陣

表8 B3(PM10)—C 判斷矩陣

表9 2010年層次單排序及一致性檢驗

3.4 層次總排序及一致性檢驗

層次總排序及一致性檢驗結(jié)果見表10。

表10 2010年層次總排序及一致性檢驗

2010年層次總排序的一致性檢驗：

3.5 確定大氣環(huán)境質(zhì)量級別

由表10可知，權(quán)值最大對應(yīng)的大氣環(huán)境質(zhì)量級別為三級標(biāo)準(zhǔn)，其權(quán)值為0.4943。因此蘭州市2010年的大氣環(huán)境綜合質(zhì)量達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)。

表11 2011年層次總排序及一致性檢驗

依照同樣的方法，可以得到2011、2012、2013、2014年的層次總排序表，分別見表11、表12、表13、表14；而且檢驗它們各自的判斷矩陣和層次總排序都具有滿意的一致性。

表12 2012年層次總排序及一致性檢驗

表13 2013年層次總排序及一致性檢驗

表14 2014年層次總排序及一致性檢驗

表15 2015年層次總排序及一致性檢驗

4 評價結(jié)果分析

將2010～2015年方案層對目標(biāo)層權(quán)重值做圖，見圖2。從趨勢上可以看到，2010～2013年蘭州市空氣質(zhì)量為三級標(biāo)準(zhǔn)。2014年、2015年蘭州市的空氣質(zhì)量為一級標(biāo)準(zhǔn)。這說明蘭州市空氣質(zhì)量在“十二五”期間是有明顯改善的。《甘肅省環(huán)境狀況公報》對“十二五”期間的蘭州市空氣質(zhì)量進(jìn)行了總結(jié)：2010～2015年，蘭州市每年的空氣質(zhì)量級別均為三級，處于輕度污染狀態(tài)，但是每年的空氣污染綜合指數(shù)卻是不斷降低的，空氣質(zhì)量有明顯改善趨勢。因此本文的層次分析法研究與污染指數(shù)的評價結(jié)果具有一致性。

圖2 蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量各級別權(quán)重

圖3 蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量各評價因子權(quán)重

將2010～2015年準(zhǔn)則層對目標(biāo)層做圖，見圖3。2010～2015年蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量主要受PM10的影響，其權(quán)重在0.5102～0.6077之間。其次是SO2的影響，而NO2的影響則最小。因此要提高蘭州市的大氣環(huán)境質(zhì)量，關(guān)鍵是要加強(qiáng)對PM10和SO2的污染控制。

5 結(jié)語

層次分析法具有系統(tǒng)、簡潔實用、適用性強(qiáng)的優(yōu)點[8]。利用層次分析法評價蘭州市大氣環(huán)境質(zhì)量，能夠真實有效的反映蘭州市大氣污染程度以及客觀多因素的共同作用。

評價結(jié)果表明：“十二五”期間，2010～2013年蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量為三級標(biāo)準(zhǔn)，2014年和2015年蘭州市空氣質(zhì)量符合一級標(biāo)準(zhǔn)。這說明在“十二五”期間，蘭州市空氣質(zhì)量是有好轉(zhuǎn)的趨勢，這與蘭州市空氣污染綜合指數(shù)的評價具有一致性。在此期間，蘭州市的大氣環(huán)境質(zhì)量受PM10的影響最大，其次是SO2，而NO2的影響相對較小。

[1]許樹柏.層次分析方法原理[M].天津:天津大學(xué)出版社，1984.

[2]卓 倩，楊文卿，錢慶榮，等.層次分析法在福州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，28(1)：60～65.

[3]易 睿，丁志成. 層次分析法(AHP)在揚(yáng)州市“十一五”環(huán)境空氣質(zhì)量評價中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38(12):154～157．

[4]許文杰,陳為國.應(yīng)用灰色聚類法評價水體富營養(yǎng)化[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報， 2007， 22 (1): 49～52.

[5]吳立根，張江山，陳 盛.灰色聚類法評價山仔水庫富營養(yǎng)類型[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007, 32(4): 190～192.

[6]張紅日，尹曉林.基于層次分析法的2004年-2013年青島市大氣環(huán)境質(zhì)量評價研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2015，40(7)：180～184.

[7]王建芬．層次分析法引論[M]．北京: 中國人民大學(xué)出版社，1990．

[8]周淑玲.基于層次分析法的福州市大氣環(huán)境質(zhì)量評價[J].綠色科技，2012(6)：179～182.

Application of Analytic Hierarchy Process in Atmospheric Environmental Quality Evaluation of Lanzhou

Zhang Qinhu1，Wu Heng1，Wang Xuejiao2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience，GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou,Gansu730070，China；2.GansuCivilAirDefenceOffice，Lanzhou,Gansu730020，China)

The quality of atmospheric environment in Lanzhou duiring the “12th five-year plan period(2010-2015)” was evaluated using Analytic Hierarchy Process (AHP).The results showed that atmospheric environmental quality belonged to the third standard during 2010-2013. And the quality in 2014 and 2015 belonged to the first standard. It showed that the atmospheric environmental quality of Lanzhou wasbecoming better，and the result wasin consistency with the comprehensive evaluation of air quality in Lanzhou City. Among these three factors,PM10was the primary factor followed by SO2,and the last was NO2.,

analytic hierarchy process；Lanzhou；atmospheric environmental quality

2016-07-30

張勤虎(1987—)，男，助教，碩士，主要研究方向為環(huán)境污染控制。

X823

A

1674-9944(2016)18-0084-04