层次分析法在抚仙湖入湖河流水质综合评价中的应用

徐 臻

(云南省生态环境厅驻玉溪市生态环境监测站，云南 玉溪 653100)

0 引言

抚仙湖是我国最大的深水型淡水湖泊，它以洁净的水质、大美的湖光山色闻名于世。虽然抚仙湖水质总体仍保持Ⅰ类，但随着湖周经济的快速发展，水质已呈现下降趋势。在湖泊水质污染及富营养过程中，绝大部分面源污染物是通过入湖河流进入湖泊的，因此控制入湖河流污染物对于湖泊治理至关重要，而科学客观地评价入湖河流的水质污染状况，是在进行入湖河流水环境综合治理前必须进行的基本工作。本文运用层次分析法对抚仙湖入湖河流的水环境质量进行综合评价，为抚仙湖入湖河流水环境综合治理奠定基础。

1 原理与方法

层次分析法(AHP-analysis hierarchy process)是20世纪70年代由美国匹兹堡大学T.L.Saaty教授首先提出的，它用一定标度把人的主观判断进行客观量化，是一种将定量和定性分析相结合的系统多目标决策方法，适用于多方案比较排序[1]。

1.1 评价因子及评价标准

水质评价参照《GB 3838-2002地表水环境质量标准》，其中评价因子达30个，常用的有：①耗氧有机物及氧平衡指标类(DO、COD等)；②有毒及易积累物质类(挥发酚、氰化物、六价铬等)；③天然水体化学综合指标类(pH等)以及根据本地区水环境使用功能及污染特点选定的附加项[2]。基于此分类，本文选取挥发酚、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮5项作为评价因子。

1.2 数据来源

本文数据来源于云南省生态环境厅驻玉溪市生态环境监测站2019年度生态环境质量监测报告，抚仙湖入湖河流共设9个断面监测点，分别为路居河、马料河、隔河、东大河、山冲河、代村河、梁王河、尖山河、牛摩河。2019年抚仙湖入湖河流评价因子实测结果平均值见表1。

表1 2019年抚仙湖入湖河流评价因子实测结果表 (mg/L)

2 层次分析法在抚仙湖入湖河流水环境质量评价中的应用

2.1 建立层次结构模型

将问题所包含的因素划分为不同层次，如目标层、准则层和方案层等，用框图形式说明各层次的递阶结构与因素的从属关系，其层次结构模型见图1。

2.2 构造判断矩阵

建立了递阶层次模型，层次之间目标准则的隶属关系也就确定了，可以在此基础上构造判断矩阵。判断矩阵表述了每一层各要素相对其上层某要素的相对重要程度。根据抚仙湖入湖河流的污染特征对准则层各评价因子进行重要程度排序，构造A-B的判断矩阵见表2。

图1 抚仙湖入湖河流水质综合评价层次结构模型

表2 A-B判断矩阵

用评价因子的浓度与其对应的各个水环境质量级别的标准值的差值的倒数作为标度，构建B-C的判断矩阵[3]。以路居河为例分别构造B-C的判断矩阵见表3～表7。

表3 挥发酚权重判断矩阵

表4 氨氮权重判断矩阵

表5 高锰酸盐指数权重判断矩阵

表6 总磷权重判断矩阵

表7 总氮权重判断矩阵

2.3 层次单排序及其一致性检验

当判断矩阵不能保证具有完全一致性时，其特征根也将发生变化。因此，可以利用判断矩阵特征根的变化来判断矩阵的一致性程度，一致性指标如下：

CR=CI/RI(RI为平均随机一致性指标)，当CR<0.1，即认为判断矩阵具有满意的一致性。

计算A-B的判断矩阵的特征向量及最大特征根，并进行一致性检验，λmax=5，W=(0.036，0.143，0.179，0.321，0.321)T，CR=0.00001<0.1，一致性可以接受。

再计算B-C判断矩阵的特征向量及最大特征根，得到：

WB1=(0.412，0.412，0.118，0.054，0.005)T，λmax1=5，CR1=0.000003

WB2=(0.081，0.152，0.609，0.102，0.055)T，λmax2=5，CR2=0.000012

WB3=(0.126，0.547，0.234，0.061，0.032)T，λmax3=5，CR3=0.000031

WB4=(0.074，0.119，0.478，0.235，0.094)T，λmax4=5，CR4=0.000006

WB5=(0.029，0.035，0.052，0.097，0.787)T，λmax5=5，CR5=0.000065

对B-C判断矩阵进行一致性检验，各矩阵一致性均可以接受。

2.4 层次总排序及其一致性检验

利用同一层次中所有层次单排序的结果值，就可以计算针对上一层次、本层次所有因素重要性的权值，这就是层次总排序。路居河的层次总排序结果见表8。

根据公式计算得CR=CI/RI=0.00003<0.1，层次总排序也具有满意的一致性。

2.5 结论和建议

用同样的方法对抚仙湖其余8条入湖河流监测数据进行分析，最终2019年抚仙湖9条入湖河流层次总排序结果见表9。

从层次总排序结果可以看出在9条抚仙湖入湖河流中，隔河、山冲河、梁王河的水质综合类别为Ⅰ类，代村河、尖山河为Ⅱ类，水质较好。路居河、东大河、牛摩河为Ⅲ类，而马料河为Ⅳ类，水质较差。因此在今后的入湖河流水污染综合治理中，应将路居河、马料河、东大河、牛摩河作为重点对象。

表8 路居河的层次总排序结果表

表9 抚仙湖入湖河流层次总排序结果表

应用层次分析法能准确地评价水体的水质状况，评价结果真实，而且对污染程度有较清晰的认识，能客观地刻画多因素的共同作用。针对抚仙湖入湖河流污染物的问题，应着重从入湖河流生态自净、农业面源污染防治、畜禽养殖污染防治、农村环境综合整治、区域水环境综合整治等几个方面加强，同时开展流域环境监管能力建设，工程措施和非工程措施并举，才能从根本上改变抚仙湖入湖河流现状。