雅安水环境生态风险评价研究

1、雅安水环境生态风险评价研究信息与工程技术学院 农业水利工程专业 谭尧升(指导教师：倪福全 职称：教授）摘要:生态风险评价是生态科学研究的重要领域，是环境风险评价的重要组成部分。本文应用生态风险评价的差不多原理和方法,针对雅安水环境的具体情况，构建了该区生态风险的评价模型，并利用层次分析法和模糊综合评判两种方法分不对模型进行计算。评判过程利用MATLA工具进行编程,幸免了繁杂的人工计算,而快速、准确的得到各个区县的风险等级。最后借助于G的相关功能,作出研究区生态风险等级的专题地图。结果表明：宝兴县的生态风险等级为级,属较轻风险;汉源县、庐山县、荥经县的生态风险等级为级，属轻度风险；石棉县、天全县

2、、名山县的生态风险等级为级,属中度风险；雨城区的生态风险等级为级，属重度风险，建议重点研究和治理该区的水生态环境问题。研究结论揭示了研究区内不同区县水生态环境问题的严峻程度,为应用者和决策者改善本区生态环境的质量，提供了理论依据和技术支持。关键词:雅安;生态风险评价；层次分析法；模糊综合评价；MATA；GISYaan Ecologial isk AsessmetfoWaer EnvionmntClege o Informaion ninerin,ArcutureHyauli gieing:TAN YaoshenTuor:N FuuanAbsract：cologialriskssemt is i

3、moraaeaf eoloclscenersearch nd a sigiin component ofevionmeal risksssment Basedon bsc piniplean methd of ecooic ri assessment, or specific ituation wteenvironent in Yan, the pp build ecoicl rksesment moel ofthsae and aples AHP and fuzzcomprhensie alato cacul e mdel. MATL s usedt codut progmming in e

4、valuain proces, aviding thcomplicated manual calculatio, thu,colgil isklves f al dstrits nd es a obtaned quikl an accuraey. Finall, GSreled unction re used oake thmai mas of cological risk lvl n study e. Thersuls how:eclogcal risk levelof Boig is ， belonging toreliel slight ik;ecloaisk eel ofHnan， u

5、sha,Yingjingis ， blongig tosligt ris； cloial isk evl in Shimin,Tanqu, Minhan s , eog to odeate rik； eological iskleveli uhng s , belogig to sevisk, wth focuon rsearch and managemnt of aqatic osystem roblems rommnd Resach conclusin reveals the dgr f aatiecosytem probem inifeent dsic and outies f htud

6、y are,frtherme, rovigtheoreticl asisnd tecical suportfo cion-maers to ipro theecologica nvionmnofthiareaeywords:Yan；Eoloicl isk Assesment；AHP;Fz ComprehnsivEvaluat；MALAB;GS1 引言11 研究背景我国是一个生态比较脆弱,资源相对短缺,环境压力突出的国家。从早期的黄土高原水土流失到东北的黑土层减少，从黄河的断流到湖泊的水体大面积的污染,从污灌引起的重金属污染到食品农药残留等,特不是20世纪90年代发生了淮河全流域污染,黄河断流,

7、长江、嫩江、松花江的三江大水等一系列的水事件,引起了社会各界的广泛关注。全球气候变暖,生物多样性丧失,土地沙化和水土流失迅速加剧，以及水污染，土壤污染，大气污染等一系列的环境问题已逐渐成为社会的焦点。在人口与资源，社会与环境的矛盾日趋尖锐的形势下，可持续进展已成为了人类共同的追求，生态环境的爱护也越来越深入人心。爱护生态环境,首先必须明确生态风险的程度和大小,确实是对生态风险进行评价，为合理的科学决策和技术支持提供依据,进而改善生态环境的质量。生态风险评价是生态科学研究的重要领域,是环境风险评价的重要组成部分, 是关于生态风险的定量评价和综合研究，是目前国际上的一个热点问题2。它有效整合了学术

8、研究、政策制定和生态环境治理,越来越多地被应用到生态环境问题的解决。国外的风险评价工作起步较早，研究大多按照美国18版生态风险评价指南展开，专门多学者逐渐把研究尺度扩展到了区域、景观和流域尺度等。我国生态风险评价起步较晚,理论技术研究薄弱,专门多学者的研究要紧集中在两个方面：水环境化学生态风险评价、区域和景观生态风险评价。.2 国内外研究现状生态风险评价是近十几年逐渐兴起并得到进展的一个研究领域,其产生适应20世纪80年代出现的环境治理目标和环境治理观念的转变。在20世纪70年代，各工业化国家的环境治理政策目标是力图完全消除所有的环境危害,或将危害降到当时技术手段所能达到的最低水平。这种“零风

9、险”的环境治理逐渐暴露出其弱点，在进入80年代后,便产生了风险治理这一全新的环境政策。风险治理观念着重权衡风险级不与减少风险的成本,着重解决风险级不与一般社会所能同意的风险之间的关系。生态风险评价正是为风险治理提供科学依据和技术支持的，因而得到了迅速进展3。 总体来讲,生态风险评价经历了以下几个时期:第一时期是20世纪年代之前的萌芽时期,评价内容为环境风险评价，以突发环境事件为主;第二时期是2世纪0年代进展时期,评价内容要紧为毒理评价和人体健康评价;第三时期是20世纪90年代大进展时期，要紧是各国生态风险评价框架和指南建立,以大量案例为基础的探究研究为主;第四时期是20世纪0年代末至今，是景观

10、、区域和流域生态风险评价方法和模式探究时期，要紧进行了大尺度的综合生态风险评价研究。1.2.1 国外研究生态风险评价是由风险评价进展而来，风险评价始于美国20世纪70年代末0年代初，最初的风险评价要紧用于单一化学污染物对环境和人类健康阻碍的毒理研究（Cirnsea1,978;Dicksnea,17)。20世纪80年代末,生态风险评价的工具和方法在一些研究中开始出现,但内容仍然侧重生物生态毒理研究,尺度一般限于单一种群或者群落。20世纪8年代初,美国橡树岭国家实验室受美国环保局(USEPA)托付,进行人类健康阻碍评价,在此研究中进展和应用了一系列针对组织、种群、生态系统水平的生态风险评价方法,并

11、将此方法类推到人体健康的致癌风险评价中,这一研究在强调所有相关生物组织水平的同时,也指出生态风险评价应该评价确定阻碍的可能性。后来,风险评价研究的内容开始逐渐从毒理风险、人体健康风险向生态风险转变,尺度也从种群、群落向生态系统扩展。这一时期的研究一直到世纪90年代初都没有统一的评价标准和评价指南,直到992年，美国国家环保局完成了全球第一个生态风险评价框架,在那个框架里面首次明确表述了生态风险评价的准则。1998年USEA在92年生态风险评价框架的基础上公布了生态风险评价指南,提出生态风险评价“三步法”,即问题形成、分析和风险表征，目前该方法已为宽敞研究者所同意。目前,美国大部分生态风险评价仍

12、然使用1998年版生态风险评价指南作为研究标准。欧洲的生态风险评价研究与美国的生态风险评价有较大不同，其研究要紧是在新化学品评价的基础上进展起来的。其研究集中在: 进展更有用的污染物排放可能方法; 针对评价数据参差不齐的现状,开发专业简便的数据推断方法; 逐步进展亚急性效应和慢性效应在生态风险评价中的应用,对高残留、高生物有效性物质予以特不关注。澳大利亚生态风险评价研究集中在对化学污染物和重金属对土壤的阻碍上，澳大利亚国家环境爱护委员会于199年也建立了一套比较完善的土壤生态风险评价指南,其5部分是生态风险评价指南专题。其他国家比如加拿大、南非和新西兰等,其生态风险评价研究大多按照美国1998

13、版生态风险评价指南展开，并在此基础上对评价流程和具体操作方法进行适合本国的调整和改进。在这之后,专门多学者开始把研究尺度扩展到了区域、景观和流域尺度。随着20多年的进展，评价内容、评价范围、研究尺度等都有了专门大进展。由单一化学污染物、单一受体进展到多风险源、多风险评价终点,风险源范围也进一步扩大，除了化学污染、生态事件外,开始考虑人类活动的阻碍(如都市化、生活和工业废弃物、UCC、渔业、气候变化等）(Domne eta1，2008;Zou&Griith,2008),研究的重点要紧集中在对人类活动导致的污染区域的生态风险评价模式与方法体系上(Semnzieta1，007）。研究尺度从单一种群扩

14、展到生态系统、区域、流域和景观尺度。研究对象也从陆地生态系统扩展到海洋生态系统。综上所述,由于有大量的野外观测数据，包括种群、生态系统等多方面的长期数据，因此在进行生态风险评价研究时，往往侧重利用观测数据从某一种或几种生物个体和种群的变化来反映生态系统的功能变化和生态风险。另外，国外对生态风险的分析更多的是定性和半定量的分析，通过这些分析和结论为环境治理及决策服务4。1.2.2 国内研究国内的生态风险评价研究起步较晚,从90年代才开始起步，国家环保局1990年下发7号文件,要求对重大环境污染事故隐患进行环境风险评价,尤其是世界银行和亚洲开发银行贷款项目的环境阻碍报告中必须包含有环境生态风险评价

15、的章节。我国学者关于生态风险评价的研究要紧集中在2个方面:水环境化学生态风险评价、区域和景观生态风险评价。对水环境化学生态风险评价的研究要紧集中在有毒有机化合物、重金属以及营养盐富集等的生态效应,这一类研究差不多较为成熟,在国内开展的较多，如张路等()以有机氯农药和多环芳烃为要紧目标化合物,分析了疏浚湖区底泥中典型持久性有机污染物的蓄积规律和对生态的潜在风险。蔡文贵等(200)分析了考洲洋重金属污染水平与潜在生态危害。赵肖等(208）分析了滴滴涕对太湖经济鱼类危害的生态风险。刘文新和栾兆坤(1)、王胜强等(2005）分不分析了乐安江和海河等区域沉积物中重金属的潜在生态风险。而区域和景观生态风险

16、评价研究才刚刚起步，当前景观生态风险研究着重从景观结构和生态风险空间范围上进行分析展开,要紧应用景观生态学方法，构建景观损失指数和综合风险指数，通过对生态风险指数采样结果进行半方差分析和空间差值，揭示区域生态风险空间分布特征（曾辉和刘国军,199；陈鹏和潘晓玲,2003;肖杨和毛显强，2006;贡璐等，00；荆玉萍等,20)。当前国内的区域生态风险评价还要紧侧重地区性单一风险要素的生态风险评价，如李自珍和何俊红(1999)结合干旱区生态系统特点,以河西走廊荒漠绿洲水土资源综合开发利用为例建立了生态风险评价与风险决策耦合模型，该模型要紧是对干旱区农田盐渍化进行生态风险评价。李辉霞和蔡永立(22)

17、则利用降雨量阻碍度、地形地貌阻碍度和社会经济易损度个指标,利用成因分析法对太湖流域要紧都市的洪涝灾难生态风险进行了评价。王春梅等（003)建立了森林生态风险评价指标体系,运用因子权重法对东北地区森林资源生态风险进行了评价。国内的生态风险评价由于缺乏长期连续的野外观测数据，因此多从自然地理要素以及环境本底数据人手,建立评价指标体系，然后进行区域生态风险的分级与空间差异分析。相比国外的生态风险评价研究,国内的研究更加宏观,在以后的研究中能够借鉴国外生态风险评价的经验与特点，加强野外长期观测,宏观与微观方法相结合,从而更全面的对生态系统的功能和风险进行评价6。13 研究目的雅安市属四川西缘山地典型区

18、,是长江上游生态环境爱护区,山高、坡陡、谷深、生态环境脆弱、生态交错带众多,群落间的竞争特不激烈,受外界因子阻碍较大。近年来无克制、无秩序、不成规模地开发生物资源,对森林的乱砍滥伐，水环境的人为阻碍日益加剧，导致该区水土流失严峻，地力下降，生态环境急剧恶化，形势不容乐观。如前两年在雅安市发生了几次严峻的泥石流,给人民的生命和财产带来了巨大的损失。总之，生态问题差不多成为雅安经济进展的瓶颈，急需进一步深入的研究雅安的水环境生态问题。中国工程院院士李文华在雅安生态经济报告会上谈到,关于一个地区的生态建设，我们应该做的：一是生态环境评价;另一个要定出一个指标体系来，今后好直接按指标去检查，另外确实是

19、要充分利用过去资料,加上新技术的应用。进行雅安水环境生态风险评价，正是按照李文华院士建议的方法来研究,是基于区域尺度上描述和评估自然因子和社会因子对水环境生态系统及其组分产生不利作用的可能性和大小的过程，其目的在于明确雅安不同区县水环境生态风险的大小程度,为风险决策和治理提供理论和技术支持。因此，本项研究通过查清本区的生态风险现状，掌握水环境风险评价的规律，以查找科学、合理、可持续开发利用和爱护水环境的有效途径,对全市水生态环境问题及生态旅游的可持续进展具有重要的战略意义，对西部大开发和建设长江上游生态屏障也具有重要的现实意义。1.4 研究内容本文将应用生态风险评价的一般方法和原理,针对雅安水

20、环境的具体情况,建立雅安水环境生态风险评价模型,并应用层次分析法和模糊综合评判两种方法对模型进行评判;通过阻碍因子差不多数据的收集、统计和相关专家评判打分,应用MATLAB工具进行层次分析法和模糊综合评判编程，计算出各个区县的生态风险,以确定出该区县的生态风险等级;借助于GS的有关功能，作出雅安各个区县水环境生态风险等级的专题地图。1.5 研究区概况5差不多概况雅安市位于四川盆地西部边缘,东经10560320,北纬2851056,面积为1314平方公里。东北边与成都市交界，东边与眉山市为邻,东南边与乐山市相邻,南依凉山彝族自治州，西边与甘孜藏族自治州相连,北边与阿坝藏族羌族自治州接壤。境内辖七

21、县一区,即:名山县、宝兴县、天全县、庐山县、荥经县,石棉县、汉源县和雨城区,如图1所示。图 雅安市行政区划图1.5.2地形地貌雅安属四川省盆地西缘山地，为盆地到青藏高原的过渡地带。以山地为主，山地面积占全市总面积的94。石棉县境西北部海拔59米的神仙粱子是全市最高峰，高山区（海拔3500500米）约占全市总面积的6%，要紧分布在宝兴县和天全县的西北部,石棉县的西南部,芦山县的北端,汉源县和荥经县呈点状分布,以宝兴县比例最大，约占全县总面积的30%。中山区(海拔10050米)是雅安市山地的主体,占全市总面积的60%,遍布各县。最低点是雨城区草坝镇水口村龟都岛,海拔5.7米。境内山脉纵横,地形切割

22、强烈，地貌类型复杂多样。雅安市地貌要紧特征是：地势起伏大，山脉走向与地质构造线一致;层状地貌明显，单斜山具有规律性分布;山脉走向制约着自然地理环境,高0余米的大相岭横贯本市中部，走向近于西北,不仅是大渡河与青衣江的要紧分水岭,也是市内自然地理的重要分界线。大相岭以北,有雨城区、名山、荥经、天全、芦山、宝兴六县，以南有汉源、石棉两县,南北区域在气候、植被、土壤等方面都有显著的不同。北部沟谷切割强烈,多峡谷分布、降雨集中,强度大,经常造成洪涝灾难；南部属大渡河中游河谷干旱少雨区，气候干燥，日照多、降雨少、常有旱情发生。境内物质坡面移动强烈、倒塌、滑坡、泥石流经常发生7。1.3气候状况本区位于盆地边

23、缘的亚热带季风气候区,气候资源十分丰富，要紧表现在气候和气，雨量充沛，呈立体分布,具体进展农、林、牧等大农业的优越条件，但由于阴多湿高,光照不足和寒潮、干旱、洪涝、绵雨等多种自然灾难的阻碍，也造成了农业进展的许多制约因素。境内以大相岭为界,南北气候差异专门大。年雨量,北部一般在0001800毫米，南部在70080毫米。年平均气温,北部为16度,南部为178度。年总日照时数，北部在810小时，南部在20010小时。有“南北一山隔，干湿两重天”的讲法。1. 日照情况全市除少数高山地区外，差不多属亚热带湿润季风气候。其要紧特征是冬少严寒，夏无酷热,气候和气。日照情况:以大相岭为界，南北差异明显,北部

24、日照少,南部日照多。北部多年平均日照时数791.10.7小时,南部日照时数125.1447.9小时。石棉为全市日照最多的县之一。气温：气温分布呈明显的南北水平差异和随地势变化的垂直差异。北部青衣江河谷和南部大河河谷海拔最低，年均气温分不为1416C和17CC。气温年际变化不大,但冬夏气温相差较大,如宝兴县一月最低平均气温4.5,石棉则为.3，七月最高平均气温，宝兴为22，汉源为259C。降雨:由于季风环流和地形地貌的阻碍，北部的六县（区）是全省闻名暴雨区,降雨特点是夏秋多、冬春少、夜雨多、暴雨强度大，年均降雨量在120100毫米之间,日最大雨量达339.毫米，多年平均降水日数1726天。南部石

25、棉县、汉源，年降雨量70多毫米,多年平均降水日数43天7。.55 水资源状况雅安属四川省盆地边缘山区,雨量较多,植被较好，径流总量丰沛，水质良好,水能资源得天独厚。本区水系分属大渡河、青衣江、岷江，流域面积0km2以上河流131条。全市多年平均地面径流8.69亿m,平均径流深183毫米,平均每平方公里产水量11.3万,其中青衣江流域多年平均径流量13.41亿m3,占全市总量的4.4%,平均径流深1367毫米；大渡河流域多年平均径流量2.1亿3，占总量的24%,平均径流深为8毫米;岷江流域多年平均径流量4亿m3，占总量1.%,平均径流量98毫米。市内过境水量29.8亿m,其中大渡河259亿m3,

26、青衣江3.9亿。径流年际变化不大,变差系数在.10.之间。但由于降水时空分布不均,加之地貌、地质和植被的变化,致使地表径流年内差异较大，汛期（69月份)约占全年的6%，最大月径流量占全年径流量的1518%,枯期(2月至次年月)径流量占411.9%，最小月径流量占年径流量的1428。河流:市内河流属岷江水系的支流大渡河、青衣江，全市流域面积在30平方公里以上的河流有13条,其中流域面积大于100平方公里的河流1条,10至500平方公里的河流条,500100平方公里的河流2条,除名山县的临溪河直接汇入岷江外，其余均属大渡河流域和青衣江流域。该区水能资源丰富，全市理论蕴藏量10.4万千瓦,平均每平方

27、公里76千瓦，是全省平均数的2.4倍，全国平均数的1.倍,其中:青衣江流域444.万千瓦，大渡河流域62.8万千瓦，岷江流域0.54万千瓦。市内水能资源离负荷近，建设周期短,对雅安农村中级电气化建设，促进工农业高速进展将起到巨大作用。156 社会经济状况全市辖七县一区，分不是宝兴县、芦山县、天全县、名山县、雨城区、荥经县、汉源县、石棉县。167个乡镇,107个行政村，总人口15.4万人,其中:非农业人口3135万人,农业人口124.41万人，占总人口80%，农村劳动力68.9万人。全市有彝、回、满、藏等1种少数民族,近6万人，要紧分布在汉源县、石棉县、宝兴县等农村地区。全市耕地面积144.68

28、万亩，其中：水田面积52.5万亩,旱地面积9.1万亩,农村人口平均耕地116亩。主产粮食作物有：水稻、玉米、小麦和油菜仔、茶叶等经济作物。粮食总产量.81万吨，农业人均产粮46公斤。近年来随着农业结构调整，农村经济的进展，农业科技的推广，全市粮食生产和农村经济稳步进展，农、林、牧、副、渔稳步增长，农业总产值达37.3亿元,农村人均收入达2387元。203年全市财政收入3.4亿元。1.5.7 水环境状况水资源年内分配不均，旱洪灾难频繁。北部六县（区)地处青衣江流域上游,是全省闻名四大暴雨区之一，年降水量12001700毫米之间,但年内时空分配不均,每年9月的径流量占全年的6070%，且多以暴雨出

29、现;枯期降水量少，约占全年的7%左右。南部汉源、石棉属大渡河干热河谷少雨区，多年平均降水量为600800毫米，大渡河河谷最少，约50070毫米；月份的径流量占全年的72.%,枯期二月份径流占全年的15%。由于受天气系统中的高中层副热带高压环流和西藏大陆高气压支配，该区旱洪灾难频繁。青衣江流域平均干旱指数1.58，大渡河流域干旱指数为.68%,据解放以来的旱灾统计,在192年次中，旱灾出现188次,春旱、夏旱、伏旱发生的比例为56.933.5，石棉发生严峻春旱的次数占春旱次数的50%。本区洪灾突出，要紧是江河洪灾和溪沟洪灾。夏秋季节，由于暴雨或连日大雨、局部区域的特大暴雨,造成山洪暴发，淹没农田

30、、冲毁房舍、中断交通运输,往往同时伴随发生滑坡泥石流，洪涝气候发生最多的是雨城区,30年中发生58次，频率3%。其次名山、天全分不为50%和1237。随着工农业生产的进展和人类活动的阻碍，本区青衣江流域的水资源污染日趋严峻。据多年监测,青衣江三氮的污染逐渐加重,特不是近年来，工业废水、生活污水排放量增加，河流来水量减少,水质污染较为严峻,有毒物质六价铬含量0.15L，亚硝酸盐氮含量最高达.38mg/；大渡河流域由于人口稀少,工业不发达,水质状况稍好。据监测资料反映,青衣江流域除部分河段水质属二级外，其余均为一级水质。全市农村污染水有两种类型,第一类芦山、天全血吸虫疫区、水源被钉螺污染;第二类是

31、随着人类活动的加剧,森林植被的破坏，农业生产中的化肥,农药的使用，污染了天然河流,阻碍人民群众的生活生产饮用水7。2材料和方法2.1 生态风险评价的差不多模型生态风险评价首先需要了解所要评价的环境特征及污染源情况，推断是否需要进行生态风险评价,评价结果为风险治理提供科学依据。EPA生态风险评价准则将生态风险评价的过程分为3个时期，即问题表述、风险分析、风险表征8-。具体描述如下:（1) 问题表述 该时期是风险评价的第一步,应首先明确风险评价的目的，对问题进行详细的讲明,并制定分析和风险表征的打算。该时期最初的工作是将污染源、刺激、阻碍、生态系统及受体特征等多方面可用信息综合起来考虑,然后达到以

32、下的目的：确定能充分反应治理目标的评价终点；形成描述一个刺激与评价终点或多个刺激与评价终点之间关系的概念模型;制定分析打算。(2) 风险分析 风险分析包括两个方要紧方面：暴露和效应及其相互关系。分析过程包括：暴露分析;通过调查危害反应关系来分析效应。(3)风险表征 风险表征是生态风险评价的最后一个时期。该时期又分三步：第步风险评估,应用分析时期的结果对暴露和效应数据进行整合并评价相关的不确定性;第2步风险描述，对一系列支持或反驳上述风险评估的证据进行评价，并阐明对评价目标（Target）产生不利效应的重要性;第3步风险报告，对各种不确定性及假设进行总结并将结论报告提交给风险治理者。需要注意的是

33、，尽管问题表述、分析和风险表征这三个过程是依次进行的,但生态风险评价通常是一个反复的过程。在进行分析和风险表征时常常会重新回到第1时期去收集新的数据并进行进一步的分析和表征。. 生态风险评价的差不多框架生态风险评价的差不多框架如图2所示。.3 生态风险的评价方法综合国内外的研究，水环境生态系统中广泛存在着五种性质，即不确定性、埋伏性、模糊性、灰色性及非线性。作为一个客观存在的环境系统,确切地讲,是一个未确知性的灰色模糊随机系统。因而,评价方法可采纳层次分析法，灰色系统理论分析,模糊综合评判等。在本次研究中,将应用层次分析法与模糊综合评判分不进行评价，将它们得出的结果进行对比,评判研究的正确性和

34、合理性,以得出正确的研究结果3。23.1 层次分析法2.3.1 概述层次分析法（Analytic Hierarchy Proess)简称HP法,是美国运筹学家T.Saty教授于20世纪70年代研究提出的一种新的决策科学方法,能既有用、又简洁地处理复杂的社会、政治、经济和技术等决策问题。它以其深刻的数学基础,合理的决策手段，简单的应用方式引起了世界各国学者及决策者们的极大关注与重视。在专门短的时刻里,它在理论研究及应用领域中都取得了巨大的进展0。评价目标概念模型分析打算打算（风险评价者、治理者及感兴趣团体的交流对话）暴露概况刺激反应暴露特征生态效应特征效应测量生态系统和受体特征测定暴露测量风险分

35、析暴露分析 生态反应分析与风险治理者交流结果风险评估风险描述风险表征问题表述整合可利用信息获得数据、整合过程、描述结果风险治理及与感兴趣团体交流结果图2 生态风险评价差不多框架6AP是在多目标、多准则的条件下,对多种方案进行选择与推断的一种简洁而有力的工具。正因为如此,它被广泛地应用于人们生活的各种宏观与微观决策中。层次分析法的核心之一是把复杂的决策问题层次化。它依照问题的性质以及所要达到的目标,把问题分解为不同的组成因素，并按各因素之间的隶属关系和相互关联程度分组，形成一个不相交的层次结构。上一层次的元素对相邻的下一层次的全部或部分元素起着支配作用,从而形成一个自上而下的逐层支配关系。具有这

36、一逐层支配关系性质的结构称为递阶层次结构。递阶层次结构的决策问题，最后可归结为最低层(供选择的方案、措施等)相关于最高层（系统目标)的相对重要性的权值或相对优劣次序的总排序问题。其核心之二是将引导决策者，通过一系列成对比较的评判来得到各个方案或措施在某一个准则之下的相对重要度的度量。这种评判能转换成数字处理,构成一个推断矩阵，然后使用单准则的排序计算方法，可获得这些方案或措施在该准则之下的优先度的排序。在层次结构中,这些准则本身也能够对更高层次的各个元素的相对重要性赋权。通过层次的递阶关系能够接着那个过程，直到各个供决策的方案或措施对最高目标的总排序计算出来为止。如此，决策者就可进行评价、选择

37、和打算等决策活动。AHP的理论及应用研究在我国的进展速度也是专门快的。在192年11月召开的中美能源、资源、环境学术会议上，美国Mooea州立大学能源研究所所长.Choanmelad教授向中国学者介绍了A方法在能源、资源、环境工程中的应用,引起了与会的中国学者的强烈兴趣。之后于1988年9月在我国召开了第一届国际AP研讨会,更多的中国学者开始了对这门新的决策科学的研究，不管在HP理论研究或是实际应用中,都取得了专门好的成果。尤其在应用方面,我国学者的涉及面十分广泛4。2.3. 层次分析法的特点(1） 系统性 系统分析是当今重大科学、重大工程和社会背景下的一种重要的决策分析方法。系统分析的观点之

38、一是把分析对象看作为一个整体系统。系统中的每个子系统乃至每个子元素差不多上与系统内其他部分相互关联、彼此阻碍的。尽管每个子系统、子元素具有自身特定的功能和特点，有时彼此间甚至是相互冲突的，但它们差不多上构成系统整体功能所不可缺少的组成部分。系统分析的观点之二是要把系统分清层次。任何复杂系统都具有一定的层次结构，下层因素受到上层因素的支配,反过来上层因素又要受到下层因素的阻碍。而AP方法的思想基础与系统分析的原则是一致的。它要求决策者在对问题进行决策分析时,首先要找出分析对象的诸阻碍因素及其彼此的相关关系,从而建立起能清晰反映出这种关系的层次递阶系统结构，使决策者在进行决策分析时，把复杂问题自千

39、头万绪之中条理化。（2) 综合性 在目前大量的决策问题中，决策者所要考虑的专门多因素是属于定性化因素，这些因素无法以某种定量的标度进行表现。如人们在日常生活决策中所遇到的问题,多半属于定性化分析推断问题。AP方法在对事物进行决策分析时,能对定性问题定量化进行综合分析处理，并能得到明确的定量化结论,以优劣排序的形式表现出来。这有助于决策者作出判不。孰取孰舍,泾渭分明。这也正是HP决策分析法区不于其他专门多决策优化方法的一个重要特征。（3)简便性 由于世界的千变万化，社会的迅速进展，这使得从事实际工作的决策者们对决策方法的简便性有专门高要求。因为世界对决策反应的速度要求越来越快，而一些繁复的决策方

40、法耗时、耗力、耗资金，在专门多场合又不具有令人中意的有用价值。而H方法对事物的评判决策过程十分简便，易于掌握和运用，一个只要具有高中文化程度的人就不难掌握其运算方法,辅之于一般计算器便能完成全部的决策分析过程。若有计算机及有关程序,则整个计算就更方便、更迅速了。（4） 准确性 在我们的研究对象中，不管决策者所追求的是“中意的决策”，或是“最优的决策”,AHP方法都能够提供具有准确性的结果,这是因为它有丰富的数学原理为准确性提供了可信的基础。同时，AHP方法还能吸取决策者个人或集团的阅历、经验、智慧、推断能力,从而使得决策建立在更扎实的基础上。从以上的特点来看,层次分析法在本质上是一种决策思维方

41、式,它具有人的思维分析、推断和综合的特征。作为一个决策工具，层次分析法具有简单、易用、有效、适应性强、应用范围广等优点，因而受到人们广泛的重视40-4。2.1 递阶层次结构模型在A方法中首先要建立决策问题的递阶层次结构的模型。通过调查研究和分析,准确确定决策问题的范围和目标,问题包含的因素及各因素间的相互关系。然后建立起一个以目标层、若干准则层和方案层所组成的递阶层次结构。图3表示了一个典型的递阶层次结构。决策目标准则2准则1准则3子准则1子准则1方案2方案1方案3目标层准则层子准则层方案层子准则1图3典型递阶层次结构在层次模型中,用作用线表明上一层次因素同下一层次因素之间的关系。如某个因素与

42、下一层次中所有因素均有联系,则称其与下一层次有完全层次关系。如那个因素仅与下一层次中的部分因素有联系，则称其与下一层次存在着不完全的层次关系。构造系统的层次结构的过程是从最高层(目标)开始,通过中间层(准则）,到最低层(方案)为止。2.4 相对重要性的比例标度和推断矩阵工程技术领域,有些问题是能够量化的,而有些问题与社会经济系统的某些决策问题一样,是难于对系统进行量化的。但这些被测量对象的属性大多数具有相对性质,系统中各因素相关度的测量可通过人的推断和经验来完成。AHP方法确实是依照这些系统中元素测度的特点提出了相对重要性的比例标度。两个元素相对重要性的比较可变换为一个数。表1讲明了相对重要性

43、的比例标度。表1 相对重要性的比例标度相对重要性的权数定义解释1同等重要关于目标,两个因素贡献是等同的一个因素比另一个因素略微重要经验和推断略微偏向一个因素一个因素比另一个因素明显重要经验和推断明显偏向一个因素7一个因素比另一个因素特不重要一个因素特不的受到偏爱9一个因素比另一个因素极端重要对另一个因素偏爱的程度是极端的2,4，6,8上述两相邻项推断的中值上述非0数的倒数假如一个因素相关于第二个因素有上述的数目(如5）,那么二个因素相关于第一个因素就有倒数值(如/5）比例标度确定后，即可建立推断矩阵，其通用公式为:显然,，i，j=1,2，,n。再用方根法计算推断矩阵的特征向量。由矩阵理论,用某

44、一重量向量右乘A矩阵得:向量称为推断矩阵的特征向量。层次分析法的计算问题是推断矩阵的最大特征根和特征向量W。特征向量通用算法是幂乘法和方根法（也称几何平均法),此外还有规范列平均法(又称为和积法)。一般来讲,计算矩阵的最大特征根及其相应的特征向量,并不需要追求专门高的精度，因为推断矩阵自身已带有许多误差。方根法和规范例平均法与幂乘法相比，尽管粗糙,但只需手算或小型计算机即可，十分方便。步骤概括如下：(1) 计算推断矩阵行元素的成绩Mi;(2)计算的n次方根;(3)对向量归一化。.3.15 推断矩阵的一致性检验在层次分析法中,为了构造推断矩阵引入了1的比例标度法,这就使得决策者推断思维数字化。这

45、种将推断思维数字化的方法大大简化了问题的分析,是复杂的社会、经济及科学治理领域的问题定量分析成为可能。为此,这种数字化方法还有助于决策者检查并保持推断思维的一致性。 在应用层次分析法时,保持思维一致性是特不重要的。所谓推断一致性,即推断矩阵A有以下关系: 由矩阵理论,推断矩阵在满足上述完全一致条件下,具有唯一的非零解,也是最大的特征根=n，且除,其余的特征根均为零。前面差不多提到过,在通过二二比较构成推断矩阵A时，存在推断中的非一致性问题。这种非一致性,大多是思维的非一致性，也有笔误造成的。只有推断矩阵满足推断一致性时,所求得的重要性矢量W的可能才能作为可靠的重要性比例标度,即权重。依照上面的

46、分析,我们可通过求解下属系统得到相对重要性程度矢量W的可能:A=式中:矩阵A 的最大特征根。依照erron定理,正矩阵有一个最大的实特征值，相应地存在为惟一规范的非负特征向量，矩阵A存在最大特征根，且n,当A满足完全一致性时，=n;当A不满足完全一致性时n。具体的方法如下： 用方根法计算推断矩阵的最大特征根=+则: 推断矩阵的一次性检验推断矩阵若具有完全的一致性,n,其余特征根均为零。当矩阵A不具备完全一致性时，, 与其余的特征根具有如下关系: 由上式知,若推断矩阵具有较中意的一致性时，稍大于，其余特征根均接近于零。因此，上式计算值的大小就反映推断与完全一致性的偏离程度。即能够用推断矩阵最大特

47、征根以外的其余特征根的负平均值的绝对值作为度量推断矩阵偏离一致性的指标。即用检验专家推断思维的一致性。为了度量不同时期矩阵是否具有中意的一致性,我们还需引入推断矩阵的平均随机一致性指标RI值。关于19时期矩阵,R值见表2。表 平均随机一致性指标RI值1 2 4 6 8 9 I0.00 0.0 0.58 0.90 1.2 1.4 1.2 1 145因为1，2阶推断矩阵总具有完全一致性，因此，1、2阶推断矩阵的R只是形式上的。当阶数大于2时,推断矩阵的一致性指标I与同阶平均随机一致性指标RI之比称为随机一致性比率,记为CR。当R=CI/RI010时,即认为推断矩阵具有满足的一致性,否则就需要舍去或

48、调整推断矩阵，并使之具有中意的一致性。23.16 层次分析法评价的差不多步骤概括起来,层次分析法的差不多步骤如下:()要完成的评估目标；() 从最高层（治理目标)，通过中间层(推断准则)到最低层构成一个层次结构模型;(3)构造一系列下层各因素对上一层某准则的二二比较推断矩阵；（4） 在第步里建立推断矩阵所需要的n（n)/2个推断；(） 完成所有的二二比较,输人数据，计算推断矩阵的最大正特征值和计算一致性指标CR;(） 对各层次完成第()、（4)、(5)步的计算；(7) 层次合成计算;（8) 如整个层次综合一致性不通过，要对某些推断作适当的调整，例如修改建立推断矩阵时对比较推断所提的问题。如一定

49、要修改问题的结构,则就要回到第步,只是只要对层次结构中有问题的部分作相应修改即可0。2.32 模糊综合评判3.2.1概述人们通常追求精确,而幸免模糊,认为数学大概是更是精确地学科，是与模糊无缘的,对立的，到现代电子计算机时代，大概一切学科都能够纳入到精确地数学模式中，更与模糊无缘和对立。然而实际上并非如此，模糊的现象、事物、概念在现代科学技术、人们日常生活中是大量的存在的,需要用数学去研究和处理4。所谓模糊(Fuzzy),是指边界不清晰，即在质上没有确切的含义，在量上没有明确的边界。这种边界不清的模糊概念，不是由于人们的主观认识达不到客观实际所造成的,而是事物中的一种客观属性,是事物的差异之间

50、存在着中间过渡过程的结果。模糊论方法之因此受到普遍重视和广泛应用，是因为它比一般的分析设计方法具有两大优点。（1) 能定量的处理阻碍分析和设计的种种模糊因素,使分析的结果和设计的方案更符合客观实际，更为优化合理；(2)能充分考虑事物的中间过渡性质，浮动地选取阈值，从而能够给出一系列不同水平下的分析结果和设计方案，为人们提供广泛的选择余地。由于同一事物具有多种属性或受到多种因素的阻碍，因此，评价事物时应该兼顾各个方面。所谓综合评价,是指综合考虑在多种因素阻碍下,对事物或现象进行全面的评价。若这种评价过程涉及模糊因素，便是模糊综合评价。模糊数学的应用十分广泛，它研究和应用的领域要紧有：语言、系统工

51、程、信息处理及自动操纵、模式(图像)识不、故障诊断、逻辑、决策、人工智能、以及生物、工程、医学、社会、心理、网络、计算机等领域。模糊数学在生态环境上的应用,可归纳为如下几点： 可用优先比法对监测样品、采样断面等进行样品识不; 可用聚类分析法对污染源、江河监测断面、生态区等进行分类; 可用Fuz综合评价法对污染治理、生产治理、江河污染程度等做多问题进行综合评价、区划及决策等。2.3.2 模糊综合评判的特点(1) 事物概念的不确定性它是指事物概念的含义不明确，表现出一种“亦此亦彼”的模糊性,这与确立性数学的“非此即彼”不同。例如“中年人”那个概念,到底是指从多少岁到多少岁,不行明确;“健康”与“不

52、健康”之间找不到明确的分界。在结构工程中，“稳定”那个概念，含义也不明确。不但不同的结构工程“稳定”的含义不同;确实是同一结构工程,“稳定”的含义也模糊。这种事物概念的不确定性,又可称为事物概念的模糊性。(2) 测量不精确引起的不确定性由于主观或客观缘故而测得不精确引起的不确定性。例如，岩土结构工程中的地应力，在客观上专门难精确测量,故测量的数据往往不精确,因而计算的结果必定也是不精确，不确定。这就需要采纳模糊的处理手法来可能由于原始资料的不精确引起结果的不精确程度。（3)复杂系统数学模型的不精确性引起的不确定性关于复杂事物系统,无法用精确的数学模型去描述,或者对数学模型要求过分精确反倒不精确

53、。对这类复杂事物，能够用模糊的手法去描绘它。也确实是讲人们往往要用简单的数学模型去描述复杂的事物现象,这必定引起不精确性的问题，因而产生不确定性0,4-4。2.3 模糊综合评判的步骤(1)确定评价因素集及因素子集因素集是阻碍评价对象的各种因素为元素所组成的一个一般集合。可用表示: 式中:各元素代表各阻碍因素。这些因素通常都具有不同程度的模糊性,但也能够是非模糊的。在评价工程老化程度（可靠性)时，为了通过综合评价得出合理的结论,则阻碍工程老化程度的因素,如工程安全性、耐久性和适用性就构成了阻碍因素集。有时因素集中的因素还受到因素集以外的其他元素的阻碍，这些元素则称为阻碍因素的子因素。某一阻碍因素

54、的子因素的集合称为子因素集,也可称为因素子集,可用表示:式中：为阻碍因素的各阻碍子因素。因此,若问题比较复杂，有必要时,子因素还可构造次子因素集,阻碍因素受多级子因素集阻碍。(2)确定评价集评价集是评价者对评价对象可能做出的各种评价结果所组成的集合。若用表示: 式中：各元素代表各种可能的总评论结果。模糊综合评价的目的,确实是在综合考虑所有阻碍因素的基础上,从评价集中得出最佳的评价结果。(3)建立权重集在进行模糊评价时,必须确定各个因素在评价中所占的权重。因各因素的重要程度不同,各因素所赋的权重也就不同。由各权重所组成的集合称为因素权重集,简称权重集，也称一级权重集。各权数 UOTE ,应满足归

55、一性和非负性条件,即它们可视为各因素对“重要”的隶属度，因此权重集可视为因素集上的模糊子集。同样,若阻碍因素有因素子集，也必须确定各子因素对上一级因素的重要性隶属度,即权重。这些权重构成的集合称为子权重集,也称二级权重集。同样，其各子权重数也应满足归一性和非负性。因为同一因素的权数不同，评价的结果也不同。因此，权重集的准确与否是至关重要的。尽管，权重集的制定有相当的主观性,但应尽量使其符合实际,以提高评判的可靠性。权重集确定的要紧方法有： 通过模糊统计实验确定； 汲取概率统计的处理结果,如用概率作为隶属度； 由若干专家依照经验设定权数，取权数均值作为最终的隶属度,即专家评定法； 以往的处理结果

56、作为依据,逐步修改完善,取符合程度最高的值作为隶属度; 通过层次分析法中对相关因素进行重要性的比较，通过加工计算，得出隶属度。在层次分析法中提到的,在阻碍因素复杂、且无法量化时，由专家群对各阻碍因素的相对重要性作二二比较、并经一致性检验的方法，更适合于权重集的确定。建议作为权重集确定的首选方法。(4) 单因素模糊评价单独从一个因素动身进行评价,以确定评价对象对评价集元素的隶属程度,称为单因素模糊评价。设评价对象按因素集中第个因素进行评价,对评价集中第个元素的隶属程度为 QUOE ，则可得按第个因素评价的单因素评价集为：同理,可得相应于每个因素得单因素评价集如下： QOT 将各单因素评价集所得隶

57、属度为行组成的矩阵:称为单因素评价矩阵。显然，为一模糊矩阵。单因素评价集，实际上可视为因素集和评价集之间的一种模糊关系,即阻碍因素和评价对象之间的“合理”关系。表示和之间隶属“合理”关系的程度,即按评价时，评价对象取的合理程度。因此，单因素评价矩阵，又可视为从到的模糊关系矩阵。（5） 模糊综合评判单因素模糊评价，仅反映了一个因素对评价对象的阻碍，显然这是不全面的。只有综合考虑所有因素的阻碍和各因素的重要程度，才能得出正确合理的评价结果,也确实是用模糊综合评价法。模糊综合评价可表示为： QOTE 式中为模糊综合评价集;为权重集(权重向量），可视为一个行模糊矩阵。上式可按模糊矩阵乘法进行运算,即其

58、中：式中为综合考虑所有因素的阻碍时,评价对象对评价集中第个元素的隶属度；、为取大、取小符号4。.4 计算机辅助工具 本次研究数据处理的工作量较大，特不是二维矩阵的分析和计算；同时,所得结果需要可视化的表达和显示，因而都需要借助于一些计算机辅助工具。MALA和GIS分不是计算分析和图形处理的良好工具。2.4.1 MTLAB MTA是英文MATix LAoaory（矩阵实验室）的缩写。自184年由美国MathWrks公司推向市场以来，得到了广泛的应用和进展。在欧美各高等院校ATLAB差不多成为线性代数、自动操纵理论、数字信号处理、时刻列序分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的差不多教学工具，成为

59、本科生，硕士生及博士生必须掌握的差不多技能，在设计研究单位和工业部门,MATLAB已被广泛的应用与研究和解决各种工具的工程问题。近几年来,ATAB在我国也开始流行，应用MATL的单位和个人急剧增加4。 概括来讲，其要紧的功能包含如下9: （1)数值计算和符号计算功能 MATLAB以矩阵作为数据操作的差不多单位,这使得矩阵运算变得特不简捷、方便、高效。TLA还提供了十分丰富的数值计算函数,而且所采纳的数值计算算法差不多上国际公认的最先进、可靠的算法,其程序由世界一流专家编制和高度优化。高质量的数值计算功能为ATAB赢得了声誉。 在实际应用中,除了数值计算外,往往要得到问题的解析解，这居于符号计算

60、的领域。MATLAB和闻名的符号计算语言apl相结合,使得MATA具有了符号计算功能。(2) 绘图功能 利用MTLAB绘图十分方便,它既能够绘制各种图形，包括二维图形和三维图形，还能够对图形进行修饰和操纵,以增强图形的表现效果。MATA提供了两个层次的绘图操作:一种是对图形句柄进行的低层绘图操作,另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。利用MALB的高层绘图操作，用户不需过多地考虑绘图细节,只需给出一些差不多参数就能绘制所需图形。利用MATL图形句柄操作,用户能够更灵活地对图形进行各种操作，为用户在图形表现方面开拓了一个没有束缚的宽敞空间。(3) 语言体系 ATB具有程序结构操纵、函数调