基于AHP模型乌海市大气环境质量评价及合理建议

邓旺华， 谢世友,2*

(1.西南大学 地理科学学院，重庆 400715，2.三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715)

改革开放后，我国经济发展步伐迅速增长，各种工业数量及规模不断扩大、城市化进程加快，各类机动车数量迅速增加等原因，使我国成为世界上主要的化石燃料消费国家，导致我国城市大气质量下降，并且带来诸如酸雨、雾霾等大气问题，随着我国社会对大气环境关注度的增加，大气环境质量的好坏正在成为公众关心的焦点[1-2].大气环境质量评价既是大气环境质量研究的重要组成部分，也是环境监测与治理基础工作的重要项目之一，只有对大气环境质量做出合理评价，才能制定具有针对性的污染治理规划方案，其评价是否合理，将直接影响大气治理的决策[3].层次分析法(The AnatyticHierarchy Process，简称AHP)被广泛应用于环境评价方面研究[4-13].层次分析法是由美国运筹学家T.L.Saaty于20世纪70年代提出的一种定量和定性相结合的决策分析方法.它的基本思路是将复杂的问题分解成不同的层次和因素，进而建立起递阶层次系统，再对系统内两两指标间的重要程度做出判断，建立判断矩阵，通过计算该矩阵的最大特征根及对应特征向量，得出各要素或评价对象的权重，最终确定最优方案，为决策提供依据.大气环境质量受多种因素影响，这些因素又具有一定的模糊性与不确定性，而层次分析法在分析大气环境质量这类多目标、多准则的复杂地理问题具有适用性、简洁性和系统性等优点[11]，因此本文采取层次分析法确定评价指标权重.运用AHP解决问题分为四个步骤：建立问题的递阶层次结构；构造两两比较判断矩阵；由判断矩阵计算被比较元素相对权重；计算各层元素组合权重[12].

乌海市作为内蒙古西部的一座新型工业城市，其发展主要依托的是对煤炭资源的粗放开发与利用，在这个过程中，自然地产生了一系列环境问题，威胁着人们的身体健康，其中表现最为明显的就是大气环境问题.大气环境质量是生态环境质量的组成部分之一，同时也是评价城市整体环境的一个重要方面，这就要求我们要及时获得影响其变化的各个因素的情况，并对其进行评价，进而为决策提供依据.

1 方 法

乌海市大气环境评价模型的建立由评价方法的确定、建立递阶层次结构、构造两两比较判断矩阵、层次单排序权重的计算及一致性检验、层次总排序组合权重计算及一致性检验和确定大气环境质量级别六个环节构成.

1.1 评价方法的确定

根据乌海市大气环境质量现状，以2004～2010年大气污染因子检测统计值表为依据，依照我国《大气环境质量标准》(GB3095-1996,2000修改),选取大气主要污染成分：SO2、NO2及PM10为评价因子，对乌海市2004～2010大气环境质量进行逐年与综合评价.

表1 2004～2010年乌海市各主要污染物平均值[14]

表2 大气环境质量标准分级污染物浓度限值(GB3095-1996,2000修改)[15]

1.2 建立递阶层次结构

选取主要的大气污染物作为因子，以我国大气环境质量评价标准为依据，建立乌海市大气环境质量层次结构模型：大气环境质量评价标准为总目标层，主要大气污染物为准则层，大气环境质量级别为方案层(见图1).

图1 乌海市大气环境质量分层指标体系Fig.1 The hierarchical index system of atmospheric environmental quality in Wuhai City

1.3 构造两两比较判断矩阵

在大气环境质量层次结构模型中，以评价因子的指数为标度，以大气环境质量二级标准为基准，构建各准则层(Bi)的相对重要两两比较判断矩阵(A-B)：

由此构造各因子的相对重要两两比较判断矩阵(A-B)，见表3.

表3 A-B判断矩阵

由此构建大气环境质量级别(Ci)的相对重要性两两判断矩阵(Bi-C)(见表4-6)

表4 B1-C判断矩阵

表5 B2-C判断矩阵

表6 B3-C判断矩阵

1.4 层次单排序权重的计算及一致性检验

表7 层次单排序和一致性检验表

Tab.7 The checklist of level single sort and its consistency

A-BB1-CB2-CB3-Cmax3.00003.00003.00003.0000Wi0.26520.05030.84620.28120.06820.09500.07690.33090.66670.85470.07690.3879CI0.00000.00000.00000.0000RI0.58000.58000.58000.5800CR0.00000.00000.00000.0000

由表7可看出，2004年各判断矩阵的一致性比率CR值均<0.1，可得所构建判断矩阵一致性效果较好，如一致性效果不好，则需要对矩阵进行修改.

1.5 层次总排序组合权重计算及一致性检验

层次总排序组合权重计算及一致性检验表明，2004年层次总排序一致性比率CR值<0.1，判断矩阵一致性很好.

表8 层次总排序和一致性检验

1.6 确定大气环境质量级别

根据表8层次总排序结果可知，权值最大所对应的大气环境质量为三级，权值为0.490 5，明显大于另外两个级别的权值，因而2004年乌海市大气环境质量为三级.依照同样的方法对2005～2010年乌海市大气环境质量进行分析评价，得到各年层次总排序(见表9).

表9 各年层次总排序

Tab.9 The checklist of level single sort and its consistency

层次各年层次总排序2004200520062007200820092010C10.25850.20620.13780.14810.15310.17090.1640C20.25100.25840.13910.19980.22220.42370.4744C30.49050.53530.66230.55780.50210.31920.2096

经检验，这些年份的判断矩阵和排序均满足一致性要求.

2 结 果

乌海市大气环境质量从以上分析数据可知，2004～2008年，乌海市大气环境质量均为三级水平，2009～2010年，乌海市大气环境质量达到二级标准；通过比较其对应的权值，可得各年大气质量优劣依次为：2009年>2010年>2004年> 2008年>2005年>2007年>2006年，其中大气环境质量最好的是2009年，二级权重为0.423 7，最差的是2006年，三级权重为0.662 3.

从图2可看出，乌海市大气环境质量级别三级权重从2006年的最高值0.662 3逐步减小到2010年的0.209 6；二级权重从2006年的最低值0.139 1上升到2010年的最高值0.474 4；一级权重值的变化幅度则不是很大；2009年大气质量等级二级权重首次超过三级权重.出现这种变化的原因主要是随着环境改造工程的深入开展，特别是2008年“蓝天工程”的顺利实施，全市大气环境质量得到改善，影响大气环境质量的各指标因子均有所下降，城市大气质量标准等级上升.特别是2008年“蓝天工程”的顺利实施，全市大气环境质量得到改善，影响大气环境质量的各指标因子均有所下降，城市大气质量标准等级上升.

图2 乌海市大气环境质量级别权重Fig.2 The level weight of atmospheric environmental quality in Wuhai City

图3 2004年～2010年乌海市各主要污染物平均值Fig.3 The average value of major pollutants in Wuhai City ( 2004 to 2010 )

从图3可看出，2004～2010年的7年间，PM10从2004年的最高值0.440 mg/m3下降到2010年的最低值0.124 mg/m3，下降幅度达到71.82%；其次下降幅度较大的是SO2，从2004年的0.105 mg/m3下降到2010年的0.059 mg/m3,下降了43.81%；NO2浓度在这期间总体变化不大，但也有所下降，从2004年的0.036 mg/m3下降到2010年的0.030 mg/m3，下降了16.67% .

图4 乌海市大气环境质量评价因子权重Fig.4 The evaluation factor weight of atmospheric environmental quality in Wuhai City

由图4可看出，乌海市大气环境质量主要受SO2和PM10影响，PM10的权重最大，在0.336 0～0.666 7之间；其次是SO2，其权重在0.265 2～0.483 0之间；权重值最小的是NO2，在0.068 2～0.122 4之间.但在2005～2008年间，SO2权重大于PM10权重，大气环境质量以SO2影响为主.这是由于此期间是乌海市经济快速发展阶段，对工业产品需求的增长导致工矿业废气排放骤增，进而使得SO2浓度增高.另外，2005～2008年间，乌海市饮食服务业也进入飞速发展期，全市新增数千家酒楼、饭店，但由于缺乏管理，各种小型摊点、饭店及大排档等无孔不入，由于其设备简陋、随意设点，且大部分集中于居民区，油烟未经处理排放，明显加重了SO2的污染负荷.“蓝天工程”全面开展后，以上现象都得到了一定程度的解决，所以从2008年开始，SO2对乌海市大气环境质量评价权重开始降低.PM10的浓度除了受到人为因素的影响，还受诸如土壤风沙、浮尘天气和沙尘等自然条件变化影响，且自然条件影响较为显著[16]，特别是对于乌海市这样常年多风沙的城市来说更为明显了.

3 讨 论

根据层次分析法的分析结果，为使乌海市大气环境质量得到更好的发展，提出如下建议：

3.1 加快经济转型，调整产业结构

在确保煤炭、洗煤、焦化、化工四个产业链相对完整，白灰-电石-PVC-PVC深加工四个环节相互平衡协调的基础上，加快经济转型，积极促进第三产业发展，减小第二产业比重，增大第二产业科技含量，对符合乌海市实际情况的高新技术产业和符合市场需求的加工制造业给予各方面的支持.同时，积极推动非煤、非资源型产业转型项目建设，鼓励污染小、效益高的产业发展，延长产业链，尽快完成乌海市产业结构调整，为改善全市大气环境质量提供经济基础.

3.2 全面推进城区集中供热，建立并完善城区热网

全面推进热网建设、天然气入城、旧城区拆迁改造等项目工程建设，建立并完善覆盖全市的城区热网，实现大规模集中供热.针对工业园区产生的大量余热要加以研发利用，推进园区燃煤锅炉综合整治工程建设，改变因分散供热等导致的SO2污染负荷过高的现状，进而提升全市大气环境质量.

3.3 工业企业持续达标排放

严格落实政府《乌海市重点行业环境保护达标整治工作方案》，对重点污染企业的各个污染指标严格把关，并持之以恒地贯彻下去，确保污染设施运行台帐齐全，污染物排放总量达标.

3.4 完善监管体系，加大执法力度

严格执行相关法律法规及政策，加强政府监管职能，严厉打击违反环保法的行为，对违法行为要做到有法可依、执法必严、违法必究.对重点污染企业要建立完善的监测系统，特别是要对现役机组脱硫脱硝和除尘设备的运行实行在线监测，及时掌握企业排污情况，杜绝超标排放.

3.5 做好城区绿化工作

做好城市园林绿地建设工作,增加城市植被面积,是减少大气中SO2、NO2、PM10的浓度,控制风沙扬尘，改善大气环境质量的重要措施.因地制宜地做好全市绿化工作，选取适宜本地的植物进行培养栽种，进而遏制荒漠化、沙化进程，降低PM10浓度值.

3.6 增强环保意识，加强宣传力度

社会、企业和个人要加强环保意识，充分利用媒体，特别是诸如微信、微博等为广大群众广泛使用的新兴媒体宣传可持续发展战略，采用群众易为接受的形式普及与百姓生活密切相关的环保知识，进而唤起全市人民的环保意识、危机意识及责任感和紧迫感，充分发挥相关职能部门、社会舆论及人民群众的监督作用，促进乌海市大气环境质量的提高.

4 结 论

层次分析法具有适用性广、实用性强，简洁明了等优点，运用这种方法对乌海市2004～2010年大气环境质量进行综合评价，结果表明：2004～2008年，乌海市大气环境质量均为三级水平，2009～2010年，乌海市大气环境质量达到二级标准，其中大气环境质量最好的是2009年，最差的是2006年.2005～2009年期间，乌海市大气环境质量主要受SO2影响，其权重主要在0.406 7～0.483 0之间；2004年和2010年则以PM10影响为主，其权值分别为0.666 7和0.404 7.

2004～2010年的7年间，PM10下降幅度达到71.82%，SO2下降幅度达到43.81%，NO2浓度在这期间总体变化不大，但也下降了16.67% ，各项污染物指标均有所降低，环境治理工作取得一定的成效，特别是2009年大气质量等级二级权重首次超过三级权重，经过“蓝天工程”治理，大气环境质量明显提高.

乌海市大气环境质量主要受SO2和PM10影响，在2005～2008年间，SO2权重大于PM10权重，大气环境质量以SO2影响为主，表明煤烟型污染是乌海市大气污染的主要类型，其中PM10与SO2为主要污染物.为此，要改善并且提高乌海市大气环境质量，首要目标是降低PM10与SO2的排放量，减少两者在大气中的浓度.

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