层次分析法在兰州市大气环境质量评价中的应用研究

张勤虎，吴 恒，王雪姣

(1.甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省人民防空办公室，甘肃 兰州 730020)



层次分析法在兰州市大气环境质量评价中的应用研究

张勤虎1，吴 恒1，王雪姣2

(1.甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省人民防空办公室，甘肃 兰州 730020)

采用层次分析法(AHP)对兰州市“十二五”期间的大气环境质量进行了评价。结果显示：2010～2013年间，兰州市环境空气质量为三级标准。2014年和2015年空气质量则达到一级标准，这说明“十二五”期间兰州市环境空气质量明显好转，这与兰州市空气质量综合评价的结果有一致性。在各污染因子中，PM10对空气质量的影响最大，其次是SO2，而NO2的影响最小。

层次分析法；兰州；大气环境质量

1 引言

层次分析法(The Analtytic Hierarchy Process，简称AHP)是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性和定量分析的决策方法[1]。其原理在于把问题层次化，根据问题的性质和需要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素。并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系，将因素按不同层次聚集组合。形成一个多层次的分析结构模型。由高层次到低层次分别包括：目标层、准则层、指标层、方案层、措施层等。并最终把系统分析归结为最低层(供决策的方案、措施等)，相对于最高层(总目标)的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排列问题，进而根据综合权重按最大权重原则确定最优方案。该法广泛应用于地区经济发展方案比较、科目技术成果评价、资源规划和分析及企业人员素质评测等方面[2]。其在环境质量评价方面也发挥了重要的作用，引起了学者们多方面的研究[3～6]。 本文采用层次分析法对兰州市“十二五”期间的环境空气质量进行综合评价。真实、客观的反映兰州市大气质量状况。

2 层次分析法

2.1 建立层次结构模型

层次结构模型中的层次一般由上至下分为三层:第一层为目标层，表示决策者要达到的目标。第二层为准则层，表示衡量是否达到目标的判断准则。第三层为方案层，表示可供选择的方案。这样的层次结构确定了这三层的隶属关系，即同一层次的因素对下一层次的某些因素起支配作用，同时它又受上一层次因素的支配，形成一个自上而下的递阶层次。

2.2 构造各层次判断矩阵

2.3 层次单排序权重的计算及一致性检验

层次单排序是指，对于上一层某因素而言，本层次各因素对其影响的重要性的排序，以权值表示影响程度。由于客观事物的复杂性和人们认识的片面性，在进行两两比较评分时，作出的判断矩阵一般不具备完全一致性。因此，需进行一致性检验，否则得出的因素优劣数值排序就会有逻辑上的矛盾。具体计算步骤如下：

得特征向量：W=[W1，W2，…Wn]T,即为各因素对上一层某要素的相对重要权重。

(4)计算两两判断矩阵的最大特征根λmax：

(5)判断矩阵一致性检验：

表1 平均随机一致性指标

2.4 层次总排序权重的计算及一致性检验

表2 层次总排序

2.5 确定大气质量级别

层次总排序中权重最大值对应的大气环境质量级别即为该评价区域大气环境质量级别。

3 层次分析法在兰州市大气环境质量评价中的应用

兰州市2010-2014年大气污染因子监测统计值如表3所示。选取SO2、NO2和PM10作为评价因子，对兰州市各年的大气质量进行综合评价。

表3 兰州市2010—2015年大气环境质量状况 年平均值mg/m3

注：资料来源：2010-2015年甘肃省环境状况公报

3.1 建立层次结构模型

依据评价因子，依照《大气环境质量标准》(GB3095-1996，2000修改)，见表4。建立兰州市大气环境质量层次结构模型。该模型分为三层：以大气环境质量为目标层，以大气质量评价因子为准则层，以大气环境质量级别作为层次分析的方案层[7]。见图1。

表4 环境空气质量标准 mg/m3

图1 兰州市大气环境质量评价模型

3.2 构造判断矩阵

3.3 层次单排序及一致性检验

从层次单排序及一致性检验的结果(表9)可以看出，2010年各判断矩阵的一致性比率CR均小于0.1可见各判断矩阵都有满意的一致性。

表5 A—B判断矩阵

表6 B1(SO2)—C判断矩阵

表7 B2(NO2)—C判断矩阵

表8 B3(PM10)—C 判断矩阵

表9 2010年层次单排序及一致性检验

3.4 层次总排序及一致性检验

层次总排序及一致性检验结果见表10。

表10 2010年层次总排序及一致性检验

2010年层次总排序的一致性检验：

3.5 确定大气环境质量级别

由表10可知，权值最大对应的大气环境质量级别为三级标准，其权值为0.4943。因此兰州市2010年的大气环境综合质量达到三级标准。

表11 2011年层次总排序及一致性检验

依照同样的方法，可以得到2011、2012、2013、2014年的层次总排序表，分别见表11、表12、表13、表14；而且检验它们各自的判断矩阵和层次总排序都具有满意的一致性。

表12 2012年层次总排序及一致性检验

表13 2013年层次总排序及一致性检验

表14 2014年层次总排序及一致性检验

表15 2015年层次总排序及一致性检验

4 评价结果分析

将2010～2015年方案层对目标层权重值做图，见图2。从趋势上可以看到，2010～2013年兰州市空气质量为三级标准。2014年、2015年兰州市的空气质量为一级标准。这说明兰州市空气质量在“十二五”期间是有明显改善的。《甘肃省环境状况公报》对“十二五”期间的兰州市空气质量进行了总结：2010～2015年，兰州市每年的空气质量级别均为三级，处于轻度污染状态，但是每年的空气污染综合指数却是不断降低的，空气质量有明显改善趋势。因此本文的层次分析法研究与污染指数的评价结果具有一致性。

图2 兰州市大气环境质量各级别权重

图3 兰州市大气环境质量各评价因子权重

将2010～2015年准则层对目标层做图，见图3。2010～2015年兰州市大气环境质量主要受PM10的影响，其权重在0.5102～0.6077之间。其次是SO2的影响，而NO2的影响则最小。因此要提高兰州市的大气环境质量，关键是要加强对PM10和SO2的污染控制。

5 结语

层次分析法具有系统、简洁实用、适用性强的优点[8]。利用层次分析法评价兰州市大气环境质量，能够真实有效的反映兰州市大气污染程度以及客观多因素的共同作用。

评价结果表明：“十二五”期间，2010～2013年兰州市环境空气质量为三级标准，2014年和2015年兰州市空气质量符合一级标准。这说明在“十二五”期间，兰州市空气质量是有好转的趋势，这与兰州市空气污染综合指数的评价具有一致性。在此期间，兰州市的大气环境质量受PM10的影响最大，其次是SO2，而NO2的影响相对较小。

[1]许树柏.层次分析方法原理[M].天津:天津大学出版社，1984.

[2]卓 倩，杨文卿，钱庆荣，等.层次分析法在福州市大气环境质量评价中的应用[J].福建师范大学学报(自然科学版)，2012，28(1)：60～65.

[3]易 睿，丁志成. 层次分析法(AHP)在扬州市“十一五”环境空气质量评价中的应用研究[J].环境科学与管理，2013，38(12):154～157．

[4]许文杰,陈为国.应用灰色聚类法评价水体富营养化[J].山东建筑大学学报， 2007， 22 (1): 49～52.

[5]吴立根，张江山，陈 盛.灰色聚类法评价山仔水库富营养类型[J].环境科学与管理，2007, 32(4): 190～192.

[6]张红日，尹晓林.基于层次分析法的2004年-2013年青岛市大气环境质量评价研究[J].环境科学与管理，2015，40(7)：180～184.

[7]王建芬．层次分析法引论[M]．北京: 中国人民大学出版社，1990．

[8]周淑玲.基于层次分析法的福州市大气环境质量评价[J].绿色科技，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

张勤虎(1987—)，男，助教，硕士，主要研究方向为环境污染控制。

X823

A

1674-9944(2016)18-0084-04