夏鵬志，徐 濤，金 磊

（合肥學(xué)院 生物食品與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230000）

評估生態(tài)環(huán)境質(zhì)量問題有助于我們理解生態(tài)環(huán)境對于人類生存的重要性[1]。環(huán)境質(zhì)量問題的嚴(yán)重程度與人類的健康、社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡密切相關(guān)。通過對環(huán)境質(zhì)量問題進(jìn)行評估，可以喚醒公眾意識，形成一種維護(hù)環(huán)境、保護(hù)生態(tài)的社會共識，而這對于人類的健康和生存是至關(guān)重要的。因為生態(tài)破壞會對人類的健康產(chǎn)生影響，例如空氣污染導(dǎo)致呼吸道疾病[2]、水污染導(dǎo)致惡心、嘔吐等癥狀，更嚴(yán)重的情況可能導(dǎo)致致死事件[3]。此外，環(huán)境破壞還會威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，導(dǎo)致物種滅絕[4]、生物多樣性的下降[5]、干旱和土地退化[6]等問題。這些問題不僅會對人類生存帶來危險，也會對社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來負(fù)面影響。

合肥是安徽省的核心城市，本研究以合肥市為研究對象，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價中，本研究將根據(jù)合肥市的實(shí)際情況，首先確定評價體系的層次結(jié)構(gòu)，包括指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層。指標(biāo)層涵蓋了可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫（SO2）日平均值、二氧化氮(NO2)日平均值等方面的指標(biāo)。準(zhǔn)則層用于確定各指標(biāo)之間的相對權(quán)重，而目標(biāo)層則是對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的最終目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。然后利用層次分析法的數(shù)學(xué)模型計算出權(quán)重向量。接著在利用逼近理想解排序法將評價對象與理想解進(jìn)行比較排序，從而確定各評價對象的優(yōu)劣程度。在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價中，本研究將采用逼近理想解排序法確定各指標(biāo)的得分，并按照得分進(jìn)行排序。通過這種方法可以找出與理想解最接近的評價對象，也就是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)的年份。綜合運(yùn)用層次分析法和逼近理想解排序法，本研究將得出合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合評價結(jié)果。這將為合肥市的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量的生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，為決策者制定相應(yīng)的措施和政策提供指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 AHP－TOPSIS 評判模型

層次分析法（AHP）是一種適用于多標(biāo)準(zhǔn)、多層次復(fù)雜決策問題的有效工具[7]。該方法通過將決策者的主觀認(rèn)知進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，確定各層次的影響率，驗證一致性并進(jìn)行權(quán)重計算，以提供決策工作的先行標(biāo)準(zhǔn)。其重點(diǎn)在于計算多層次決策體系中各個層次的權(quán)重值，并通過遞階層次判斷矩陣和線性加權(quán)求值的方法簡化問題。最終得出的合成權(quán)重可作為分析結(jié)果，并且具有相對最優(yōu)性。AHP 方法能夠?qū)⒅饔^認(rèn)知量化，提高決策的客觀性和一致性。因此，AHP 方法在實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用前景，并為決策者提供了一種科學(xué)且可行的決策支持工具。

逼近理想解排序法（TOPSIS）是一種用于多屬性決策分析的方法[8]。它計算比較簡單，容易讓人理解，基于判斷矩陣，通過計算每個決策方案與最優(yōu)解和最劣解的距離，來確定每個方案相對于其他方案的優(yōu)劣程度，并進(jìn)行排序。該方法旨在幫助決策者在多個評價指標(biāo)和決策方案之間作出理性的選擇。傳統(tǒng)的TOPSIS 方法應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時，不能很好反應(yīng)二氧化硫影響的大小，區(qū)域環(huán)境噪聲影響的程度等。為了解決這個問題,本研究將AHP 和TOPSIS 一起聯(lián)用，建立AHP－TOPSIS 綜合評判模型。

1.2 評價指標(biāo)的確定

可吸入顆粒物（PM10）：高濃度的PM10可被人體吸入會引起咳嗽、哮喘、呼吸困難和慢性阻塞性肺病等，危害人體。同時，可吸入顆粒物也會對植物生長和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[9]。二氧化硫日平均值：二氧化硫是主要的大氣污染物之一，高濃度二氧化硫?qū)θ梭w呼吸道和眼睛有刺激性，也會對植物造成直接傷害。此外，二氧化硫可以與水蒸氣形成硫酸，如果被降水帶到土壤中，會導(dǎo)致土壤酸化，酸性土壤會降低土壤的肥力，影響植物的生長和發(fā)育[9]。高濃度的二氧化硫還對土壤中的微生物、土壤動物和植物根系等生物有毒害作用[10]。二氧化氮日平均值： 高濃度的二氧化氮會產(chǎn)生光化學(xué)煙霧[9]。此外，二氧化氮也是臭氧的前體氣體，它會與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）發(fā)生反應(yīng)[11]，引發(fā)了二次顆粒物污染。飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率：飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率直接關(guān)系到人民群眾的飲水安全問題。如果飲用水源水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，會對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重風(fēng)險[12]，并且可能引發(fā)一系列的環(huán)境問題，比如水體富營養(yǎng)、水生態(tài)退化等。區(qū)域環(huán)境噪聲平均值：噪聲污染對人體健康和生活質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響[13]。長期暴露在高噪聲環(huán)境中會導(dǎo)致心理壓力、失眠、聽力損失等問題。對野生動物而言，噪聲也會干擾它們的生活和繁殖。交通干線噪聲平均值：交通干線噪聲主要源于車輛的行駛和路面摩擦，對周邊居民和野生動物造成噪聲污染。高水平的交通噪聲會干擾人的正常生活和休息，影響居民的安寧和生活質(zhì)量。同時也會干擾野生動物的正常行為和遷徙。

綜上所述，這六個指標(biāo)對生態(tài)環(huán)境的影響主要涉及人體健康、植物生長、土壤和水體質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、植物光合作用、環(huán)境安寧程度等方方面面。在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中，需要綜合考慮這些指標(biāo)的水平,這些指標(biāo)可以通過數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測和分析得出，并進(jìn)行綜合評估。通過評估指標(biāo)體系可以了解合肥市生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和問題。同時，指標(biāo)體系的建立也便于對城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)測和評估，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。結(jié)合合肥市的實(shí)際，根據(jù)可操作性原則[14]。建立了合肥市生態(tài)環(huán)境建設(shè)水平評價指標(biāo)體系，該體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層（涵蓋6 個子系統(tǒng)）以及指標(biāo)層（包括6 個關(guān)鍵因子），具體結(jié)構(gòu)請參見圖1。指標(biāo)體系中的數(shù)據(jù)來源主要采集自2005-2022 年的《合肥市統(tǒng)計年鑒》[15-18]。

圖1 合肥市生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于單位不同，因此要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[14]。公式如下

構(gòu)成規(guī)范化的決策矩陣R=(rij)m×n。

1.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

應(yīng)用層次分析法，用Satty 教授提出的1-9 標(biāo)度法對圖1 中的準(zhǔn)則層（B）和指標(biāo)層（C）的進(jìn)行兩兩比較,然后打分，構(gòu)建矩陣A，并根據(jù)結(jié)果確定各指標(biāo)的權(quán)重[19]。

1.4.1 計算出矩陣最大特征根，并進(jìn)行一致性檢驗

求解矩陣A 的特征根，得到特征向量歸一化后，得到權(quán)重。

由于人的參與，因此對矩陣A 進(jìn)行一致性檢驗，其檢驗指標(biāo)為

式中:CR 用來檢驗判斷矩陣A 是否滿足一致性;CI 為一致性檢驗指標(biāo)，CI=(λmax－n)/(n-1)，λmax為矩陣A 的最大特征根；n 為A 的階數(shù);RI 為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，按表1 取值。當(dāng)一致性比率CR<0.1時，說明判斷矩陣的不一致性可以接受，這個矩陣最大特征值所對應(yīng)的特征向量，就可以作為模型中一級元素對于上一級元素的權(quán)重向量[20]。如果CR≥0.1 時，說明偏差較大，判斷矩陣有問題，得到的相對權(quán)重也有問題，需要對其進(jìn)行調(diào)整。

表2 各項指標(biāo)數(shù)據(jù)

1.5 構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣Z

1.6 確定理想解和負(fù)理想解

式中:J+為效益型指標(biāo)集; 為第j 個指標(biāo)的理想解;為第j 個指標(biāo)的負(fù)理想解。

1.7 確定每個實(shí)際解到理想解的歐氏距離

1.8 計算每個解對理想解的相對貼近度

按Bi的大小排列各個評價對象優(yōu)先次序，相對貼近度越大，表示該評價對象越接近最優(yōu)水平。

2 應(yīng)用

2.1 評價對象的選擇

合 肥 市2005 年、2010 年、2015 年、2018 年、2020 年、2021 年的可吸入顆粒物、SO2日 平均值、NO2日平均值、飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、區(qū)域環(huán)境噪聲平均值、交通干線噪聲平均值數(shù)據(jù)如下[15-17]。

2.2 構(gòu)建規(guī)范化決策矩陣

由表中的數(shù)據(jù)可以得到矩陣R′

代入（1）式作無量綱和正向化處理，得到規(guī)范化的決策矩陣R

2.3 構(gòu)造判斷矩陣A，并計算評價指標(biāo)權(quán)重

通過特征根法計算評估指標(biāo)的權(quán)重向量:

計算得出λmax=6.4652，對判斷矩陣A 進(jìn)行一致性檢驗，CR=0.0738<0.1，符合一致性要求。

從圖2 中可以看出可吸入顆粒物（C1）、SO2日平均值（C2）、NO2日平均值（C3），權(quán)重占比分別是38.5%，29.5%，15.5%。此三項的權(quán)重比超過了80%，說明這三項指標(biāo)是核心。權(quán)重按降序排序可得出:C1>C2>C3>C4>C5>C6。

圖2 評價指標(biāo)權(quán)重圖

2.4 構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣并確定理想解Zj*與負(fù)理想解Zj－

將得到的規(guī)范化決策矩陣代入式(4)，構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣Z。

據(jù)式(5)、式(6)確定理想解和負(fù)理想解:

2.5 計算歐氏距離并確定相對貼近度

將以上結(jié)果代入式(7)、式(8)得到:

根據(jù)式(9)可得各個評價對象與理想解的相對貼 近 度B=(B1，B2，B3，B4，B5，B6)=(0.386，0.210，0.369，0.647，0.743，0.766), 可得合理性的優(yōu)劣排序為：B6＞B5＞B4＞B1＞B3＞B2，故2021 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)，2010 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最差。由排列順序可知：從2005-2021 年合肥市的生態(tài)環(huán)境整體呈現(xiàn)改善和提升。說明合肥市政府采取了一系列的環(huán)保措施和政策是卓有成效的。

2.6 POE 法調(diào)查驗證

狀況評價法（Post Occupancy Evaluation 簡稱POE）目的是調(diào)查空間的實(shí)際使用情況，以了解人們對舒適性和效能的滿意度，并從中獲取改進(jìn)的反饋意見。POE 法能夠以標(biāo)準(zhǔn)化的方式收集大規(guī)模的數(shù)據(jù)，提供對評價體系準(zhǔn)確性和合理性的量化評估。用POE 法對合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行問卷調(diào)查，統(tǒng)計分析得出滿意度。合肥市環(huán)境質(zhì)量滿意度評價體系（見表3）。受訪者打分，然后求和，計算算術(shù)平均值得出滿意度得分。

調(diào)查問卷按平日和休息日分兩次發(fā)放，隨機(jī)發(fā)放。得到有效問卷270 份。調(diào)查對象滿意度得分如表4 所示。滿意度排序結(jié)果由表5 知B6＞B5＞B4＞B1＞B3＞B2，這與AHP-TOPSIS 得出的評價排序一致。

表5 POE 法調(diào)查結(jié)果

3 結(jié)論與建議

通過對層次分析法確定的評價指標(biāo)權(quán)重分析得出： 可吸入顆粒物、SO2日平均值、NO2日平均值這3 項準(zhǔn)則層指標(biāo)占總和的83.06%，說明這三項是整個合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的主導(dǎo)因子。雖然城市化發(fā)展導(dǎo)致合肥市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化,但是合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體依舊保持上升的趨勢，朝好的一面發(fā)展。所以為了進(jìn)一步提高合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量, 合肥市可以通過排放許可制度、排污費(fèi)等措施，促使企業(yè)加強(qiáng)污染物的處理和減排。建立執(zhí)法機(jī)制，加大處罰力度，形成有效的威懾機(jī)制。合肥市還要提升生態(tài)保護(hù)意識，即加強(qiáng)公眾的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)意識教育，增強(qiáng)居民和企業(yè)的責(zé)任感，減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)行為。鼓勵發(fā)展公共交通系統(tǒng)，包括地鐵、電車和公交等，減少私家車的使用。通過給予生態(tài)環(huán)境志愿者榮譽(yù)稱號、獎勵優(yōu)秀生態(tài)保護(hù)行為等方式，激勵社會各界積極參與生態(tài)保護(hù)行動。設(shè)立生態(tài)保護(hù)示范項目，向公眾展示生態(tài)保護(hù)的效果和好處。例如，建設(shè)生態(tài)公園、濕地保護(hù)區(qū)等，讓公眾身臨其境地感受自然環(huán)境的美好。

AHP-TOPSIS 組合評判模型雖然減少了決策者的主觀判斷和個人偏好，但是對于某些問題可能適用性有限。它在處理多屬性決策問題時比較有效，但在面對更加復(fù)雜和動態(tài)的決策場景時可能存在局限性。如準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層等變得更加復(fù)雜時，這可能會導(dǎo)致AHP-TOPSIS 模型準(zhǔn)確度下降甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤。