基于層次分析法的迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

許麗媛

(甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，蘭州 730000)

自改革開(kāi)放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷提升，城市化發(fā)展速度隨之增加.能源消耗日趨嚴(yán)重，環(huán)境容量超載、過(guò)載形勢(shì)嚴(yán)峻，及時(shí)了解、掌握資源環(huán)境承載能力、狀況及其可能的演變趨勢(shì)，開(kāi)展資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警工作已經(jīng)成為一項(xiàng)刻不容緩的基礎(chǔ)性、保障性工作，國(guó)家發(fā)改委于2016年下發(fā)《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方法(試行)》，對(duì)各個(gè)省、自治區(qū)及之下開(kāi)展資源環(huán)境承載力監(jiān)督管理工作，以長(zhǎng)期建立預(yù)警機(jī)制，其中由土地資源、水資源、環(huán)境、生態(tài)四項(xiàng)基礎(chǔ)要素組對(duì)陸域進(jìn)行全覆蓋評(píng)價(jià).大氣作為環(huán)境評(píng)價(jià)的兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，在資源環(huán)境承載能力整個(gè)評(píng)價(jià)體系中扮演了了非常重要的角色，空氣中粉塵、臭氧、硫氧化物等污染物含量不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致霧霾頻發(fā)、空氣質(zhì)量變差[1].空氣質(zhì)量惡化會(huì)對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境造成很大影響[2]，因此大氣污染治理是我國(guó)環(huán)境治理的重要任務(wù)之一[3].大氣環(huán)境治理過(guò)程中，必須對(duì)大氣污染情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與評(píng)估.因此對(duì)一個(gè)地區(qū)的大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)非常重要，有助于分析大氣環(huán)境質(zhì)量存在的問(wèn)題，使大氣污染的防治做到有的放矢.

本研究以位于青藏高原東緣的迭部縣為研究區(qū)，利用層次分析法和該縣的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)了該區(qū)域的空氣質(zhì)量.該區(qū)域工業(yè)污染相對(duì)較少，但是近年來(lái)隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快[4-5]，在這樣的背景下該區(qū)域的空氣質(zhì)量有什么樣的變化尚不清楚.同時(shí)其地理位置處在青藏高原和內(nèi)陸地區(qū)的交互帶，對(duì)于這樣一個(gè)區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)非常重要.

1 研究區(qū)域概況

迭部縣位于甘肅省南部(東經(jīng)102°54′54″～104°04′33″，北緯33°39′23″～34°20′02″)，地處青藏高原東緣，該區(qū)域也是青藏高原和黃土高原的交匯地帶，屬于白龍江上游，以白龍江為軸線，呈南北兩側(cè)高、中間低的高山峽谷地貌形態(tài)[6].迭部縣屬大陸性典型氣候，季風(fēng)特點(diǎn)突出，表現(xiàn)為冬干夏濕，雨量集中，溫差大，春季多風(fēng)少雨，秋季陰雨連綿，年均氣溫6.1～7.3 ℃，年均降雨量447～776 mm之間[7].迭部縣是甘肅省南部最大的天然林區(qū)，是國(guó)家級(jí)天然林保護(hù)區(qū)，森林覆蓋率達(dá)到60%以上，境內(nèi)天然植被良好，具有得天獨(dú)厚的綠色生態(tài)系統(tǒng)[8].

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究從迭部縣環(huán)保局獲取了2013～2017年典型大氣環(huán)境污染物SO2，NO2和PM10的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為迭部縣環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1).迭部縣環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于迭部縣公安局電尕派出所樓上(經(jīng)度：103°13′25.218″，緯度：34°3′26.717″)，見(jiàn)圖1.

表1 2013～2017年迭部縣主要大氣污染物年均濃度

圖1 迭部縣大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖Fig.1 Map of the observation site

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為本研究所采用的關(guān)鍵文件，其批號(hào)為GB 3095-2012，由中國(guó)環(huán)境保護(hù)部及國(guó)家質(zhì)監(jiān)局檢疫總局聯(lián)合發(fā)布文件，這一標(biāo)準(zhǔn)的制定可在環(huán)境空氣質(zhì)量管理與評(píng)估中應(yīng)用，主要涵蓋環(huán)境空氣的實(shí)施與監(jiān)督措施、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有效性質(zhì)的規(guī)定、監(jiān)測(cè)形式、濃度及平均時(shí)間的限定值、污染物項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別劃分及環(huán)境空氣功能分類(lèi)等多種內(nèi)容，在2016年1月以后，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用[9].依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)表明，當(dāng)前我國(guó)環(huán)境功能區(qū)域劃分主要包括一類(lèi)和二類(lèi)兩種，一類(lèi)區(qū)域涵蓋其余需要特殊保護(hù)的區(qū)域、風(fēng)景名勝區(qū)域及自然保護(hù)區(qū)域，二類(lèi)涵蓋農(nóng)村區(qū)域、工業(yè)區(qū)域、文化區(qū)域、商業(yè)交通居民混合區(qū)域及居住區(qū)等.一級(jí)濃度限值在一類(lèi)區(qū)域內(nèi)適用，二級(jí)濃度限值在二類(lèi)區(qū)域中適用，該研究區(qū)迭部縣可對(duì)二級(jí)濃度限值進(jìn)行適用.在一類(lèi)及二類(lèi)環(huán)境空氣功能區(qū)域內(nèi)，其質(zhì)量要求必須符合表2內(nèi)容.

表2 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095-2012)中的SO2、 NO2 、

2.2 層次分析法

最常用的大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)形式涵蓋模糊評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、屬性識(shí)別分析法、綜合指數(shù)法、灰色聚類(lèi)法及層次分析法，相對(duì)于其余方式，層次分析法，建成AHP(analytic hierarchy process)，該形式結(jié)合了定性與定量分析方法[10]，具有系統(tǒng)、簡(jiǎn)潔，所需定量數(shù)據(jù)少，適用、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[11-12]，1970年，美國(guó)科學(xué)家Saaty T L首次提出了層次分析法，其屬于當(dāng)前評(píng)估研究大氣環(huán)境中應(yīng)用最為廣泛的形式[10].該方式可以將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行多個(gè)因素和層次的換分，構(gòu)建遞接層次系統(tǒng)，針對(duì)相同的因素及以上的因素作為準(zhǔn)則，對(duì)良良因素的重要性進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行矩陣的判定，對(duì)計(jì)算的特征向量及最大的特征根進(jìn)行計(jì)算，得出各因素的相對(duì)權(quán)重，最終根據(jù)綜合權(quán)重確定每個(gè)要素對(duì)最終結(jié)果的重要性[12].

層次分析法共計(jì)涵蓋四個(gè)層次，進(jìn)行遞接層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建；進(jìn)行層次判斷矩陣的建造；層次單排序，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；開(kāi)展層次總排序并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[13].

1) 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

首先，必須將需要解決的問(wèn)題進(jìn)行分解，進(jìn)行措施層、準(zhǔn)則層及目標(biāo)層的模型劃分，明確每一層次的因素及所在位置，以準(zhǔn)則層為例，它對(duì)措施層的部分元素起支配作用，與此同時(shí)，其會(huì)受到目標(biāo)層元素的支配，其由上而下的支配過(guò)程可形成遞階層次的結(jié)構(gòu)模型[14].

2) 構(gòu)建判斷矩陣并求特征向量

3) 層次單排序與層次總排序

層次單排序在相同層次上與之相對(duì)應(yīng)的要素針對(duì)上一層次的要素的相對(duì)重要性權(quán)重計(jì)算形式及W這一特征向量的計(jì)算形式，層次總排序?qū)儆谕粚哟沃兴性赜?jì)算針對(duì)目標(biāo)層相對(duì)關(guān)鍵性的權(quán)重[14].

4) 一致性檢驗(yàn)

檢驗(yàn)判斷矩陣一致性指標(biāo)為CI=λmax-n/(n-1)，RI這一平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，具體如表3所列，CR/RI為CR，就是一致性比率，若是一致性比率CR數(shù)值在0.1以下，則其與隨機(jī)一致性檢驗(yàn)相符合，不然必須修改矩陣[14].

表3 平均一致性指標(biāo)RI(1 000次正反算計(jì)算結(jié)果)

3 結(jié)果分析

3.1 建立迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

根據(jù)本次評(píng)價(jià)選取的大氣污染因子和評(píng)價(jià)目的，以迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量作為目標(biāo)層，大氣污染因子SO2、NO2、PM10作為準(zhǔn)則層，一級(jí)、二級(jí)的大氣環(huán)境質(zhì)量級(jí)別為措施層，必須進(jìn)行迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)估模型的建立[16]，具體如圖2所示.

圖2 迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量分層指標(biāo)體系Fig.2 Hierarchical index system of atmospheric environment quality in Diebu

3.2 構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣

依據(jù)已經(jīng)建立的迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量層次結(jié)構(gòu)評(píng)估模型，評(píng)價(jià)因子選用PM10、NO2及SO2，以其分指數(shù)作為標(biāo)度，進(jìn)行各準(zhǔn)則層相對(duì)關(guān)鍵判斷矩陣的構(gòu)建，其為(A-B),其中基準(zhǔn)為單向評(píng)估因子污染指數(shù)，建立在GB 3095-2012的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》之上，進(jìn)行評(píng)價(jià)因子濃度及二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)比值的計(jì)算：B(SO2)/B(SO2)標(biāo)準(zhǔn)；B(NO2)/B(NO2)標(biāo)準(zhǔn)；B(PM10)/B(PM10)標(biāo)準(zhǔn)，由此構(gòu)建判斷矩陣(A-B)如表4所列.

表4 A-B判斷矩陣

措施層兩兩比較判斷矩陣(B-C)是以評(píng)價(jià)因子的年均濃度值與其相對(duì)應(yīng)的一、二兩級(jí)大氣質(zhì)量級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值之差的倒數(shù)為標(biāo)度：1/∣C-C標(biāo)準(zhǔn)∣，構(gòu)成的判斷矩陣如表5～7所列.

表5 B1-C判斷矩陣

表6 B2-C判斷矩陣

表7 B3-C判斷矩陣

3.3 層次單排序權(quán)重的計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

依靠層次單排序權(quán)重形式計(jì)算方法，對(duì)矩陣進(jìn)行判斷，并開(kāi)展一致性檢驗(yàn)，具體如表8所列：由此可以得出，2017年，各個(gè)判斷矩陣的一致性比率CR在0.1以下，所以，矩陣判斷必須與一致性檢驗(yàn)相符合.

表8 層次單排序和一致性檢驗(yàn)表

3.4 層次總排序組合權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)計(jì)算

依靠計(jì)算模型的方式，層次總排序與權(quán)重計(jì)算相組合，開(kāi)展一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2017年，總排序的一致性比率CR值在0.1以下，其與矩陣一致性檢驗(yàn)要求相滿足.

表9 層次總排序和一致性檢驗(yàn)表

3.5 確定大氣質(zhì)量環(huán)境級(jí)別

從表8的排序結(jié)果可知，2013年權(quán)值最大所對(duì)應(yīng)的大氣質(zhì)量級(jí)別為二級(jí)，權(quán)值為0.532，因此2013年迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量為二級(jí)，對(duì)2014～2017年間迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量依照同樣的計(jì)算方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，計(jì)算得出各年層次總排序結(jié)果如表10所列.

表10 各年層次總排序

從表10算出的權(quán)重值可得，從2013到2017這5年間，迭部縣大氣質(zhì)量持續(xù)好轉(zhuǎn)，從2013年的二級(jí)上升到2017年的一級(jí).其中，2013～2015年，迭部縣空氣質(zhì)量狀況處于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，2016～2017年，迭部縣空氣質(zhì)量處于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大氣環(huán)境質(zhì)量最差的年份為2013年，最好的年份為2017年，這一年，大氣環(huán)境質(zhì)量一級(jí)權(quán)重為0.702 8，二級(jí)權(quán)重為0.297 2，一級(jí)權(quán)重值遠(yuǎn)高于二級(jí)權(quán)重值，表明2017年迭部縣大氣質(zhì)量污染物少，大氣質(zhì)量好，如圖3所示.

圖3 迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量級(jí)別權(quán)重Fig.3 Weights of atmospheric environmental quality level in Dianbu

結(jié)合表10和圖3看出，迭部縣的大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)權(quán)重?cái)?shù)值顯著下降，從2013年的0.531 8下降到2017年的0.297 2，一級(jí)權(quán)重呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，從2013年的0.468 2上升到2017年的0.702 8，標(biāo)志著近5年間，迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量狀況明顯好轉(zhuǎn)，迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子權(quán)重如圖4所示.

圖4 迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子權(quán)重Fig.4 Evaluation factor weight of atmospheric environment quality in Diebu

由圖4可知，迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量主要受PM10影響，其所占權(quán)重在0.371～061 6之間，其次為NO2，所占權(quán)重區(qū)間為0.253～0.432，SO2所占權(quán)重最低，所處區(qū)間為0.109～0.239.

3.6 成因分析

近幾年來(lái)，甘南州及迭部縣政府采取了最嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)及治理政策，實(shí)施制定了《甘南州全域無(wú)垃圾三年治理提升行動(dòng)實(shí)施方案》、《中共甘南州委、甘南州人民政府關(guān)于搶占“綠色崛起”制高點(diǎn)打造“環(huán)境革命”升級(jí)版縱深推進(jìn)城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治的意見(jiàn)》、《甘南州城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生綜合整治工作標(biāo)準(zhǔn)》、《甘南州城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生綜合整治督查考評(píng)辦法》等環(huán)保規(guī)章制度，迭部縣政府也開(kāi)展了一系列城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治行動(dòng)，這些政策的實(shí)施開(kāi)展是迭部縣空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)的主要原因.

4 結(jié)論

層次分析法實(shí)用、適用性強(qiáng)，本文利用此方法對(duì)迭部縣2013～2017年大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).結(jié)果表明：近5年來(lái)，迭部縣空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)趨勢(shì)明顯，從2013～2015年的處于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上升到2016～2017年處于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，2013年迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量最差，2017年大氣環(huán)境質(zhì)量最好.研究期間，PM10對(duì)迭部縣的大氣環(huán)境質(zhì)量受影響最大，其權(quán)重在0.371～0.616之間，要保持甚至提高迭部縣大氣環(huán)境質(zhì)量，需主要加強(qiáng)對(duì)PM10的污染控制.從上述分析來(lái)看，迭部縣總體大氣環(huán)境質(zhì)量較好，大氣質(zhì)量等級(jí)從二級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐患?jí)，這與近些年當(dāng)?shù)卣葑キh(huán)保，制定相關(guān)環(huán)保政策密不可分.