水环境质量评价中的层次分析法
基于层次分析法的淮河流域水环境安全综合评价
ＺＨ唧 ＡＩ
维普资讯
曩 ｌ
水环境综合指数 Ａ
污染 源安全 Ｂ
地表水环境安全 Ｂ
地 下水环境安全 Ｂ
水土保持安全 Ｂ 生态 系统安全 Ｂ
Ｊ
物 排 放 强 度 废 珂 水 排 放 量
维普资讯
基于屡－分析法的淮河琉域水环境安全综合评价 天
张凤 翔
（ 淮委沂沭泗水利管理局
徐州
２ １０ ） ２ ０９
【 要】 摘 针对淮河流域 目 前存在的水环境安全问题， 用层次分析法建立起水环境安全综合指标体系， 并计算各指标的权
重， 以评价影 响淮河流域水环境 安全 系统的主要 因素。
５ 结 语
洛河洼单侧退堤有较好 的水位效益 ， 在洛河洼对岸 尹 但
家 沟沟 口以下河槽 凹岸处产生较大 回流 。
４ ．两侧退堤与疏浚组合方案沿程水位 、 ．１ ３ 比降
两 侧退 堤与疏 浚组 合 方案 ，流 量 ３０ 、０ ０ ６ ０ 、 ０ ０ ４ Ｏ 、０ ０ ８０ 、０ ０ ｌ０ ０ ％ 时 ，实测 毋家庵 一新 城 口河段水位 ０ ０ ９ ０ 、Ｏ ０ ｍ
２ 层次分析法在淮河流域水环境安全综合评价 中
的应 用
４３２两侧退堤 与疏 浚组合方案流态及流速分布 ，．
侧退堤工况接近 。中高洪水（ ００—１０ ０ｍ３） ６０ ００ ／ 时水 流平 ｓ 顺、 在堤 内均匀下泄 ， 未出现不 良流态 。 洛河洼对 岸尹家 沟 沟 口以下河 槽 凹岸处 回流消失 ，水流流态较单 侧退堤工 况， 得到 明显改善 。
Ｃｔ
表 表 源 流 泊 面
水 水 体 体 ＣＤ ０ Ｏ￣ Ｂ 质 质 量 量 浓 浓 度 度
基于层次分析法的白洋淀水环境治理技术综合评价
ｓｓｅ ｙａｏ ｔ ｇ ｈ ｎ ｌ ｉ ｈｅａｃｙｐｏｅｓ（ ＨＰ ｎｃｍ ｉ ｄｗｔ ｅｃａａｔｒ ｔ ｆ ａ ｒ ｕ ｌｙｆ ｍ Ｂ ｉ ｅｓｄｂ ｄ ｐｉ ｅａ ａ ｔ ｉｒ ｈ ｒｃｓ Ａ ）ｉ ｏ ｂｎ ｉ ｔ ｈ ｒｃ ｉ ｉ ｏ ｔ ａｉ ｒ ａｙ ｎ ｔ ｙｃ ｒ ｅ ｈｈ ｅ ｓｃ ｗ ｅ ｑ ｔ ｏ — ａｇ ｉ ａｅ ｈ ｓ ｔ ｈ ｉｕ ｓ ｏｔｉｅ ４ ｋｎ ｓｏ ｃ ｎｃｌ ｒｐｓｌ ｅ ａ ｔ ｏ ｈｅ ａ ｒ ａ ｇｒ ｓ ｎｌ— ｎｄａ Ｌ ｋ ．Ｔ ｅｅ ｅ ｎｑ ｅ ｎａｎｄ２ ｉｄ ｆｅ ｈ ｉ ｏ ｏａ，ｓｐ ｒ ｅ ｆ ｍ ｔｒｅｍ ｊ ｔ ｏｉ ，ｉ ｕ ｎ ｃ ｃ ｔ ａｐ ａｄｒ ｏｃｅ ｅ ｃ
关键 词 ： 层次分析法 ； 白洋淀； 水环境治理技术； 综合评价
Ａｎａ ｙ ｉ ｉ ｒ ｒ ｈ ｏ ｅ ｓ ｉ Ｃｏ ｐ ｅ ｎ ｉ ｅ Ｅｖ ｌ ｔｏ ｆ ｌ ｔｃ Ｈ ｅ ａ ｃ ｙ Ｐｒ ｃ ｓ ｎ ｍ ｒ ｈｅ ｓｖ ａ ｕａ ｉ ｎ ｏ
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综合水质评价方法概述
综合水质评价方法概述目前在综合水质评价中应用较多典型评价方法包括：单因子评价法、污染指数法、模糊数学评价法、灰色系统评价法、层次分析评价法、物源分析评价法、人工神经网络评价法，以及水质标识指数评价法。
单因子评价法单因子评价法是分别将各个水质标准规定的水质指标进行对比分析，在所有参与综合水质评价的水质指标中，选择水质最差的单项指标所属类别来确定所属水域综合水质类别；单因子指数评价计算简单，且可清晰判断出主要污染因子及其主要污染区水域。
我国在水质监测公报中，便采用了单因子评价水体综合水质。
单因子指数P由一位整数、小数点后二位或三位有效数字组成，表示为：XP i3XX12式中：X1————第i项水质指标的水质类别；X2————监测数据在X1类水质变化区间中所处位置根据公式按四舍五入的原则计算确定。
X3————水质类别与功能区划设定类别的比较结果，视评价指标的污染程度，X3为一位或两位有效数字。
根据Pi的数值可以确定水质类别、水质数据、水环境功能区类别，可以比较水质的污染程度，Pi 越大，水质越差，污染越严重，如果Pi大于6.0，水质劣于V类水。
单因子评价法，优点：是简单、易操作。
缺点：但单因子评价中污染因子占100％权重，其余因子权重为零，而随水质监测结果不断变化，浓度越大权重越大，随意性较大，不去考虑各因子对水环境影响的差异性，会忽略很多有用的信息，具有一定的局限性。
污染指数法污染指数法的基本思想是：①针对单项水质指标，将其实测值与对应的水环境功能区类别与水质标准相比，形成单项污染指数；②对所有参与综合水质评价的单项水质指标，将各指标的单项污染指数通过算数平均、加权平均、连乘及指数等各种数学方法得到一个综合指数，来评价综合水质。
优点：指数法综合评价对水质描述是定量的，只要项目、标准、监测结果可靠，综合评价从总体上来讲是能基本反映污染的性质和程度的。
并且对于全国流域尺度而言，污染指数法计算简便，便于进行不同水系之间或同一水系不同时问上的基本污染状况和变化的比较。
地表水环境质量评价方法
地表水环境质量评价方法地表水是生态系统和人类生活中不可或缺的资源。
随着人口增长、经济发展和工业化水平的提高，地表水污染问题也越来越严重。
因此，地表水环境质量评价成为了环境保护工作必不可少的环节。
本文将介绍地表水环境质量评价的方法。
一、监测指标地表水环境质量评价的第一步是制定监测指标。
主要指标包括生物指标、物理指标和化学指标。
其中，生物指标包括浮游植物、浮游动物、底栖动物等微生物和水生动植物。
物理指标包括水温、溶解氧、酸碱度等。
而化学指标则包括污染物浓度，如COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、总氮、总磷等。
二、评价方法地表水环境质量评价方法包括主观评价和客观评价两种。
主观评价是指利用专家经验和专业知识进行判断和评估。
这种方法适用于区域性的评价，但缺点在于结论主观性强，缺乏客观性和可重复性。
客观评价则采用科学的方法进行评价，具有客观性和可重复性。
目前常用的客观评价方法有AHP（层次分析法）、灰色关联法和BP神经网络等。
三、环境质量划分对地表水环境质量的评价结果进行划分是评价的最终目的。
划分标准一般包括5个等级：I、II、III、IV、V。
其中，I类水质为最好的地表水环境质量等级，V类水质则为最差的地表水环境质量等级。
各等级的监测指标和限值标准由国家环保部门发布。
四、应用案例中国环保部门于2016年发布了《地表水环境质量标准》，其中明确了对各种污染物的标准含量和各级别水质的标准。
以湖南省汀江为例，通过测量COD、NH3-N和TP的浓度，采用AHP方法对其水质进行评价。
结果显示汀江水质为Ⅲ类，符合国家标准。
但是，由于各级污染物浓度的不均衡分布，汀江的中下游水质偏劣，需要加强环保措施，以实现环境质量的长期可持续。
环境质量评价方法
环境质量评价方法
环境质量评价是对环境现状和变化进行评估和判断的过程，其评价方法主要包括以下几种：
1.综合评价法：主要采用综合指数法、层次分析法等方法，将不同环境因素通过加权计算得出环境质量综合评价指数。
2.影响评价法：主要针对环境问题所涉及的具体影响因素进行分析和评价，包括环境影响评价和环境风险评价。
3.质量分级法：按照环境质量各项指标对环境进行分级，如空气质量分为优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染六个等级。
4.风险分析法：主要针对环境中可能带来的风险，通过风险评估和风险控制等方法进行分析和评价。
5.模拟预测法：主要通过建立环境质量模型，对未来环境状况进行预测和评估。
6.远程感应技术：主要利用卫星遥感、气象雷达等远程技术手段，对环境状况进行监测和分析。
水环境质量评价方法浅析
污染指数 法是在各 子污染 指数 的基 础上 ，经过数 学方法 处理而得 到 取关 联度最 大值 的对 应级别 来作为评 价水质级 别的标 准 ，该种方 法的 综 合污染 指数 ，以此 作为评 价水质 和对水质 分类 的方法 ，该 方法可 对 关联 度是建立 在可拓 集合基 础 Ｉ的取 值 区间 的拓宽到 实数轴 ，并 且可 ： 整体水质 做定量描述 ，可较 为准确 的反 映水 体污染 性质和 程度 ，并 且 拓集 合的关联 函数可 用代数 式表示 ，从 而可 以定量化 的解决不相 容问
随 着水 环境 日益复 杂 影响 水环 境 的因 素不 断增 多且 不断 发生 变 化 ，致使水 环境 的不 确定性 也 日益增 加 ，灰 色评价法 在理论上是 可充
１水环境质量评价方法 ．
１１污染指数评 价法 ．
将 对水体 交际 监测数 据与评 价标准作 为分指数 ，然后 将其通过 数 分 体现该 系统的不确 定性 ，同时该 方法具有 简单 、可 比的优点 ，但该 学运算得 到总体污 染指数 ，并将该 指数作 为水体 污染程度 评价标 准 ， 作为评 价不 同河 流或 同一 河流不 同时期水 质评价 尺度 ，该种方法 只 适于对水 体进行定 量描述 ，其可基 本反应 污染性质 及污染 程度 。该评 类方 法一般存在 分辨率低 的缺点 。
水 环境 本 身 即存在 大 量不 确定 素 ，因此 在其 包 含 的各 指标 级 别和标 准的确定上 也具有一 定 的模 糊性 ，为此在水 质评价 中 即引用 了
模糊数学 理论 。其 具体方 法是根据 监测数 据来建立 各 因子 指标对各 级 层 次的要求 则 以上 一层要求 为准则 ，之后进行 两两判 断 比较 ，并 经计
城市河道整治效果综合评价体系
城市河道整治效果综合评价体系导言目前，模糊综合评价法、模糊聚类分析法、层次分析法等方法常用于城市水环境治理效果评价当中。
模糊综合评价法（fuzzy comprehensive evaluation method）具有结果清晰，系统性强等特点。
模糊聚类法（Fuzzy Cluster Analysis）的优点是模型直观，结论表现形式简洁明了，缺点是在分析的影响因素较多的情况下，结论的获得有一定困难。
层次分析法（The analytic hierarchy process）能够将定性和定量问题相结合，其具有较强的复杂问题解能力，应用更为广泛。
本文基于城市河道特点及主要水环境问题，探索综合高效的河道岸上、岸下评价指标，构建合理的评价体系以对城市河道整治效果进行全面、客观、准确的评价，进而为城市河道水环境综合整治提供技支撑。
评价指标体系的构建原则综合评价指标体系是由若干相互联系的指标构成。
河道综合整治评价指标体系的建立应根据整治目标，选择合适的评价指标。
同时，筛选评价指标时应将主客观指标相结合，筛选出的评价指标应具有独立性及可造作性，应能够精准，清晰的反映出河道整治后的效果，应尽可能将众多影响因素进行量化，并以直观的方式体现出来。
本文的技术路线如图1所示。
图1 技术路线综合评价体系构建及评价方法1.综合评价体系构建城区河道水环境综合整治效果的评价不仅要对水质改善效果进行评价，同时应该对河道及周边自然环境改善情况进行评价。
本文结合目前河道综合整治的新思路，从岸上面源污染控制、岸下河道水体水质改善、河道整体景观改善及公众满意度等方面构建城市河道整治效果岸上、岸下综合评价体系。
2.评价方法层次分析法是以某一评价目标为准绳，进而将待评价的目标中的不同要素进行清晰、明了及层次性分析、分解，然后以一定标准对分解出的不同层次的指标进行逐一赋值打分，最后计算出每一项基础指标的权重。
本文将利用层次分析法构建河道综合整治效果评价体系。
基于层次分析的城市水环境治理综合效益评价——以武汉市为例
１ ． ２ 城 市水 环境 治理 效益评 价 的研究
目前关于城市 水环境治理 效益评价 的方法研究 十 分广泛 ， 从常规的优化方法 和模拟技术 到灰色理论 、 模 糊数学 、 层次分析以及人工神经 网络等方法都在文献 中
可以看到。洪继华等根据层次分析法的原理 ， 在流域水 环境规划中建立各层次模型 ， 并 以府河流域为例进行水
接 的影响 ； （ ２ ） 城 市 水环 境 治 理 经 济 效 益 及 社 会 效 益 比重 接 近 总 效 益 水 平 的 ５ ０ ％， 凸 显 了水 环 境 治 理 效 益 的 正 外部
性 以及政 府建立合理的水环境 治理机制 的必要性 ； （ ３ ） 从 经济效益 来看 ， 武汉 市水 环境 治理 对 于房 地产及旅 游业 的 影 响最为明显 ； （ ４ ） 水环境 治理社会 效益不明显 ， 反 映 了公众对政 府水环 境 治理认 同感及 自身环保 意识 的欠缺 。据 此， 对改善城 市水环境 治理机制提 出了对策建议 。
１ 文 献 综 述
早在 ２ ０世纪 ７ ０年代初期 ， 北 美和西欧 的一些发达 工业 国家就把 认识水环 境污染 机理及 危害作 为主要研 究方 向， 大量开 展水体污染监 测方法 、 评 价方法 及转移 规律 的研究 ， 对 城市水环境 的治理 和保 护提供 支撑… 。
近些年 ， 随着 可 持续 发 展 理 论 的提 出和 水 环 境 问题 的 日
１ ． １ 城 市水 环境 治理 模式 的研 究
阎铭针对传 统计划经济 模式下 的城市水 环境 治理 析 。陈春山等采用 了分 类评价 的方 法对河南 省地面 Ｅ Ｐ Ａ） ２ ０ ０ ３年 ６ 投融资体制存在 的诸多缺陷 ， 提出将市场机制下的双重 水进行了综 合评价 。美 国环保 总局 （ 融资模式引入城市水环境 治理事 业 ， 并建 立了基 于成本 月公布的环境技术 报告草案报告 中提出 了一 系列 水环
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表 2 层次总排序表 Table 2 The overall AHP arrangements
层
B1
次 0. 289
C1 (Ⅰ 级 ) 0. 058
C2 (Ⅱ 级 ) 0. 076
C3 (Ⅲ 级 ) 0. 106
C4 (Ⅳ 级 ) 0. 180
C5 (Ⅴ 级 ) 0. 579
收稿日期: 1997- 05- 08 苏德林 ,男 1963年生 ,研究生 ; 哈尔滨工业大学应用化学系环境评价室 ( 150001)
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哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
第 29卷
1. 4 计算各层元素的组合权重 为得到递阶层次结构中每一层中所有元素相
对于总目标的相对权重 ,需要把第三步计算结果 进行适当的组合 ,并进行总的判断一致性检验。这 一步骤是由上而下逐层进行的。 最终计算结果得 出最低层次元素 ,即方案优先顺序的相对权重和 整个递阶层次模型的判断一致性检验。
2 水环境质量评价中层次分析法的 应用
松花江哈尔滨江段上游某断面水质监测数据
见表 1。 为了分析和了解哈尔滨江段水的污染状 况 ,本文应用层次分析法对该断面水环境质量进
行评价 ,评价因子为高锰酸钾指数、 BO D5、 DO、非 离子氨、挥发酚 ,监测数据见表 1。
表 1 松花江哈尔滨江段某断面水质监测数据
B5 - C= 0. 500 0. 500 1 3. 500 48. 501 0. 143 0. 143 0. 286 1 1. 153
0. 010 0. 010 0. 021 0. 072 1
( B5 为挥发酚层 , C 为水环境质量级别层 )计算得
到判断矩阵特征向量为:
W 5= [ 0. 377, 0. 377, 0. 188, 0. 054, 0. 004] T 最大特征根 λmax = 5。
在建立递阶层次结构以后 ,上下层次之间元 素的隶属关系就被确定了。 假定上一层次的元素 Bi 作为准则 ,对下一层次的元素 B1 , B 2 ,… , Bn 有 支配关系 ,目的是在准则 Bi 之下按它们相对重要 性赋予 B1 , B2 ,… , Bn 相应的权重。 赋予权重所用 的是两两比较方法。 假定已知的 n 个评价因子 , m1、 m2、mn ,其参数值分别为 P1、 P2、… 、 Pn ,并假定 P1、 P2、…、 Pn 已经归一化 ,即可得到 n 个评价因 子之间的两两比较的相对值的判断矩阵 A = ( aij )n× n ,水环境质量评价其判断矩阵构造方法采 用单项污染指数法 ,即各评价因子的单项污染指 数作为标度为构造两两比较判断矩阵 ( A -B )。 1. 3 由判断矩阵计算被比较元素相对权重
这步是解 决在准则 Bi 下 , n 个元素 B1 , B2 , … , Bn 排序权重的计算问题 , 用方根法 求判断矩 阵特征根和特征向量并进行一致性检验 ,特征向 量 W 即为同一层次相应要素对上一层次某一要 素相对重要性权值 ,这一过程称为层次单排序 ,检 验单排序结果是否正确 ,要使判断矩阵满足完全 一致性条件 ,即 aik = aij· ajk ,如果不满足 ,要重新 建立判断矩阵。
第 5期
苏德林 等: 水环境质量评价中的层次分析法
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最大特征根 λmax = 5。
1
1
1 8. 000 8. 000
1
1
1 8. 000 8. 000
( B4- C)= 1
1
1 8. 000 8. 000
0. 125 0. 125 0. 125 1
1
0. 125 0. 125 0. 125 1
水环境质量评价是环境质量评价的一项重要 内容 ,目前水环境质量评价的方法主要有单项污 染指数法、模糊数学法等数十种方法。模糊数学法 应用隶属函数刻划了水环境质量的分级界线的模 糊性 ,比较客观地反映了实际问题 ,但该法强调极 值作用 ,信息损失多 ,权重值的科学性不够明 确 [1 ] ; 层次分析法是一种定性和定量分析相结合 的评价方法 ,它将评价者对复杂系统的评价思维 过程数字化 , 具有较强的 逻辑性、实 用性和系统 性 [2 ]。
1. 528 0. 293 0. 138 1 1. 143
1. 067 0. 205 0. 096 0. 698 1
( B3 为 DO 层 , C 为水环境质量级别层 )计算得判
断矩阵的特征向量为: W 3= [ 0. 050, 0. 262, 0. 557, 0. 077, 0. 054] T ,
( B1- C )判断矩阵的一致性检验结果为:
CI =
λma x n-
n 1
=
55-
5 1
=
0,
CR =
CI RI
=
0 1. 12
=
0 < 0. 10
( B2 - C ) , ( B3 - C ) , ( B4 - C ) , ( B5 - C )判断 矩阵的一致性检验结果均为: CI= 0 CR= 0 < 0. 10
2. 1 建立层次结构模型
将 水环境质量作为层次分析的目标层 ( A) , 把评价因子高锰酸钾指数、 BO D5、 DO、非离子氨、 挥发酚等作为层次分析的准则层 ( Bi ) ,把水环境 质量级别作为层次分析的方案层 ( C) ,由这三个层
次建立了水环境质量层次结构模型 ,对松花江哈 尔滨江段水环境质量评价来说 ,其层次结构模型
1
1 0. 111 2. 334 6. 774
1
2 0. 111 2. 334 6. 774
( B2 - C)= 9. 001 9. 001 1 21. 008 60. 975 0. 428 0. 428 0. 048 1 2. 902
0. 148 0. 148 0. 016 0. 345
1
( B2 为 BO D5 层 , C 为水环境质量级别层 )计算得
如图
图 1 某监测断面水环境质量评价层次分析法结构模型 Fig. 1 W ater env iro nm enta l quality assessment A HP
str uc ture model of Ha rbin a cer tain reach of th e So ng hua riv er
第 29卷 第 5期 1997年 10月
哈尔滨工业大学学报
JOU RN AL O F HARBIN IN ST IT U T E O F T ECHNO LOGY
V ol. 29, N o. 5 O ct. 1997
水环境质量评价中的层次分析法
苏德林 武 斌 沈 晋
(应用化学系 )
摘 要 应用层次分析法对松 花江哈尔滨江段水体的水环境质量进行评价 ,结果表明 ,该 法具有较强 的逻辑性、实用性和系统性 ,比模糊数学 法进行评价更接近实际水环境质量。 关键词 层次分析法 ;水环境评价 分类号 X 842
B2 0. 155 0. 086 0. 086 0. 778 0. 037 0. 013
B3 0. 142 0. 050 0. 262 0. 557 0. 077 0. 054
B4 0. 318 0. 308 0. 308 0. 308 0. 038 0 0. 377 0. 188 0. 054 0. 004
层次 总排序 权值 序号 0. 171 4 0. 207 2 0. 346 1 0. 087 5 0. 189 3
总排序的一致性检验:
5
∑ C I = Bi ( CI )i = 0. 289× 0+ 0. 155× 0+ 0. 142× 0 i= 1 + 0. 318× 0+ 0. 096× 0= 0 5 ∑ RI = Bi ( R I )i = 0. 289× 1. 12+ 0. 155× 1. 12 i= 1 + 0. 142× 1. 12+ 0. 318× 1. 12 + 0. 096× 1. 12 = 1. 12
2. 2 构造判断矩阵 ,求出最大特征根及其特征向 量 在 水环境质量这一目标 ( A)下 ,构造各准则
层 Bi 的相对重要性的两两比较判断矩阵 ( A - B ) 及特征根 ,特征向量。 其判断矩阵为:
1 1. 864 2. 039 0. 909 3. 028
0. 537 1 1. 094 0. 488 1. 625
( A - B ) = 0. 490 0. 914 1 0. 446 1. 485
1. 101 2. 051 2. 245 1 3. 333
0. 330 0. 615 0. 673 0. 3000 1
计算得到判断矩阵的特征向量为: W = [ 0. 289, 0. 155, 0. 142, 0. 318, 0. 096] T 最大特征根 λmax= 5 在 ( Bi )准则层下 ,构造各评价级别的相对重
(B 1- C ) = 1. 821 1. 407 1 0. 591 0. 184 3. 080 2. 397 1. 691 1 0. 311
9. 920 6. 662 5. 446 2. 220 1
( B1 为 CO D 层 , C 为水环境质量级别层 ) 计算得 到判断矩阵的特征向量为:
W 1= [ 0. 058, 0. 076, 0. 106, 0. 180, 0. 579] T , 最大特征根 λmax= 5。
到判断矩阵的特征向量为:
W 2= [ 0. 086, 0. 086, 0. 778, 0. 037, 0. 013] T , 最大特征根 λmax= 5。
1 0. 192 0. 009 0. 654 0. 937
5. 216 1 0. 471 3. 413 4. 887
(B 3- C ) = 11. 082 2. 124 1 7. 251 10. 382