基于ELECTRE法的城市水環(huán)境治理環(huán)保公司優(yōu)選

呂英軍 趙榮生 馬彥亮 劉小會(huì)

（1河南水投懷州水生態(tài)有限公司；2華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院；3南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局）

1 引言

隨著社會(huì)工業(yè)化加快推進(jìn)、城市化的迅速發(fā)展，部分工業(yè)、生活污水直接排放、城市舊管網(wǎng)的滲漏等問題導(dǎo)致了水生態(tài)環(huán)境日益惡化，嚴(yán)重制約了城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，水環(huán)境問題已逐步由風(fēng)險(xiǎn)變成危機(jī)，河道水體發(fā)黑發(fā)臭，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重影響了人居環(huán)境。2015年，國務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，對(duì)江河湖海進(jìn)行科學(xué)治理，系統(tǒng)推進(jìn)水污染防治、水生態(tài)保護(hù)，將水污染治理、水生態(tài)保護(hù)以及水資源再生利用作為實(shí)現(xiàn)城市綠水青山的關(guān)鍵。2016年，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于全面推進(jìn)河長制的意見》，將河道考核結(jié)果關(guān)聯(lián)至河長的日常績(jī)效考核中。2017 年，黨的十九大報(bào)告中提出了著力解決突出環(huán)境問題，加快水污染防治。水生態(tài)環(huán)境問題得到黨和國家的高度重視，改善水生態(tài)環(huán)境已成為中國城市建設(shè)的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2018 年5 月，財(cái)政部公布的7 287 個(gè)PPP 項(xiàng)目中，生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)PPP 項(xiàng)目達(dá)到了7.90%。面對(duì)如此眾多的環(huán)境治理項(xiàng)目，如何科學(xué)的選擇黑臭水體治理環(huán)保公司，加快黑臭水體的治理成了亟需解決的問題。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)水環(huán)境治理已有了一定的研究，例如：王曉琴等對(duì)水環(huán)境治理工程進(jìn)行評(píng)估，表明水環(huán)境治理工程對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境起到了一定的改善作用。胡偉等利用模糊層次分析法對(duì)污水治理的績(jī)效進(jìn)行評(píng)估。陳燕飛等對(duì)河流水環(huán)境的可恢復(fù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。Ellen 等研究了河流水環(huán)境修復(fù)的相關(guān)方法及原理。王東等研究了河長制與流域水污染規(guī)劃之間的互動(dòng)關(guān)系。沈豐菊利用模糊積分模型對(duì)農(nóng)村的生活污水處理模式進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。李艷等采用熵權(quán)topsis法對(duì)農(nóng)村的垃圾濾液處理方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

然而，城市黑臭水體的治理模式并不同于農(nóng)村的黑臭水體治理模式，城市河道承受著生活污水、城市污水處理尾水、管道滲漏污水等不同水體，這就必然決定了城市水環(huán)境治理環(huán)保公司的優(yōu)選應(yīng)因地制宜。水環(huán)境治理環(huán)保公司的綜合評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)考慮造價(jià)方面、技術(shù)方面以及公眾滿意度方面。

基于此，文章在構(gòu)建一套科學(xué)性強(qiáng)、易測(cè)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合變異權(quán)重法和ELECTRE法的優(yōu)點(diǎn)，篩選出技術(shù)優(yōu)、效果好、成本低的黑臭水體治理公司，為城市黑臭水體防治和水環(huán)境治理工程的環(huán)保公司優(yōu)選提供決策工具。

2 黑臭水體治理環(huán)保公司優(yōu)選指標(biāo)體系構(gòu)建

城市水環(huán)境治理工程項(xiàng)目的可持續(xù)性受到了經(jīng)濟(jì)水平和地理?xiàng)l件的多重影響，因此，在城市水環(huán)境治理環(huán)保公司的優(yōu)選過程中，環(huán)保公司的選擇不僅要考慮到其技術(shù)方面的先進(jìn)性，還要考慮到其對(duì)城居環(huán)境的適宜性，即綜合考慮城市水環(huán)境治理環(huán)保公司的經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和適宜性。經(jīng)濟(jì)性主要為環(huán)保公司開展水環(huán)境治理項(xiàng)目的建設(shè)成本C11、運(yùn)行成本C12和占地面積C13。建設(shè)成本主要為水體處理設(shè)施的基本建設(shè)費(fèi)用，以處理1 t 水體的建設(shè)成本表示；運(yùn)行成本則以處理1t水體的運(yùn)行成本表示；占地面積則以處理設(shè)備的占地面積表示。先進(jìn)性主要由環(huán)保公司技術(shù)方面體現(xiàn)，由COD 去除率C21、氨氮去除率C22、總磷去除率C23以及修復(fù)周期C24和人力需求C25等5個(gè)指標(biāo)反映。適宜性則由公眾滿意度體現(xiàn)，主要由水體透明度C31、水體的氣味C32以及運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音C33等3個(gè)指標(biāo)反映。

基于上述分析，得出環(huán)保公司優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 環(huán)保公司優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表

3 環(huán)保公司優(yōu)選模型構(gòu)建

3.1 變異系數(shù)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

變異系數(shù)法根據(jù)指標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變異大小對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。指標(biāo)的觀測(cè)數(shù)據(jù)變異程度大，則權(quán)重也大；反之，權(quán)重越小。具體計(jì)算流程如下。

第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算：

第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)變異系數(shù)的計(jì)算：

指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算：

則每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量：W=（w1,w2,…,wm）,wj＞0，j=1,2,…,m。

3.2 構(gòu)建環(huán)保公司選擇ELECTRE-Ⅱ評(píng)價(jià)模型

步驟1：構(gòu)建環(huán)保公司優(yōu)選規(guī)范化決策矩陣。設(shè)環(huán)保公司優(yōu)選決策矩陣為X=（xij）m×n，m為環(huán)保公司的數(shù)量，n為優(yōu)選指標(biāo)的數(shù)量，xij為第i個(gè)環(huán)保公司在第j個(gè)指標(biāo)下的屬性值。負(fù)向指標(biāo)采用倒數(shù)化x/ij=1/xij*K，K為常數(shù)。設(shè)環(huán)保公司優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣為A=（aij）m×n，aij表示第i個(gè)環(huán)保公司在第j個(gè)指標(biāo)下經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的屬性值。

步驟2：構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化決策矩陣。設(shè)加權(quán)規(guī)范化決策矩陣為V=（vij）m×n，各指標(biāo)的權(quán)重向量為W=（w1,w2,…wn）。

步驟3：一致性和非一致性集合的確定。一致性集合用j+（vk,v1）表示，非一致性集合用j-（vk,v1）表示：

步驟4：一致性和非一致性矩陣的構(gòu)建。一致性指數(shù)用Ckl表示：

一致性指數(shù)組成一致性矩陣：

dkl越大表示環(huán)保公司vk劣于環(huán)保公司vl的程度越大：

非一致性指數(shù)組成非一致性矩陣：

步驟5：一致性和非一致性支配矩陣的構(gòu)建。一致性指數(shù)的閾值為α：

一致性支配矩陣為F：

fkl=1 時(shí)，環(huán)保公司vk不劣于環(huán)保公司vl的程度高于一致性指數(shù)的閾值α，可認(rèn)為環(huán)保公司vk不劣于環(huán)保公司vl。非一致性指數(shù)的閾值為β，表示環(huán)保公司vk劣于環(huán)保公司vl的程度標(biāo)準(zhǔn)：

非一致性支配矩陣為E：

綜合優(yōu)勢(shì)判定矩陣為H：

hkl=1即fkl=1與ekl=1同時(shí)成立，環(huán)保公司vk不劣于環(huán)保公司v1的程度高于一致性指數(shù)的閾值且環(huán)保公司vk劣于環(huán)保公司vl的程度低于非一致性指數(shù)的閾值β，即環(huán)保公司vl被淘汰。

步驟6：計(jì)算凈優(yōu)勢(shì)值。環(huán)保公司vk的凈優(yōu)勢(shì)值用ck表示：

ck越大，說明環(huán)保公司vk優(yōu)越程度越大。

4 實(shí)例分析

4.1 工程背景

某縣水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)工程在籌備前期，有A、B、C、D、E5 家水環(huán)境治理環(huán)保公司通過前期審查，A 公司主要采用原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理水體；B公司主要采用公司特制菌群治理水體；C公司利用磁絮凝技術(shù)治理水體；D公司主要采用曝氣增氧等技術(shù)治理水體；E公司主要采用水下森林治理水體。現(xiàn)根據(jù)表1 中的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用變異系數(shù)法和ELECTRE 法對(duì)環(huán)保公司進(jìn)行優(yōu)選評(píng)價(jià)。其中，定量指標(biāo)以該公司實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，定性數(shù)據(jù)采用問卷調(diào)查法獲取。公眾滿意度打分標(biāo)準(zhǔn)見表2，原始數(shù)據(jù)見表3。

表2 公眾滿意度打分標(biāo)準(zhǔn)表

表3 環(huán)保公司優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)表

4.2 數(shù)值分析

根據(jù)表2可知，依據(jù)式（1）～（3），通過變異系數(shù)法計(jì)算得到的各項(xiàng)環(huán)保公司優(yōu)選指標(biāo)權(quán)重為：

W=（0.06 0.06 0.28 0.03 0.01 0.01 0.17 0.11 0.09 0.07 0.11）

依據(jù)上述所得權(quán)重，對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)規(guī)范化并構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化決策矩陣。詳見表4。

表4 環(huán)保公司優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)決策矩陣表

依據(jù)公式（6）～（7）確定環(huán)保公司優(yōu)選指標(biāo)集的一致性集合具體見表5。與非一致性集合，如表5所示。

表5 一致性集合和非一致性集合表

由公式（8）和公式（9）計(jì)算環(huán)保公司優(yōu)選指標(biāo)集的一致性矩陣C和非一致性矩陣D。

依據(jù)公式（10）和（12）分別計(jì)算得α=0.49，β=0.53。依據(jù)公式（11）和（13）構(gòu)建環(huán)保公司優(yōu)選的一致性支配矩陣F 和非一致性支配矩陣H。依據(jù)公式（14）得綜合優(yōu)勢(shì)判定矩陣為H，可得環(huán)保公司A、C、D、E應(yīng)被淘汰，B保留。

根據(jù)式（15）可得各個(gè)環(huán)保公司的凈優(yōu)勢(shì)值CA=-2.40，CB=2.24，CC=1.02，CD=-2.00，CE=1.16，可得各個(gè)環(huán)保公司的優(yōu)勢(shì)排序?yàn)镃B＞CE＞CC＞CD＞CA，故C 環(huán)保公司最適合選則。通過該環(huán)保公司綜合評(píng)價(jià)的實(shí)踐表明，通過變異系數(shù)和ELECTRE 法的評(píng)判模型確定最優(yōu)環(huán)保公司是合理的，有效的。

5 結(jié)語

通過設(shè)定一致性和非一致性指數(shù)閾值，引入凈優(yōu)勢(shì)值對(duì)五家城市水環(huán)境治理環(huán)保公司進(jìn)行全排序，并充分考慮指標(biāo)的權(quán)重。通過ELECTRE評(píng)價(jià)模型對(duì)城市水環(huán)境治理環(huán)保公司進(jìn)行選擇，有效提高環(huán)保公司選擇的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

運(yùn)用ELECTRE 方法進(jìn)行環(huán)保公司的優(yōu)選簡(jiǎn)單明了，可以將計(jì)算過程程序化，根據(jù)環(huán)保公司的特點(diǎn)和決策矩陣的情況，輸入不同的權(quán)值和閾值，通過程序化的計(jì)算即可獲取環(huán)保公司的優(yōu)選排序，ELECTRE 方法在環(huán)保公司的優(yōu)選過程中具有一定的實(shí)用價(jià)值，值得推廣。

在水環(huán)境治理的過程中，嘗試多技術(shù)融合的方式進(jìn)行污水治理，利用公司間的優(yōu)勢(shì)技術(shù)互相融合，形成技術(shù)優(yōu)、成本低、效果好的多技術(shù)融合群，為中國水環(huán)境治理提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。