基于层次分析法的凉州区饮用水安全模糊综合评价

徐海鹏，齐 鹏，王晓娇，杨凯凯

（1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070）



基于层次分析法的凉州区饮用水安全模糊综合评价

徐海鹏1，齐 鹏2，王晓娇2，杨凯凯2

（1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070）

摘 要：以甘肃武威凉州区为例，运用问卷调查法和模糊综合评价法对其饮用水安全分别进行了评价。结果表明：凉州区饮用水安全综合评价等级为良好，其居民认知状况、水量水质状况和水源地状况3个指标的评价等级分别为良好、良好和中等。公众认为水源地排污情况、水源地周边植被情况和自来水存在的安全隐患不容乐观，有待整改。

关键词：饮用水安全；模糊综合评价；层次分析法；凉州区

饮用水是人类生存的基本需求，饮用水的安全性与可靠性直接关系到人的身心健康和生活质量。随着社会经济的快速发展，饮用水出现诸多问题，饮用水安全问题已成为21世纪中国最突出的问题之一[1]。国务院组织中央编办、国家发展改革委、财政部、教育部、国土资源部、水利部、建设部、卫生部、国家环境保护部等部门对饮用水安全问题进行专题研究并发布了《研究饮用水安全有关问题的会议纪要》，将城市与农村饮用水安全保障工作作为全国小康社会建设、社会主义和谐社会构建的重要内容，从法制建设、规划编制、工程措施、污染防治等方面入手，采取综合手段保障饮用水安全，将饮用水安全评价作为其安全性的重要衡量指标[2]。

国外对于饮用水的研究主要集中在水质评价与水源适宜性评价方面，且不同国家选取的评价指标和研究方法不同[3]。但在国内对水安全的评价研究相对较少，近年来提出的部分省份的饮水安全评价指标也各不相同[4-5]，尚未形成统一的饮水安全评价指标体系。常德利[4]在水安全评价中将复杂模糊综合评价理论用于其中，并提出5类水安全评价的模型。钱正英[5]应用属性识别理论建立了水安全评价的属性识别模型。综合水安全的研究进展，饮用水安全的评价方法一般采用综合评价法，包括层次分析法、综合指数法、模糊物元模型法、模糊综合评价法、BP人工神经网络模型等，各种评价方法都各有优缺点。

武威市地处我国西北干旱区，气候干燥、降水稀少，水资源短缺和生态环境恶化成为该地区的重要限制性因素，随着水资源短缺和水污染问题的逐渐加重，饮用水安全问题日益突出[6]。同时，武威市作为“甘肃省建设国家生态安全屏障综合试验区”的重要区域，饮用水安全尤为重要。选择武威市凉州区作为研究区域，应用问卷调查法和模糊综合评价法对武威市凉州区饮用水进行了综合评价，并针对评价结果分析存在的问题，提出相应的解决方案，以期为武威市凉州区的饮用水安全提供参考。

1　研究区概况

凉州区地处甘肃省西北部，河西走廊东端，祁连山北麓，武威市中部，属温带大陆性干旱气候，干燥少雨、日照充足、昼夜温差大。石羊河流域是凉州区水资源的主要来源，属河西走廊三大内陆河流域之一，河系以雨水补给为主，兼有冰雪融水成分，年径流量15.91亿m3。上游祁连山区降水丰富，有64.8 km2冰川，是石羊河水源补给地。2015年武威市凉州区城区总供水人口达35万人，武威市供排水集团日最大供水量5.73万t，年供水量2008万t[7]。凉州区城市集中式饮用水源地有两个，分别是地表水型水源地（杂木河），地下水型水源地（城区西郊水源地），城区西郊水源地（地下水型）为国家级重要饮用水源地，该水源地所在水系为石羊河流域。武威市供排水集团取水自西郊水源地，拥有取水深井22眼、泵房22座，清水清水池5个，一级加压泵房2座，二级加压泵站2处。

2　数据来源与研究方法

2.1数据来源

饮用水安全的调查主要通过咨询专家，设计调查问卷，采取问卷调查和访谈法。本次调查共发出问卷300份，有效问卷280份，有效率为93.33％。被调查的对象来自不同性别、职业、年龄段。

2.2研究方法

调查问卷的描述性统计及检验用SPSS 19.0和Excel 2010分析；饮用水评价指标权重的确定用AHP法；查阅相关资料，根据语义学标度的5个测量等级，将饮用水安全综合评价结果分为5个等级：好、良好、中等、一般、差，相应的分值区间分别为：4～5、3～4、2～3、1～2、0～1，具体分值由被调查者打分得出。

饮用水安全的综合评价用多级模糊综合评价法[8]，利用加权平均M (•,⊕ )模糊合成算子将A与R合成得到模糊综合评价结果向量B。取大取小算法是模糊综合评价中常用的评价方法，在因素较多时，每一因素所分得的权重常常很小。在模糊合成运算中，信息丢失很多，常导致结果分辨困难和不合理（即模型失效）的情况[9-10]。针对上述问题，这里采用加权平均型的模糊合成算子。计算公式为：

式中，bi，ai，rij分别为隶属于第i等级的隶属度、第i个评价指标的权重和第i个评价指标隶属于第j等级隶属度。模糊综合矩阵的计算用Matlab软件完成。

3　问卷调查的结果与分析

3.1描述性统计分析

表1为饮用水安全评价因子[11]的统计值，按照分值区间和相应的评价等级对表内数据分析，得出如下结果：（1）从居民认知状态类别看，居民在饮用水方面的消费程度中等，对水污染的认知程度评价等级为好，认为饮用水相关信息的获取程度为良好，各评价因子的标准差和变异系数差别不大，说明居民在这3个方面的认识基本一致；（2）从水量水质状况类别看，居民认为来水供水保障情况是好，水污染对生活的影响程度和当地饮用水的水质优劣程度处于良好等级，影响相对小，但认为当地水污染现状程度和自来水存在的安全隐患程度为中等，4个评价因子中自来水存在的安全隐患程度的变异系数相对较大，说明居民对该项认识存在差异，其他评价指标的变异系数相差不大，说明居民对这些问题的认知基本一致；（3）从水源地状况看，居民认为水源地保护规章制度完善情况为良好，水源地周边植被情况评价等级和水源地排污情况为差，接近一般，说明居民认为水源地周边的环境质量不容乐观，且两者的变异系数均较大，说明居民对这两者的认识不一。从总体情况看，居民对饮用水安全总体情况的评价等级为良好，标准差和变异系数相对不大，说明居民对饮用水总体评价差异不大；所有调查值的平均值和饮用水安全总体情况值比较接近，均为良好等级。定性评价结果表明，研究区饮用水安全为良好。

表1　饮用水安全评价因子的统计值（N=280）

3.2凉州区饮用水安全评价结果影响因素分析

通过分析性别、职业及居住环境因素与评价结果之间的关系，结果如表2。从表2可以看出，不同性别的居民对水污染知识的认知程度、当地水污染现状了解程度差异显著，不同职业的居民在饮用水方面的消费程度、饮用水相关信息的获取程度、水污染对生活的影响程度、当地水污染现状的了解程度、自来水存在的安全隐患程度存在显著差异，不同居住环境的居民对当地水污染现状了解程度差异显著。总体上，不同性别和居住环境的居民对饮用水的认知状况差异不显著，不同职业对饮水安全总体评价差异显著。

表2　凉州区饮用水安全的评价结果影响因素分析

4　凉州区饮用水安全的多级模糊综合评价

4.1评价指标及其权重根据问卷设计的调查指标设计评价指标体系，评价指标体系由准则层（3个指标）与指标层（11个指标）构成，权重由AHP法确定[12]，准则层和指标层权重一致性检验值均小于0.10，结果见表3。为了便于计算，对主观评价的语义学标度进行量化，将好、良好、中等、一般、差依次赋值为5、4、3、2和1，并相应定级为E1、E2、E3、E4、E5。

表3　饮用水安全评价指标及其权重

4.2多级模糊综合评价

（1）将问卷调查中的评分值按5个等级统计比例，利用多级模糊综合评价的原理[13-16]，计算各级模糊综合评价的向量。

①居民的认知状况的评价向量：

归一化后的综合评价向量：（0.320，0.249，0.206，0.155，0.070）

②水量水质状况的评价向量：

归一化后的综合评价向量（0.404，0.224，0.211，0.085，0.077）

③水源地状况评价向量：

归一化后的综合评价向量（0.084，0.151，0.210，0.219，0.336）

（2）综合评价向量

归一化后的综合评价向量A=（0.312，0.173，0.163，0.169，0.184）

（3）对综合评分值进行等级评定

由上述计算结果，并对照上文说明的评价分级标准可得3个指标的评价结果分别为：“居民的认知状况”评价指标的评价结果为良好，属于E2级；“水量水质状况”评价指标的评价结果为良好，属于E2级；“水源地状况”评价指标的评价结果为中等，属于E3级。按照各个指标的评分等级的大小可以对其排序，其中“居民的认知状况”、“水量水质状况”的评价比“水源地状况”高。而对总体的综合评判分值为：

VA=5×0.312+4×0.173+3×0.163+2×0.169+1×0.184 =3.263

说明凉州区饮用水安全等级为良好，属于E2级。

5　结论与讨论

调查显示，凉州区城市饮用水安全问卷定性调查和模糊综合评价结果均为良好，基本符合当地的实际情况。但居民认为水源地排污情况和水源地周边植被情况不容乐观，自来水安全存在的隐患不容忽视。

5.1加强城市饮用水水源地保护

水源地保护是解决城市饮用水安全问题关键所在。按照饮用水水源保护区污染防治管理的有关规定：（1）合理规划水源保护区和供水工程管护范围，制定保护办法，尽可能多的限制和禁止有害化肥和农药的使用，杜绝生活垃圾和有害物品的堆放，并建立垃圾集中处理基地，加快水质监测进程，防止供水水源受到人为的污染和破坏；（2）做好水资源的时空优化与配置，保证节约用水，正确处理生活用水与工业用水二者的关系，优先供应生活用水。

5.2建立公众参与的有效管理机制

新环保法总则第6条规定：“一切单位和个人都有保护环境的义务”、“公民应当增强环保意识，采取低碳、节俭的生活方式，自觉履行环境保护的义务”，真正体现“全民环保”的理念。根据调查结果也发现居民的节水知识和理念有待进一步提高，因此，应建立长期有效的管理机制，积极引导公众参与，同时建立、健全水源地水质监测系统和预警系统。

参考文献：

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（责任编辑：夏亚男）

Security Fuzzy Synthesis Assessment of Drinking Water in Liangzhou District with Analytic Hierarchy Process

XU Hai-peng1，QI Peng2，WANG Xiao-jiao2，YANG Kai-kai2
（1.College of Prataculture, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, PRC; 2.College of Environment and Resources, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, PRC）

Abstract：The drinking water safety problem has attracted more attention.With Liangzhou District of Wuwei City in Gansu Province as an example, this study practised questionnaire survey and fuzzy comprehensive evaluation on the security of drinking water.The results showed that the drinking water security comprehensive evaluation grade was “good”; the evaluation grades of three indexes i.e.residents’cognition, the water quantity and quality, and water resource conditions are “good”, “good”, and “moderate”; and it was thought that the water source pollution discharge status, water source surrounding vegetation, and potential security risk of tap water supply were not so optimistic that they needed to be reformed in Liangzhou District.

Key words：drinking water security; fuzzy comprehensive evaluation; analytic hierarchy process; Liangzhou District

通讯作者：齐 鹏

作者简介：徐海鹏（1994-），男，甘肃定西市人，本科生，主要从事草地资源与环境方面的研究。

基金项目：甘肃省哲学社会科学规划项目（14YB053）

收稿日期：2015-11-06

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.12.023

中图分类号：S277

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2015）12-0078-04