導(dǎo)語：水環(huán)境規(guī)劃應(yīng)用分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1層次分析法的原理

層次分析法是70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T．L．Saaty提出的，經(jīng)過多年的發(fā)展現(xiàn)已成為一種較為成熟的方法。其基本原理是：將要評(píng)價(jià)系統(tǒng)的有關(guān)替代方案的各種要素分解成若干層次，并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準(zhǔn)則，進(jìn)行兩兩判斷比較并計(jì)算出各要素的權(quán)重，根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。它是在簡(jiǎn)單加性加權(quán)法的基礎(chǔ)上推導(dǎo)得出的。

2流域規(guī)劃中層次分析法研究

在流域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中，為相對(duì)精確地比較不同斷面污染程度，必須對(duì)其不同污染物的超標(biāo)情況加以評(píng)價(jià)并得出綜合性結(jié)論，然后根據(jù)各斷面所在水域的保護(hù)類別，確定其重要性，最后對(duì)流域各斷面環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行排序。因此，根據(jù)層次分析法的基本原理，按如下步驟對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型

將流域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)作為層次分析的目標(biāo)層（A），將各斷面作為層次分析的資源層（B），將各污染物的單因子指數(shù)作為層次分析的方案層，建立流域環(huán)境質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)模型如圖1。

圖1流域內(nèi)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)層次圖

（2）構(gòu)造判斷矩陣并求最大特征根和特征向量

由于層次結(jié)構(gòu)模型確定了上下層元素間的隸屬關(guān)系，這樣就可針對(duì)上一層的準(zhǔn)則構(gòu)造不同層次的兩兩判斷矩陣。若兩兩判斷矩陣設(shè)為（aij）n×n，則有aij＞0；

各層次具體判斷矩陣構(gòu)造方法是：

在流域環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)目標(biāo)層（A）下，根據(jù)各斷面所在區(qū)域的保護(hù)類別以及是否有飲用水源地等因素，兩兩比較斷面的重要性，類別越高，其重要性越高，即Ⅱ類保護(hù)區(qū)比Ⅲ類保護(hù)區(qū)重要，有飲用水源地地區(qū)又比沒有飲用水源地地區(qū)重要等等，如此類推，構(gòu)造該級(jí)別判斷矩陣（A—B）。這里可引用1-9標(biāo)度對(duì)重要性判斷結(jié)果進(jìn)行量化，標(biāo)度如表1。構(gòu)造（B-C）判斷矩陣則是用各斷面各污染物單因子指數(shù)的兩兩比值作為矩陣中元素。

表1相對(duì)重要性標(biāo)度*

標(biāo)度

定義

1

i因素與j因素相同重要

3

i因素與j因素略重要

5

i因素與j因素較重要

7

i因素與j因素非常重要

9

i因素與j因素絕對(duì)重要

2，4，6，8

為以上兩判斷之間的中間狀態(tài)對(duì)應(yīng)的標(biāo)度值

倒數(shù)

若i因素與j因素比較，得到判斷值為aij=1/aji，aii=1

*表中i和j因素是指水體保護(hù)區(qū)類別、飲用水源地分布等。

判斷矩陣的最大特征值和特征向量采用幾何平均近似法（方根法）計(jì)算。其計(jì)算步驟為：

①計(jì)算矩陣各行各元素乘積

（1-1）

②計(jì)算n次方根

（1-2）

③對(duì)向量進(jìn)行規(guī)范化

（1-3）

得到，為所求特征向量近似值，即各因素權(quán)重。

④計(jì)算矩陣的最大特征值λmax；

（1-4）

其中，為向量的第i個(gè)元素。

（3）計(jì)算判斷矩陣一致性指標(biāo)，并檢驗(yàn)其一致性

為檢驗(yàn)矩陣的一致性，定義CI=。當(dāng)完全一致時(shí)，CI=0。CI愈大，矩陣的一致性愈差。對(duì)1～9階矩陣，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI見表2。

表2平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

階數(shù)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

RI

0.58

0.90

1.12

1.24

1.32

1.41

1.45

當(dāng)階數(shù)≤2時(shí)，矩陣總有完全一致性；當(dāng)階數(shù)＞2時(shí)，稱為矩陣的隨機(jī)一致性比例。當(dāng)CR＜0.10或在0.1左右時(shí)，矩陣具有滿意的一致性，否則需重新調(diào)整矩陣。

（4）層次總排序

即計(jì)算同一層次所有元素相對(duì)上一層次的相對(duì)重要性的權(quán)值稱為層次總排序。這一過程是從最高層次到最低層次逐層計(jì)進(jìn)行。假設(shè)A層次所有要素排序結(jié)果分別為a1，a2，…am，則可按表3的方法計(jì)算其下一層次B中各要素對(duì)層次A而言總排序權(quán)值［2］。這里是計(jì)算在流域水環(huán)境中，各污染物在各相應(yīng)斷面要求下相對(duì)于流域整體環(huán)境質(zhì)量狀況的排序。其結(jié)果也要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，

表3層次總排序表

層次

A1A2…Am

a1a2…am

層次總排序

B1

b(1)1

b(2)1

b(n)1

B2

b(1)2

b(2)2

b(n)2

Bn

b(1)n

b(2)n

b(n)n

當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為層次總排序結(jié)果具有滿意一致性。

3層次分析法在府河流域規(guī)劃中的應(yīng)用

在府河流域規(guī)劃中，對(duì)全流域進(jìn)行了污染控制單元的劃分，為了對(duì)各單元內(nèi)各控制斷面水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定主要污染單元，采用了層次分析法對(duì)各單元內(nèi)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這里以第Ⅰ控制單元為例，該單元共包括隕水大橋、厥水自來水廠、白桃橋、馬坪四個(gè)控制斷面，為綜合評(píng)價(jià)各斷面水質(zhì)狀況，比較各斷面污染程度，明確主要污染所在。計(jì)算步驟如下：

（1）建立A—B矩陣，并計(jì)算最大特征根和特征向量。

根據(jù)各斷面所在區(qū)域功能劃分：除白桃橋按GB3838-88中Ⅲ類保護(hù)區(qū)要求外，其余三個(gè)斷面均按Ⅱ類保護(hù)區(qū)控制，其中隕水大橋因?yàn)槲挥陲嬘盟吹?，相?duì)重要一些，厥水和馬坪兩斷面重要性相似。因此得A—B判斷矩陣如下：

用方根法計(jì)算其最大特征值和特征向量如下：

M1=1×7×9×7=441

同理求得：

經(jīng)規(guī)范化處理得到特征向量

w=(0.679,0.179,0.038,0.103)T

最大特征根

（2）A—B判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

；

RI查表為0.90；則得在0.10左右，可以近似認(rèn)為該判斷矩陣具有較好的一致性。

（3）建立B—C判斷矩陣，并計(jì)算其最大特征根和特征向量。

①單因子評(píng)價(jià)

將隕水大橋、厥水自來水廠、白桃橋、馬坪上游4個(gè)斷面在枯水期各污染物逐一進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果以及各斷面對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值見表4。按標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法計(jì)算各斷面各污染物單因子指數(shù)結(jié)果見表5。

表4各斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

斷面名稱

污染物濃度（mg/L）

BOD

高錳酸

鹽指數(shù)

氨

氮

亞硝酸

鹽氮

隕水

大橋

監(jiān)測(cè)

2.5

5.5

0.27

0.013

標(biāo)準(zhǔn)

3

4

0.5

0.1

厥水

自來

監(jiān)測(cè)

3.8

4.8

0.74

0.067

標(biāo)準(zhǔn)

3

4

0.5

0.1

白桃

橋

監(jiān)測(cè)

4.0

5.3

2.30

0.084

標(biāo)準(zhǔn)

4

6

0.5

0.15

馬坪

上游

監(jiān)測(cè)

3.6

4.8

0.20

0.045

標(biāo)準(zhǔn)

4

0.5

0.1

表5單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

監(jiān)測(cè)斷面

污染物名稱

BOD

高錳酸

鹽指數(shù)

氨氮

亞硝酸

鹽氮

隕水大橋

0.8

1.4

0.5

0.13

厥水自來水廠

1.3

1.2

1.5

0.7

白桃橋

1.0

0.9

4.6

0.6

馬坪上游

1.2

1.2

0.4

0.5

②建立判斷矩陣。

由表5中結(jié)果，將各斷面各污染物兩兩單因子指數(shù)的比值作為判斷矩陣中的元素。則可計(jì)算在隕水大橋斷面B1下的判斷矩陣為：

計(jì)算其特征向量和最大特征根分別為：

w=(0.284,0.497,0.179,0.040)T

則其一致性檢驗(yàn)結(jié)果037，RI查表為0.90；則得CR為0.04＜0.10，因此具有滿意的一致性。

同理可得厥水自來水廠斷面B2下的判斷矩陣為

計(jì)算其特征向量和最大特征根分別為：

則其一致性檢驗(yàn)結(jié)果：

RI查表為0.90；則得CR為0.0014＜0.10，因此具有滿意的一致性。

白桃橋斷面B3下的判斷矩陣為

計(jì)算其特征向量和最大特征根分別為：

則其一致性檢驗(yàn)結(jié)果：

RI查表為0.90；則得CR為0.0018＜0.10，因此具有滿意的一致性。

馬坪斷面B4下的判斷矩陣為：

計(jì)算其特征向量和最大特征根分別為：

w=(0.364,0.364,0.120,0.152)T

則其一致性檢驗(yàn)結(jié)果；則得CR為0，具有滿意的一致性。

（4）確定各斷面總排序

按照表3計(jì)算得結(jié)果見表6。

表6層次總排序結(jié)果

層次

B1

B2

B3

B4

層次總排序

0.679

0.179

0.038

0.103

權(quán)值

排序

C1

0.284

0.497

0.179

0.040

0.293

2

C2

0.277

0.255

0.318

0.149

0.261

3

C3

0.142

0.128

0.646

0.085

0.153

4

C4

0.364

0.364

0.120

0.152

0.333

1

總排序的一致性檢驗(yàn)為

0.038+0.103）×0.9=0.9

于是即總層次排序亦具有滿意的一致性。

各斷面水質(zhì)狀況總排序?yàn)閺牧印鷥?yōu)，白桃橋斷面水質(zhì)最差，其次為厥水自來水廠斷面，水質(zhì)較好的為隕水?dāng)嗝婧婉R坪斷面，這與實(shí)際情況比較吻合。因?yàn)榘滋覙蛭挥诟闪魃希蛹{了隕水和厥水兩條支流的廢水以及隨州市區(qū)廢水，盡管其水質(zhì)功能低，但總體污染水平仍然較嚴(yán)重；厥水自來水廠雖位于支流上，但其上游有工業(yè)污染源，使斷面水質(zhì)項(xiàng)目超標(biāo)較多，這從單因子指數(shù)也可看出，因此在同樣功能要求情況下，該斷面所在區(qū)域水體污染也較為嚴(yán)重；隕水和馬坪斷面均是由于上游污染源少，所以使水體水質(zhì)的總體水平較好，其Pi僅部分超標(biāo)，尤其是隕水?dāng)嗝鎯H一項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)。

綜上所述，則對(duì)于Ⅰ單元污染狀況得出結(jié)論為：該單元水質(zhì)狀況較差，各斷面均有超標(biāo)；污染較嚴(yán)重的是白桃橋和厥水自來水廠兩個(gè)斷面所在區(qū)域，是下一步重點(diǎn)污染治理對(duì)象。由此可見，在水環(huán)境規(guī)劃中用層次分析法評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量，可綜合比較各斷面的污染程度，并通過對(duì)其排序找出污染問題所在，為下一步污染控制優(yōu)先次序提供依據(jù)。