基于多層次灰色理論的水污染物總量控制探究

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

我國環(huán)境保護體系中主要污染物總量控制作為一項重要措施發(fā)揮著不可替代的作用，并取得了理想的成效，2010年COD排放量比2005年降低了約12.45%。然而，目前通常以削弱任務完成情況作為總量控制水平定論，而對于總量控制制度執(zhí)行的綜合狀況還無法給出客觀、全面的結論，由此對于決策者政策的制定以及問題分析的指導作用并不明顯[1-4]?？偭靠刂浦贫鹊挠行嵤┎粌H與污染物排放量削弱程度相關，而且還與環(huán)境質量的改善、環(huán)境監(jiān)管水平的提升以及區(qū)域污染治理投入的增加等因素相關。用于水污染總量控制的評價方法較多，較為常用的有BP網絡法、模糊綜合指數(shù)法以及污染指數(shù)法等，然而這些方法均不能較好地反映總量控制的程度和水平，從而無法準確判定水體功能是否達到目標要求。

遼寧省氣候環(huán)境具有明顯的季節(jié)性變化特征，各區(qū)域河流徑流、降水量、氣溫等參數(shù)隨季節(jié)性變化顯著，并且水環(huán)境質量影響因素較多，通過監(jiān)測年內污染指標均值通常無法準確反映各地區(qū)水環(huán)境季節(jié)性變化規(guī)律，對于總量控制通常存在較大的困難[5-8]。針對總量控制可量化性低、指標值獲取困難以及影響因素復雜等特點，本文運用灰色關聯(lián)法選擇了總量控制關鍵因素，在此基礎上構建了多層次灰色綜合水污染物總量控制評價方法。

1 多層次灰色理論分析

1.1 灰色關聯(lián)度

灰色關聯(lián)度分析是一種描述多因素之間大小、強弱與次序的分析方法，聯(lián)系的緊密程度可通過各序列間的關聯(lián)度確定，因此，各對比序列相對于參考序列的“優(yōu)劣關系”可根據關聯(lián)度的大小次序描述[9]。該方法不僅可避免單一方法對指標賦權存在的缺陷，而且可提高評價結果的可靠性與合理性，更加系統(tǒng)、全面地反映水污染總量控制的實際狀況，同時，也為提出針對性的防控措施提供一定的決策依據和參考。灰色關聯(lián)度分析主要流程如下。

1.1.1 無量綱化處理

1.1.2 確定灰色關聯(lián)系數(shù)

對于參考指標x0(k)與比較指標xi(k)之間灰關聯(lián)系數(shù)的計算可采用下述方法，其表達式為

(1)

式中：ξi(k)為研究區(qū)域內第k個分區(qū)中第i項指標與參考指標的關聯(lián)系數(shù)；ξ為能夠減少極值影響的分辨率，ξ取值區(qū)間為0～1，本文參考相關文獻確定為0.5。

1.1.3 關聯(lián)度計算

對于研究區(qū)域內關聯(lián)系數(shù)不便于直接比較，且信息過于分散的各分區(qū)，可通過關聯(lián)度的計算將其處理成某一數(shù)值，本文利用平均值法確定該數(shù)值，其計算公式為

(2)

式中：ri為參考指標與比較指標i之間的關聯(lián)度，據此可根據ri值的大小確定各比較序列相對于參考序列的“優(yōu)劣”程度。

1.2 灰色綜合評價法

一般情況下研究多對象的排序問題即為事物的綜合評價，即通過一定的方法確定評價對象的優(yōu)劣次序，因此基于灰色理論的綜合評價模型為

R=EW

(3)

式中：W=(w1,w2,…,wn),wj反映了在整體評價體系中單因素的貢獻率大小，在一定程度上也可說明該因素對總量控制的評定能力；R=(r1,r2,…,rm),0≤rm≤1,ri反映了綜合評定所得的評價結果，總量控制各評判矩陣E可表示為

(4)

2 水污染物總量控制綜合評價

2.1 構建評價體系

對遼寧省2016年14個省轄市的主要水污染物總量控制狀況進行系統(tǒng)的分析評價。

對水污染物總量控制中兩因素之間的關聯(lián)程度可通過灰色關聯(lián)法確定，為了對區(qū)域總量控制制度實施水平進行更加綜合、全面、客觀的評價，本文基于已有研究成果和上述分析構建了多層次評價模型。主要技術路線為：根據相關資料和區(qū)域水污染實際狀況，分別從產出效益、監(jiān)管水平、治污能力以及治污投資4個方面建立多層次評價體系，然后運用灰色關聯(lián)計算公式確定各指標權重及綜合次序。

為了有效改善水體環(huán)境質量并降低污染物排放總量，應從增強監(jiān)管水平、提高治污能力、增加治污投資等方面綜合控制水體污染。指標的選擇不僅要考慮到相關數(shù)據的可操作性與準確性，而且要客觀、全面地體現(xiàn)各要素層的基本特征。本文參考有關研究并結合遼寧省水體污染治理狀況，在遵循科學性、可行性、代表性、合理性原則的基礎上選擇了9項典型指標并建立評價體系[10]。水污染物總量控制水平與各指標權重的大小密切相關，權重值越大則對控制水平的影響程度越大，反之則越小。目前，數(shù)理統(tǒng)計法以及經驗法為獲取指標權重的主要方法，主要有AHP法、主成分法以及專家咨詢法等，由于評價結果受權重值的影響較大，為使得評價結果更加客觀、合理，可根據實際狀況適當調整權重值。本文運用專家咨詢法確定總量控制各因素權重，評價指標及其權重值見表1。

表1 水污染物總量控制評價指標及其權重值

2.2 指標層關聯(lián)系數(shù)計算

運用多層次灰色關聯(lián)法綜合評價遼寧省2016年14個省轄市的主要水污染物總量控制狀況，主要計算流程如下：

根據諸多方案中各參數(shù)最優(yōu)值構成最優(yōu)方案，即形成參考序列，若參數(shù)值屬于效益型指標應取各方案中最大值，若參數(shù)值屬于成本型指標應取各方案中最小值。結合各參數(shù)具體內涵確定參考數(shù)列C0k，各參數(shù)取值如下：

C0k=(3.2,88.6,23.1,0.88,58.2,100.0,1.0,186.5,74.2)

表2 遼寧省各地區(qū)水污染總量控制評價指標灰色關聯(lián)系數(shù)

2.3 多層次結構關聯(lián)度合成

不同指標對總量控制水平評價的重要程度存在差異，因此采用加權平均合成法確定評價體系中各要素的關聯(lián)度，利用式(3)對權重矩陣與關聯(lián)系數(shù)矩陣進行乘積運算，最終得到合成關聯(lián)度，見表3。

表3 遼寧省14個地區(qū)總量控制各指標關聯(lián)系數(shù)

2.4 結果分析

最佳參考序列與遼寧省各地區(qū)總量控制水平之間的關聯(lián)度即為WA值，其值越大則代表趨近最佳序列的程度越高，相應的水污染總量控制水平越高，反之則較低。根據表3中WA值計算結果可以看出，遼寧省14個地區(qū)的水污染總量控制由高到低的次序依次為阜新、大連、沈陽、遼陽、營口、朝陽、盤錦等地區(qū)，其中控制水平較差的區(qū)域主要有丹東、鐵嶺、鞍山、錦州等地區(qū)。

根據多層次灰色綜合模型計算得到的關聯(lián)度WA，能夠客觀、真實地反映遼寧省各地區(qū)水污染總量控制在9項典型指標的綜合水平。由此表明，沈陽、大連、阜新以及遼陽等綜合評價較高的區(qū)域其治污投資、監(jiān)管、產出效益以及治污能力等均處于中上水平。同理，錦州、丹東、鐵嶺等綜合評價較低的區(qū)域其單項指標值處于較低水平。另外，綜合評價水平受各指標權重的大小影響顯著，權值越大則綜合影響程度越高，要素層中權重較大的參數(shù)貼近綜合評價WA值較好，權值越小的參數(shù)離散綜合評價WA的程度越大。

水污染物總量控制涉及水資源、經濟社會、生態(tài)環(huán)境等多個方面，并且各參數(shù)信息具有不確切、不完備等特征，運用灰色系統(tǒng)理論對區(qū)域總量控制水平進行綜合評價能夠顯著提升其可行性與準確性。

3 結 論

本文以遼寧省為例運用多層次灰色關聯(lián)法對各地區(qū)主要水污染物總量控制進行綜合評價，不僅提高了評價結果的準確性與可靠性，而且擴大了評價體系的因素范疇及其整合效果，對于區(qū)域水體治理與環(huán)境保護具有重要的積極作用。遼寧省14個地區(qū)的水污染總量控制由高到低的次序依次為阜新、大連、沈陽、遼陽、營口、朝陽、盤錦等地區(qū)，其中控制水平較差的區(qū)域主要有丹東、鐵嶺、鞍山、錦州等地區(qū)；沈陽、大連、阜新以及遼陽等綜合評價較高的區(qū)域其治污投資、監(jiān)管、產出效益以及治污能力等均處于中上水平，錦州、丹東、鐵嶺等綜合評價較低的區(qū)域其單項指標值處于較低水平。

總量控制水平評價結果受指標權重與評價體系的影響，而各地區(qū)水環(huán)境與水資源實際情況直接決定著各指標及其權重取值，具有一定的不確定性和模糊性特征。因此，運用灰色關聯(lián)綜合評價法時應綜合考慮當?shù)貙嶋H情況，不斷調整指標權重和評價體系。