基于數(shù)學(xué)建模的塑料危機治理研究

謝銘超 梁明滔 吳鎮(zhèn)強

摘? 要：塑料問題正日益困擾著人類的可持續(xù)發(fā)展，近年來引起了社會的關(guān)注。在我們的論文中，我們的團隊致力于建立一個模型，以找到解決現(xiàn)有塑料危機的解決方案。在本論文中我們從三個指標(biāo)（塑料來源，污染程度和抗變化性）建立一次性或一次性塑料制品廢物的增殖模型。根據(jù)PWEM得分與人均擁有塑料的關(guān)系，可以量化塑料在環(huán)保水平上的環(huán)境容量。

關(guān)鍵詞：乘法模型;調(diào)和點;層次分析法;熵權(quán)法

1. 引言

塑料是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧娜粘Ｋ芰洗叫前涂丝Х绕?，我們離不開塑料[1]。當(dāng)我們來到印度尼西亞時，從浮游生物到魚類再到吃海鮮的人們，塑料污染正在改變這里的人們的生活[2]。預(yù)計到2050年，海洋中的塑料含量將超過魚的塑料含量。同時，塑料的浪費，垃圾掩埋和燃燒使海洋生物，空氣和土壤變得有害，甚至引起一系列問題[3]?？伤苄詥栴}的嚴重性使我們不得不采取措施來應(yīng)對環(huán)境問題。為了解決塑料廢物的問題，世界各國需要改進我們的管理方法，同時減慢塑料生產(chǎn)的速度。

2. 模型的建立與求解

2.1 環(huán)保的塑料廢物估算

要測量塑料廢物的最大含量，我們可以參考生物環(huán)境容量的概念。我們將一次性塑料的最大環(huán)境容量分為三個主要方面：塑料的來源，污染程度和變更的可行性。不同領(lǐng)域的因素導(dǎo)致塑料廢料量以不同方式發(fā)生變化。

乘法模型PWEM可以表示為

在公式中，α，β，γ是加權(quán)系數(shù)，S是塑料制品廢物的來源，P是當(dāng)前廢物問題的嚴重性，F(xiàn)是這些廢物的可用性。PWEM（塑料廢物估算模型）是這三種方法的產(chǎn)物。PWEM的實際意義在于，這三個因素對塑料廢料的影響不是獨立的，而是相互影響的。

2.2 塑膠來源

塑料來源可以表示為：

是標(biāo)準化后每種塑料的生產(chǎn)能力，以及 是每種塑料的貢獻率。

2.3 污染度

我們使用了與塑料處理相關(guān)的四個指標(biāo)來量化對塑料廢物產(chǎn)生量的影響。我們定義了四個指標(biāo)，這些指標(biāo)在很大程度上反映了一個地區(qū)處理塑料廢物的方式，而忽略了其他次要因素。

塑料燃燒：某個地區(qū)的塑料燃燒質(zhì)量是衡量該地區(qū)塑料廢物嚴重性的有力指標(biāo)

垃圾填埋場：與塑料焚燒相比，可以在相同尺寸下進行比較河流中的塑料污染和全球平均水平的河流中的塑料污染定義了承載90%以上塑料廢物的10條河流。

PWEM模型中污染程度指數(shù)的數(shù)學(xué)表達式如下：

式中，β1和β2的重量通過該國家的塑性處理方法確定。根據(jù)公式的定義，如果該地區(qū)的河流污染達到世界90%，則使用1河塑料污染等級/污染最嚴重的河流數(shù)，否則使用PPR/APPR。

2.4 減少塑料廢物的可靠性評估

為了評估減少塑料廢物的可行性，我們建立了一個基于環(huán)境安全的評估模型pdiie，可以直接或間接地分析塑料對環(huán)境的影響。

我們總結(jié)了五個方面：政策有效性，替代程度，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展預(yù)期和污染可持續(xù)性。

使用主成分分析層次分析法，我們可以得出每個因素對政策有效性的相對重要性的權(quán)重。當(dāng)P1分數(shù)越高，表明策略的有效性越高，達到環(huán)境安全水平的可能性就越大。

可替代性的程度反映了替代品的開發(fā)是否真的可以促進塑料的減少。我們介紹了△生物塑料指數(shù)，它反映了塑料替代品的可獲得性以及塑料產(chǎn)品的消費量△塑料制品，從而獲得對塑料制品的依賴程度

該配方的值越高，塑料產(chǎn)品的可替代性越高，環(huán)境越友好。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)反映了一個國家的塑料工業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系，這表明塑料對于一個國家和地區(qū)的重要性。我們用第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值與塑料總產(chǎn)量之比來描述當(dāng)前的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)诙a(chǎn)業(yè)的價值更大時，意味著該地區(qū)的環(huán)保靈活性更高。

發(fā)展期望反映了國家和地區(qū)的整體狀況，與城市的發(fā)展水平和公民的教育水平有關(guān)。我們介紹了城市化水平和人類發(fā)展指數(shù)，并通過以下公式表達了未來生物塑料和塑料回收的發(fā)展期望

公式的值越高，目標(biāo)支持越高，政策實施的阻力越小，期望值越高。

環(huán)境可持續(xù)性衡量塑料回收的水平。當(dāng)回收率與總污染率之比較大時，表明塑料廢料的回收率越高，環(huán)境保護的可持續(xù)性越好，環(huán)境安全水平也越高。

2.5 區(qū)域模型

我們選擇了兩個發(fā)展良好的地區(qū)，一個是美國的加利福尼亞州，另一個是中國的上海。兩國在環(huán)境保護方面都取得了良好的成績。

上海2020年，政府發(fā)布了“塑料限制令”，以限制某些地區(qū)的塑料使用。此外，還促進了廢物分類，報告表明可以將51.8%的食物垃圾分類，這可以節(jié)省約17%的垃圾填埋場。

加利福尼亞州是2014年第一個通過全州塑料袋禁令的州，擁有一些世界上最先進的回收和堆肥技術(shù)系統(tǒng)，被稱為美國“最環(huán)?！钡闹?。

模型調(diào)整：

鑒于評估國家和地區(qū)之間的差異，我們需要調(diào)整指標(biāo)。在政策方面，由于兩個地區(qū)和國家級評估標(biāo)準之間的差異，有必要重新應(yīng)用層次分析法來重新授權(quán)指標(biāo)。

案件在上海和加利福尼亞的應(yīng)用：

我們收集了兩個地區(qū)的數(shù)據(jù)，分別是上海市政府網(wǎng)站，塑料行業(yè)協(xié)會和ttps：//www.statista.com/結(jié)果表明，四個指標(biāo)的權(quán)重為w = [0.2379 0.4432 0.2172 0.1017]，CR值通過了一致性檢驗，上海得分為0.3784，加利福尼亞得分為0.6216。

我們使用熵權(quán)重模型來計算每個指標(biāo)的權(quán)重，其中w = [0.1709 0.2170 0.2437 0.1688 0.1996]。加州得分15.4001，而上海得分10.0601。

3.結(jié)論

從結(jié)果可以看出，盡管近年來實施了“塑料限制令”和廢物分類措施，但盡管加利福尼亞開始實施塑料政策，但上海在政策實施效果和環(huán)境稅實施方面仍未超過加利福尼亞許多年前的禁令。因此對于塑料的限制還需要有更好的政策來輔助以及需要所有人的共同努力。

參考文獻

[1]? 王靜，周晉峰，張思遠. 從塑料危機看生態(tài)文明建設(shè)與“人本的解決方案”[J]. 世界環(huán)境，2019，12（06）：29-31.

[2]? 王寒冰. 全球廢棄塑料瓶將釀環(huán)境危機[J]. 生態(tài)經(jīng)濟，2017，33（09）：6-9.

[3]? Nancy E.Rouse，Michelle A.Dibble，張福田. 美國的“塑料垃圾危機”及其治理[J]. 世界科學(xué)，1990，09（08）：44-46.