中圖分類號(hào):X820 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào):1672-1683(2004)02-0029-04

Abstract: Environmental district & plan is a effective measure to control the water quality in Hengshui Lake. In the basis of selecting reasonable and feasible drafts about the Hengshui Lake’s environmental district & plan, evaluation index system is constructed and environmental, social, technical and economical impacts for every draft are analyzed through AHP method. The optimal usage model was determined. This research can provide a reference to the lake environmental management and recovery.

Keywords: Analytical Hierarchy Process, Lake, Environmental District and Plan, Hengshui Lake

1 前言

由于湖泊的水流速度緩慢、水體更新歷時(shí)長(zhǎng)，其環(huán)境問題近來已經(jīng)成為環(huán)境治理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。盡管國(guó)家已經(jīng)投入大量的資金和技術(shù)力量，但湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化及污染問題仍難以根治。其根本原因就在于沒有對(duì)來水水質(zhì)進(jìn)行控制，湖泊治理和功能區(qū)劃不力，導(dǎo)致湖水水質(zhì)總體下降，湖泊底質(zhì)受到污染進(jìn)一步成為內(nèi)污染源。雖然部分湖泊已經(jīng)進(jìn)行環(huán)境功能區(qū)劃，但由于未對(duì)其區(qū)劃方案進(jìn)行總體評(píng)估，在新的功能區(qū)劃中出現(xiàn)消極影響并進(jìn)一步導(dǎo)致環(huán)境惡化的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。因此，加強(qiáng)對(duì)湖泊環(huán)境功能區(qū)劃的研究及不同區(qū)劃方案的遴選工作，對(duì)湖泊環(huán)境的治理有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

衡水湖又名千頃洼，位于衡水、冀州、武邑和棗強(qiáng)4市縣之間，是華北平原的兩大內(nèi)陸淡水湖之一，對(duì)承接上游來水、供給本地用水起著極其重要的作用。也是長(zhǎng)江中線引水工程的必經(jīng)之路，已經(jīng)成為“引黃”和“引江”等南水北調(diào)工程的樞紐。近年來，由于上游污水的不斷匯入，衡水湖水質(zhì)急劇惡化，已經(jīng)不能適應(yīng)作為引黃和南水北調(diào)對(duì)其功能的要求，且對(duì)濕地環(huán)境生態(tài)破壞很大。因此，對(duì)其進(jìn)行治理已經(jīng)成為目前華北地區(qū)水環(huán)境治理中迫在眉睫的任務(wù)。為了確保其在南水北調(diào)中的調(diào)蓄水庫(kù)功能和濕地功能，就必須對(duì)其庫(kù)區(qū)進(jìn)行環(huán)境功能區(qū)劃分。

層次分析法作為一種十分有效的系統(tǒng)分析方法，廣泛地應(yīng)用在能源開發(fā)利用、水資源分析利用等方面。[1-3]與目前國(guó)內(nèi)外流行的指數(shù)法、灰色系統(tǒng)分析法、模糊數(shù)學(xué)法等方法相比，層次分析法適用于尚無統(tǒng)一度量標(biāo)尺的復(fù)雜問題的分析，解決用純參數(shù)數(shù)學(xué)模型方法難以解決的決策分析問題和多目標(biāo)任務(wù)的分析。本文參考相關(guān)的研究，運(yùn)用層次分析法對(duì)衡水湖環(huán)境功能區(qū)劃方案的遴選工作進(jìn)行了研究，得出衡水湖的最優(yōu)化利用方案。在河北省南水北調(diào)工程辦公室對(duì)衡水湖綜合規(guī)劃決策中起到了重要的參考作用。

2 層次分析法原理

層次分析法（Analytical Hierarchy Process, 簡(jiǎn)稱AHP法）是將決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。[4]該方法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于本世紀(jì)70年代初，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。這種方法的特點(diǎn)是在對(duì)復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡(jiǎn)便的決策方法。尤其適合于對(duì)決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計(jì)量的場(chǎng)合。

由于層次分析法對(duì)原始觀測(cè)數(shù)直接加權(quán)運(yùn)算進(jìn)行綜合排序，未削弱原始信息量，使評(píng)價(jià)指標(biāo)邏輯判斷量化且保持判斷思維全過程的一致性。

層次分析法基本原理為：將要評(píng)價(jià)系統(tǒng)的有關(guān)替代方案的各個(gè)要素分解成若干層次，并以同一層次的各個(gè)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)算各要素的權(quán)重。通過層次單排序和層次總排序，根據(jù)最大綜合權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。[5]

2.1 構(gòu)建層次矩陣

首先根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)構(gòu)建層次矩陣，一般為三至四層，例如目標(biāo)-決策層矩陣如表1。

矩陣中各元素為相對(duì)重要性標(biāo)度，其取值見表2。

2.2 層次單排序

層次單排序就是針對(duì)上一層某個(gè)元素得到的判斷矩陣，計(jì)算本層次與它有聯(lián)系的元素權(quán)值，這些權(quán)重反映了這些互相聯(lián)系的元素的相對(duì)重要性。層次單排序的基本思路是：求判斷矩陣的最大特征值和特征向量（即本層次元素的權(quán)重）。

判斷矩陣的最大特征值和特征向量采用平均近似法(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

2.3 層次總排序

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。這一過程是從最高層次到最低層次逐層進(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。

對(duì)于目標(biāo)層（A）只有一個(gè)元素，所以準(zhǔn)則層（B）層次單排序即為層次總排序；而對(duì)于指標(biāo)層（C）相對(duì)于整個(gè)準(zhǔn)則層（B）總排序計(jì)算，需要用準(zhǔn)則層（B）各元素本身相對(duì)于總目標(biāo)的排序權(quán)值加權(quán)綜合，才能計(jì)算出指標(biāo)層（C）相對(duì)于整個(gè)準(zhǔn)則層（B），也即相對(duì)于總目標(biāo)的相對(duì)重要性權(quán)值。

3 衡水湖環(huán)境功能區(qū)劃備選方案

衡水湖分為東西兩洼，目前東洼北部用來蓄引黃水，南部為冀州小庫(kù)，主要用來蓄當(dāng)?shù)貫r水，周邊污水也順河道進(jìn)入冀州小庫(kù),使冀州小庫(kù)水體污染十分嚴(yán)重。[6，7]西洼自建成以來只蓄過一次水，目前沒有啟用。

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，在征詢當(dāng)?shù)厮�利、環(huán)保及庫(kù)區(qū)管理部門意見以及參閱相關(guān)文獻(xiàn)[8-12]后，確定衡水湖環(huán)境功能區(qū)劃5個(gè)備選方案如下：

a)方案1：東洼蓄當(dāng)?shù)厮�，西洼蓄引江水，增建中隔堤�?/p>

b)方案2：東洼蓄當(dāng)?shù)厮�，西洼蓄引江水，不建造中隔堤�?/p>

c)方案3：西洼部分蓄引江水，東洼北部蓄引江水；東洼南部蓄當(dāng)?shù)厮��?/p>

d)方案4：西洼全部，東洼北部蓄引江水；東洼南部蓄當(dāng)?shù)厮��?/p>

e)方案5：西洼蓄當(dāng)?shù)厮�，東洼蓄引江水。

本研究將在層次分析法原則下對(duì)以上5個(gè)備選方案進(jìn)行綜合評(píng)比，并確定最優(yōu)方案。

4.層次分析法在環(huán)境功能區(qū)劃中的應(yīng)用

4.1 層次結(jié)構(gòu)模型

由于水環(huán)境功能區(qū)劃涉及的專業(yè)學(xué)科多，研究范圍廣，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。對(duì)于這樣一種復(fù)雜的系統(tǒng)研究，關(guān)鍵是應(yīng)科學(xué)地設(shè)計(jì)出能正確反映水環(huán)境功能各種指標(biāo)體系，并據(jù)此建立起多層次結(jié)構(gòu)模型。為此，在廣泛、深入地搜集文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，建立了如圖1所示的多層次分析結(jié)構(gòu)模型。

從圖1可見，層次分析模型結(jié)構(gòu)圖分為四個(gè)層次：目標(biāo)層(A)、策略層(B)、約束層(C)和準(zhǔn)確層(D)。目標(biāo)層為總評(píng)估層，策略層分為生態(tài)環(huán)境、社會(huì)政治和技術(shù)經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面，約束層由12個(gè)因子構(gòu)成，準(zhǔn)確層為具體判斷指標(biāo)。

4.2 A-B層次排序

根據(jù)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)政治、技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)目標(biāo)層重要的程度，得A-B判斷矩陣

4.3 B-C層次排序

依據(jù)同樣的規(guī)則確定B-C 判斷矩陣并計(jì)算其特征向量（以B1-C判斷矩陣為例）。

B2-C層次總排序，B3-C層次總排序與B1-C層次總排序計(jì)算方式相同。

4.4 A-C矩陣總排序

對(duì)A-B-C矩陣進(jìn)行總排序，Cw為 A-B矩陣和B-C矩陣之積，即最終權(quán)重。計(jì)算結(jié)果如表7所示：

由上表可見，我們認(rèn)為C11，即投資規(guī)模在方案評(píng)比中占有最重要的地位，其總權(quán)重為30.64%。此外，庫(kù)容是否滿足引江水的要求（C9）及水質(zhì)是否能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（C1）也比較重要，權(quán)重分別為14.58%和12.4%。

5 結(jié)論

綜合考慮準(zhǔn)確層各因素的影響，邀請(qǐng)專家團(tuán)對(duì)約束層各因子打分，得到約束層各分子的最終得分。結(jié)合其權(quán)重Cw可得各方案的綜合分值，根據(jù)該分值對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行排序?qū)Ω鱾�(gè)方案進(jìn)行綜合評(píng)比（見表8）。

在方案綜合評(píng)比中，方案2由于分值最高被確定為最優(yōu)方案。該方案通過工程建設(shè)，將西庫(kù)內(nèi)17個(gè)村莊全部遷出，西湖作為衡水、冀州市飲用水源地，東庫(kù)蓄當(dāng)?shù)厮�。由于未修建中隔堤，其�?kù)容較大，總庫(kù)容達(dá)到南水北調(diào)衡水湖調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)容規(guī)劃要求。而且西庫(kù)內(nèi)的居民全部遷出，洼內(nèi)無居民居住，水質(zhì)基本上不受人為活動(dòng)影響，水體水質(zhì)可以得到較好保護(hù)，其水質(zhì)在5個(gè)方案中最優(yōu)。同時(shí)人類活動(dòng)程度的降低可以減少對(duì)野生動(dòng)物的驚擾以及對(duì)野生植物的破壞，更加有利于恢復(fù)和保護(hù)生物多樣性。且洼內(nèi)村民完全搬遷出規(guī)劃核心區(qū)，方案規(guī)劃與《河北衡水湖自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》完全一致。此方案移民數(shù)量多，移民投資大，但就業(yè)機(jī)會(huì)增加也多。

6 討論

通過對(duì)衡水湖進(jìn)行環(huán)境功能區(qū)劃方案遴選，我們認(rèn)識(shí)到湖泊的水體環(huán)境功能區(qū)劃是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境、生物和工程等多個(gè)學(xué)科，研究起來相對(duì)數(shù)據(jù)信息量少且定量與定性數(shù)據(jù)并存。在湖泊水體環(huán)境功能區(qū)劃方案選擇中采用層次分析法, 可在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下,通過合理的權(quán)重分配和對(duì)定性指標(biāo)作量化處理，使主觀判斷變?yōu)榭陀^描述，既增強(qiáng)了項(xiàng)目和目標(biāo)評(píng)估的科學(xué)性和可靠性，又提高了評(píng)估結(jié)果的直觀性和可操作性。

要想獲得科學(xué)、理想的評(píng)估結(jié)果，利用層次分析法進(jìn)行湖泊水環(huán)境功能區(qū)劃時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

Ø針對(duì)評(píng)估對(duì)象設(shè)計(jì)出能體現(xiàn)評(píng)估目的，并符合評(píng)估對(duì)象基本特征的合理的評(píng)估指標(biāo)體系。若指標(biāo)體系缺乏系統(tǒng)性和完整性，或者所列指標(biāo)缺乏層次性和邏輯性，則無法建立嚴(yán)密的層次結(jié)構(gòu)模型，評(píng)估結(jié)果亦難以達(dá)到科學(xué)、可信。

Ø專家調(diào)查是一種由專家群對(duì)評(píng)估或預(yù)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)的群體作業(yè)，因此，專家的選擇十分重要。如果接受咨詢的專家對(duì)評(píng)估和預(yù)測(cè)對(duì)象缺乏廣泛的背景知識(shí)和專深的學(xué)科知識(shí)，就難以作出較客觀的正確判斷。

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作者簡(jiǎn)介：牟純?nèi)纾?962―），男，高級(jí)工程師。