模糊評價方法在風險規(guī)劃環(huán)評方案篩選中的應用＊

董璟琦 楊曉華 楊海真 錢靈艷

（1.北京師范大學環(huán)境學院，水環(huán)境模擬國家重點實驗室 北京 100875；2.同濟大學環(huán)境科學與工程學院 上海 200092)

1 前言

規(guī)劃環(huán)境影響評價 （Environmental Planning Assessment，EPA)是指在規(guī)劃編制階段，對規(guī)劃實施可能造成的環(huán)境影響進行分析、預測和評價，并提出預防或者減輕不良環(huán)境影響的對策和措施的過程［1］。目前用于綜合評價的方法不少［2，3］，但很少用于規(guī)劃環(huán)評。鑒于規(guī)劃環(huán)評不僅具有較大的模糊性，還包括一個必要的步驟，即要求評價者通過一定的方法設立若干替代方案進行定性分析和篩選，具有較多不確定性。由于我國規(guī)劃環(huán)評開展較晚，尚處于起步階段，因此應用于規(guī)劃環(huán)評的決策分析方法目前還處于探索階段。

本文以廣西沿海石油化工產業(yè)規(guī)劃環(huán)評為例，提出了將基于加權廣義距離的模糊評價模型（Fuzzy Assessment Model，FAM)引入方案篩選過程的決策分析。模糊評價方法是一種基于模糊集理論的半定量數學方法［4］，目前對于環(huán)境質量分級和變化具有模糊性和連續(xù)性的環(huán)境質量評價而言，具有廣泛的應用［5，6］。對于模糊性和不確定性都很強的規(guī)劃環(huán)評而言，本文建立了基于加權廣義距離的模糊評價模型；確定了用于規(guī)劃環(huán)評方案篩選的評價指標、評價標準及評價矩陣；并用層次分析法計算出評價指標各自的權重，并利用該模型和方法用于廣西沿海石化產業(yè)規(guī)劃環(huán)評的多個替代方案的篩選。

2 模糊評價模型的建立

通常，環(huán)境質量評價中的模糊評價模型是對單個評價目標進行多因素多指標的評價［7］，由于各個指標標準值之間具有模糊性和連續(xù)性，利用模糊評價方法不僅可以較好地將這兩種特性反映出來，也可以求出一個明確的數值作為評判。而作為一種以篩選出較優(yōu)方案為目標的決策分析方法，模糊評價模型需通過引入加權廣義距離，計算出代表每種方案優(yōu)劣程度的隸屬度，并為之排序，最終確定較優(yōu)方案［8］。本文的模糊評價模型由相對隸屬度矩陣、指標權重、加權廣義距離、隸屬度等以下4個部分構成。

2.1 相對隸屬度矩陣的構建

首先構建由n個待選方案和m個評價指標構成的n×m評價矩陣：

隨后對評價矩陣進行規(guī)格化處理，形成相對隸屬度矩陣，對于效益型指標 （即指標值越大越優(yōu))而言：

對于成本型指標 （即指標值越小越優(yōu))而言：

其中，Xij為第i個待選方案第j項指標的屬性值；rij為第i個待選方案第j項指標的相對隸屬度；∨、∧分別為取大、取小運算符；∨i、∧i分別表示待選方案i＝1，2，3…n對指標j取大、取小。

由上式可得相對隸屬度矩陣：

2.2 指標權重的確定

本文采用層次分析法確定指標權重。

（1)由專家對各指標兩兩比較的重要程度進行估計，并構造判斷矩陣：

其中，fij為判斷矩陣的比率標度，其數字含義如表1。

（2)權重計算［9］。將判斷矩陣的各列作歸一化處理：

表1 判斷矩陣的比率標度及含義

所得ωi＝ （ω1，ω2，ω3，…，ωn即為n個指標的權重，且滿足。

（3)計算隨機一致性比率進行一致性檢驗。

式中n為評價指標的個數，從而求出最大特征值λmax。

查表2得相應階數的平均隨機一致性指標RI，由：

計算隨機一致性比率CR，當CR＜0.1時，認為判斷矩陣基本符合隨機一致性指標；當CR≥0.1時，則不符合隨機一致性指標，需調整使CR＜0.1。

表2 平均隨機一致性指標表

2.3 加權廣義距離的構建

加權廣義距離可以代表方案i距離最優(yōu)和最劣方案的距離，從而起到衡量方案優(yōu)劣程度的作用。由于最優(yōu)方案的隸屬度為1，方案i對最優(yōu)方案的距離可用如下加權廣義距離公式表達：

其中，p為廣義距離參數，p＝2時為歐氏距離，可用來表示方案之間的差異［10］，在此選p＝2。

設方案i對最優(yōu)方案的相對隸屬度為ui，則其對最劣方案的隸屬度為1－ui，因此可以將隸屬度定義為權重，得到以隸屬度為權重的加權廣義歐氏距離：

1.4 隸屬度的建立

為了求出方案i對最優(yōu)方案的隸屬度ui，可以利用最小二乘法構建目標函數：

其中D2（1－ri)為方案i距離最劣方案的加權廣義距離，即：

最后對n個方案的隸屬度進行排序，隸屬度越大表示該方案越優(yōu)，從而達到對替代方案進行篩選的目的。

3 實例分析——廣西石化產業(yè)規(guī)劃環(huán)評情景方案篩選

3.1 廣西石油化工產業(yè)概況

廣西壯族自治區(qū)目前設立欽州、北海、南寧、柳州、百色、河池六個城市為石化產業(yè)重點發(fā)展城市，根據已有的《廣西沿海石油化工產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》)，共計劃分兩期在這六個城市發(fā)展原油加工、乙烯產業(yè)鏈、氯堿工業(yè)等44個項目。其中欽州為主要發(fā)展城市。針對《規(guī)劃》的環(huán)評主要目的是評價該規(guī)劃對于當地環(huán)境資源的影響并預測分析，在此基礎上提出若干可供決策者選擇的環(huán)境友好型替代方案。

在6個重點城市中，目前已確定各自的重點石化產業(yè)園區(qū)。

3.2 替代方案介紹

在已形成的所有替代方案中選取三套作為本文即將篩選評價的對象，具體項目分布情況如表3所示。

表3 三套方案石化項目布局表＊

三套方案均依據各個城市的產業(yè)發(fā)展特征、環(huán)境資源限制和石化產品特性構建而來，但側重點不盡相同。欽州市主要發(fā)展原油及其副產品，北海主要發(fā)展樹脂工業(yè)，南寧具有氯堿工業(yè)園區(qū)，柳州重點發(fā)展汽車配件，而白色與河池則是醋酸工業(yè)的發(fā)展基地。方案3布局較集中，方案1、2布局較分散。本文根據一定的評價指標對3套方案進行比較篩選，最終確定最優(yōu)方案。

3.3 對替代方案進行模糊評價

3.3.1 評價指標的確定

通過專家討論確定本次評價的指標為政策指標、環(huán)境指標、產業(yè)特征、社會經濟影響和產品風險，分別涵蓋了每個方案的政治環(huán)境經濟各個方面。根據上文所述的權重確定方法，專家對該5項指標兩兩比較的重要程度矩陣如表4所示。

表4 權重判斷矩陣

3.3.2 指標權重的計算

根據式（6)－（8)，由表4可得指標權重向量為ω ＝ （0.083，0.257，0.13，0.032，0.497)T；根據式（9)－（10)可得最大特征值λmax＝5.24，計算一致性指標CI＝0.06，隨即一致性比率CR＝0.05＜0.1，故所得權重符合隨即一致性指標。

3.3.3 評價標準及評價矩陣的構建

通過專家打分確定每一個方案各個指標的屬性值。設定每個指標的最高屬性值為1，各個指標所需考慮的因素及評價標準如表5所示。

表5 指標包含因素及評價標準

根據上述各指標的考慮因素，由專家打分構建3×5評價矩陣：

通過該評價矩陣可以看出每套方案5個指標的優(yōu)劣等級，結合各個指標的權重，就可以得出該套方案對應的優(yōu)劣等級。

由式（2)－（3)得到相對隸屬度矩陣：

3.3.4 求解各方案的隸屬度

根據式（17)可以解得三套方案各自隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度排序如下：

根據表5方案分級情況可以看出，方案三為較好，方案一次之（或好)，而方案二為不好。因此，在這三套方案中，方案三為最優(yōu)解。

3.4 計算結果分析

根據計算結果，我們可以看出在這三套方案中，方案三隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度最高，也就是我們篩選出的最優(yōu)解。下面分別對這三套方案進行定性分析。方案一：該方案是本次評價工作的次優(yōu)解，通過該方案的項目布局和專家對各個指標的打分情況可以看出，該方案充分考慮了各個城市和園區(qū)的規(guī)劃及行業(yè)特征，以及每個城市的資源環(huán)境情況，但其產品分布比較分散，考慮到產品運輸風險的高權重值，其風險指標較低的得分影響了該方案最終的隸屬度排序。因此該方案在方案等級中屬于“好”，但并不是最優(yōu)解。方案二：該方案是本次評價工作三個方案中最差的一個，原因在于除了社會經濟指標，其各項指標的得分都比較低，對于政策、環(huán)境和產業(yè)鏈結構的考慮都顯得不夠充分，同時由于其與方案一相似的分散布局，使得其風險得分最低。即從各個指標因素考慮，該方案都不如其他兩個方案優(yōu)，并且其方案等級處于“不好”，不應被采納。方案三：該方案是本次評價工作的最優(yōu)解。從其項目分布情況可以看出它不僅充分考慮了各個城市的規(guī)劃和行業(yè)特征，其產品布局也比較集中，這就大大降低了運輸風險。而另一方面，集中布局增加了特定城市的環(huán)境壓力，同時也不利于區(qū)間的貧富差距，但是考慮到百色／河池兩個城市在方案布局前的環(huán)境容量和資源承載力都較低，該集中布局可以認為是合理布局，且其方案等級為“較好”，建議采納。

4 結論

本文將基于加權廣義距離的模糊評價方法引入到規(guī)劃環(huán)評的替代方案篩選過程中，在廣西石化產業(yè)規(guī)劃環(huán)評中進行了具體應用。主要結論如下：

（1)建立了基于加權廣義距離的模糊評價優(yōu)選模型以及規(guī)劃環(huán)評方案篩選的評價指標、評價等級和評價矩陣。并且通過層次分析法對政策指標、環(huán)境指標、行業(yè)特征、社會經濟、產品風險等5個評價指標計算出各自的權重。所建模型和方法使得定性方案篩選決策分析更加理性、科學、客觀和具有可操作性。解決了規(guī)劃環(huán)評的替代方案篩選過程的不確定性問題，具有一定的理論意義。

（2)依據評價指標對布局方案進行評價篩選，確定方案三隸屬度u3＝0.69，為“較好”等級，是本次評價的最優(yōu)解。評價結果與“廣西沿海石油化工產業(yè)規(guī)劃環(huán)境影響評價”項目中多方案比選分析的結果一致。因此，本研究具有重要的應用價值。

（3)本文所研究的多方案篩選方法對于與本項目類似的大區(qū)域行業(yè)規(guī)劃環(huán)評都有一定的適用性和參考性，具有推廣應用價值。

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