劉 征,劉建福,程慧艷

(廈門理工學院環(huán)境科學與工程學院，福建 廈門 361024)

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城市固體廢物衛(wèi)生填埋場選址方法研究

劉 征,劉建福,程慧艷

(廈門理工學院環(huán)境科學與工程學院，福建 廈門 361024)

針對衛(wèi)生填埋場選址方法在選址影響因素特性和專家權(quán)重處理方面的不足，提出了基于改進層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)模型的城市固體廢物衛(wèi)生填埋場選址方法.該方法主要特點：根據(jù)前期調(diào)查、法律法規(guī)及德爾菲法提出了涵蓋交通運輸條件、環(huán)境保護條件、建場條件和經(jīng)濟條件4類選址影響因素；將選址影響因素分為模糊數(shù)值和精確數(shù)值兩種屬性類別并采用不同方法進行處理和綜合評價，并在確定選址影響因素權(quán)重時考慮了專家權(quán)重的不同.通過示例對選址評價模型的應用方法進行了具體說明，證實了其可行性.

衛(wèi)生填埋；填埋場選址；德爾菲法；層次分析法；灰色關(guān)聯(lián)模型；專家權(quán)重

隨著工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，城市固體廢物量不斷增加.城市固廢是水、大氣和土壤的重要污染源，受到公眾極大關(guān)注.城市固體廢物管理不僅是環(huán)境問題，也包含多項社會、經(jīng)濟和法律問題[1].美國環(huán)保署制定了集成固體廢物管理的4種策略：源頭削減、循環(huán)利用和堆肥、焚燒(回收能量)、填埋[2].盡管其他處理方法的比例在不斷增長，填埋因其簡便且相對低成本仍然是最常見的固廢管理方法[3].據(jù)最新統(tǒng)計，2013年我國生活垃圾無害化處理量為10 492.69萬t，其中衛(wèi)生填埋占68.2%[4].即使在廢物循環(huán)利用和焚燒占比很大的國家，由于焚燒的灰渣和循環(huán)利用的殘渣需要處理，固體廢物填埋仍然不可避免[5].

城市固體廢物衛(wèi)生填埋場選址涉及諸多因素，影響要素體系復雜.較好的衛(wèi)生填埋場選址可以減少固廢處理中的問題，若選址決策不當，一旦投入使用，將導致前期大量投入損失和嚴重的環(huán)境污染.在衛(wèi)生填埋場選址方面，研究者們利用各種技術(shù)手段提出了多種方法,考慮了多種影響因素，如場地特性、運輸距離、生態(tài)保護、公眾利益、及土地利用等幾大指標[1,6-9]，但根據(jù)實際情況選擇影響因素，并無統(tǒng)一的指標體系.目前衛(wèi)生填埋場選址方法存在以下不足：(1)較少區(qū)別選址影響因素的特性，模糊數(shù)值和精確數(shù)值均按同一種方法處理；(2)沒有考慮多因素的專家權(quán)重問題.在實際選址過程中，常會出現(xiàn)一址的甲影響因素較好，乙影響因素較差，而另一址的甲影響因素較差，乙影響因素較好的情況.衛(wèi)生填埋場選址是一個多影響因素評價系統(tǒng)，本文將從上述兩個方面進行選址方法的改進，并采用改進AHP(Analytichierarchyprocess，層次分析法)法和灰色關(guān)聯(lián)決策理論獲得選址結(jié)果.

1 衛(wèi)生填埋場選址影響因素的確定

衛(wèi)生填埋場選址的影響因素很多，除了法律法規(guī)方面外,主要影響因素還包括地理環(huán)境、交通運輸條件和建場成本等.衛(wèi)生填埋場建設成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)首先是選擇合適的場址并獲取相關(guān)影響因素的資料，衛(wèi)生填埋場選址即是綜合相關(guān)影響因素資料，從多個意向場址中選取擬建場址.場址選擇必須符合《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》[10]和《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)導則》[11]的規(guī)定，如距居民居住區(qū)或人畜供水點的衛(wèi)生防護距離在500m以上，距河流和湖泊50m以上，距民用機場3km以上，使用年限在10年以上等.同時，對周圍環(huán)境影響需遵守《生活垃圾填埋污染控制標準》[12]等的規(guī)定.

衛(wèi)生填埋場選址的總目標是經(jīng)濟上可接受，對環(huán)境和公眾健康的影響最小.很多學者研究了填埋場選址，但目前還沒有被廣泛接受的集成多因素的方法.不同研究者和機構(gòu)提出了不同的規(guī)則，這些條件包括社會、文化、技術(shù)、環(huán)境和地理因素，在工程實踐中應權(quán)衡各種因素.根據(jù)前期調(diào)查、法律法規(guī)及德爾菲法的35位專家問卷調(diào)查，論文提出了4類16個影響因素，如表1所示.其中的4個衛(wèi)生填埋場選址為說明選址評價模型應用方法的示例地點，但不影響該方法的使用和有效性.需要說明的是，該指標體系并不是固定不變的，其他衛(wèi)生填埋場的選址可以根據(jù)需考慮的影響因素等具體情況對該指標體系進行修改或完善.另外示例中，在該填埋場選址時，總投資和運營費用尚不明確，只能粗略估計多少.如果在實際工作中對總投資和運營費用比較明確，可以用具體數(shù)字替代，并在后續(xù)處理時按照精確數(shù)值屬性類別進行計算.

表1 衛(wèi)生填埋場選址的影響因素

2 影響因素權(quán)重的確定

2.1 選址影響因素權(quán)重的計算方法

對于多因素影響的評價系統(tǒng)，首先需要確定各因素對評價系統(tǒng)的影響程度，即權(quán)重.衛(wèi)生填埋場的影響因素眾多，確定各選址因素的重要程度需要深厚專業(yè)知識修養(yǎng)和實踐經(jīng)驗，德爾菲法[13]是一個有效的途徑.德爾菲法又稱專家意見法，通過匿名通信方式征詢專家小組成員的意見，然后將意見反饋給小組中其他專家，經(jīng)過多輪征詢，直至各專家不再更改自己的意見，從而獲得具有統(tǒng)計意義的專家集體意見.

設第i位專家(i=1，2，…，I)的專業(yè)水平表示為Si，其對第k個因素(k=1，2，…，K)重要程度打分為Wik，則該因素的權(quán)重wk表示

(1)

根據(jù)德爾菲法，在固體廢物填埋處理、填埋場建設和運營以及填埋場環(huán)境影響評價方面找了10位專家，分別對表1中16個影響因素在選址中的重要程度進行打分，總分為100分.經(jīng)過三輪征詢與反饋，專家們不再修改他們的意見，10位專家的打分結(jié)果如表2所示.

表2 專家小組對16個影響因素重要程度的打分結(jié)果

根據(jù)式(1)和表2，16個影響因素的權(quán)重分別為w=(0.492 9，0.251 1，0.635 5，0.588 1，0.640 7，0.538 8，0.765 3，0.867 7，0.480 9，0.924 6，0.701 5，0.847 6，0.622 9，0.401 7，0.527 6，0.715 2)T

2.2 專家專業(yè)水平的確定方法

表3 填埋場選址專家專業(yè)水平體系Table3 Professionallevelsystemoflandfilllocationexperts專業(yè)水平因素分類分值權(quán)重Ⅰ教授級高工100.40高工70.28中級職稱50.20初級職稱30.12Ⅱ非常熟悉100.40熟悉70.28比較了解50.20了解一般30.12Ⅲ>20a100.3610～20a80.295～10a60.213～5a30.11<3a10.04

在確定專家的專業(yè)水平時，以前的研究大多假定專家的權(quán)重一樣，即不考慮專家專業(yè)水平的不同.然而由于學術(shù)背景、實踐經(jīng)驗和從業(yè)時間等多種原因，專家專業(yè)水平并不一致.專家專業(yè)水平可按照其職稱、對填埋場建設和運營相關(guān)理論的掌握和相關(guān)工作時間而綜合確定，如表3所示.其中，Ⅰ表示職稱，Ⅱ表示對填埋場建設和運營相關(guān)理論的掌握程度，Ⅲ表示填埋場建設和運營相關(guān)工作時間.當專業(yè)水平因素Ⅱ的具體情況不易得知時，可簡單由Ⅰ和Ⅲ確定專家專業(yè)水平.

對于各專業(yè)水平因素，考慮職稱(Ⅰ)、對填埋場建設和運營相關(guān)理論的掌握程度(Ⅱ)和從事填埋場建設和運營相關(guān)工作的時間(Ⅲ)，用表3中對應的數(shù)字分別表示分值，然后進行歸一化處理，即得相應的權(quán)重.把各專家三個專業(yè)水平因素相應分類值的對應權(quán)重相加得到累計權(quán)重，最后再進行歸一化處理，可獲得專家的專業(yè)水平.10位專家的專業(yè)水平根據(jù)每位專家的實際情況求和，然后歸一化處理，如表4所示.

表4 10位專家的專業(yè)水平

3 基于改進AHP法與灰色關(guān)聯(lián)模型的選址方法

3.1 基于改進AHP法的模糊數(shù)值處理

在衛(wèi)生填埋場選址過程中，模糊數(shù)值的存在導致多因素多層次評價的數(shù)據(jù)處理難以進行.例如，固體廢物的運輸方式為公路或水路，地質(zhì)穩(wěn)定性為非常穩(wěn)定或穩(wěn)定等.為此需要將模糊數(shù)值轉(zhuǎn)化為精確數(shù)值，采用改進AHP法[14]進行轉(zhuǎn)化，其方法是：

(1)對同一選址影響因素中不同的模糊數(shù)值進行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣為

(2)

其中，aij表示對模糊數(shù)值ai相對于模糊數(shù)值aj優(yōu)劣的數(shù)值；n為該影響因素模糊數(shù)值的個數(shù).采用“五標度法”，即aij=1、3、5分別表示在該選址影響因素中，ai和aj一樣好、ai優(yōu)于aj、ai明顯優(yōu)于aj.aij=2、4分別表示上述相鄰判斷的中值，aij=1/aji.

對于表1中的模糊數(shù)值，運輸方式“公路”相對于“水路”取3，地形地貌“很好”相對于“較好”取2，地質(zhì)穩(wěn)定性“非常穩(wěn)定”相對于“穩(wěn)定”取3，黏土來源“豐富”相對于“較多”取2，水電供應“非常便利”相對于“便利”取3，總投資和運營資金投入“較大”相對于“大”取2.

對于表1中的模糊數(shù)值，經(jīng)上述步驟(1)、(2)歸一化后，取值分別為(公路，水路)=(0.75，0.25)，(很好，較好)=(0.666 7，0.333 3)，(非常穩(wěn)定，穩(wěn)定)=(0.75，0.25)，(豐富，較多)=(0.666 7，0.333 3)，(非常便利，便利)=(0.75，0.25)，(較大，大)=(0.666 7，0.333 3).

3.2 基于灰色關(guān)聯(lián)模型的排序方法

衛(wèi)生填埋場選址的影響因素之間并不相互獨立，而是存在一種灰色關(guān)系，因此用灰色關(guān)聯(lián)模型對4個擬選址地點進行排序.

(1)除模糊數(shù)值的影響因素外，其他影響因素既存在正指標和負指標，又具有不同量綱，需針對不同類型進行規(guī)范化處理，將其統(tǒng)一規(guī)范化為[0,1]區(qū)間的正指標.

對于正指標：

(3)

對于負指標：

(4)

(2)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)決策理論，選址評價以各地點影響因素向量與相對最優(yōu)向量灰色關(guān)聯(lián)度為依據(jù).灰色關(guān)聯(lián)度越大，表明該影響因素與最優(yōu)影響因素越接近.經(jīng)過規(guī)范化處理后，最優(yōu)向量為x0=(1，1，…，1).第i個選址處的第k個影響因素與最優(yōu)值的灰色關(guān)聯(lián)度ξ0i(k)計算方法為

(5)

式中：x0(k)為最優(yōu)值，取1；ρ為分辨系數(shù)，用來降低極值對計算的影響，參考文獻[15]，綜合考慮參與比較的幾個方案具有較好平穩(wěn)性，選取ρ為經(jīng)驗值0.5.

根據(jù)式(5)，4個擬選址處的16個影響因素與最優(yōu)值的灰色關(guān)聯(lián)度分別為ξ01(k)=(0.591 9，0.623 7，0.491 5，0.333 3，0.564 2，0.453 1，0.353 6，0.887 9，0.383 3，0.623 7，0.554 2，1.000 0，1.000 0，0.623 7，0.383 3，0.554 2)，ξ02(k)=(1.000 0，0.623 7，0.432 8，0.367 1，0.443 4，0.548 6，0.375 4，0.554 2，0.554 2，0.355 8，0.383 3，0.386 8，0.825 6，0.623 7，0.554 2，0.554 2)，ξ03(k)=(0.524 9，0.623 7，0.617 1，0.617 1，1.000 0，1.000 0，0.475 9，1.000 0，0.383 3，0.623 7，0.383 3，0.362 2，0.970 7，0.355 8，0.383 3，0.383 3)，ξ04(k)=(0.453 1，0.355 8，1.000 0，1.000 0，0.674 4，0.386 0，1.000 0，0.509 6，0.383 3，0.355 8，0.383 3，0.415 9，0.524 9，0.355 8，0.554 2，0.383 3).

(3)由德爾菲法確定的影響因素權(quán)重wk及由灰色關(guān)聯(lián)決策理論得到的灰色關(guān)聯(lián)度ξ0i(k)，第i個選址處的綜合選址評價結(jié)果為

(6)

根據(jù)式(6)，4個擬選址處的綜合選址評價結(jié)果為R=(6.072 7，5.134 1，6.142 5，5.554 9)，即C址?A址?D址?B址.

該方法可以編程為相應軟件，使用者可以自選指標體系，只需要輸入數(shù)據(jù)，便可快速獲得結(jié)果，從而節(jié)省大量計算時間.

4 結(jié)論

在衛(wèi)生填埋場選址的工程實踐中應權(quán)衡各種選址影響因素，提出了涵蓋交通運輸條件、環(huán)境保護條件、建場條件和經(jīng)濟條件4類影響因素，并可根據(jù)具體情況對該指標體系進行修改或完善.按照建立的指標體系，對衛(wèi)生填埋場選址方法進行了改進：

(1)選址影響因素應按照模糊數(shù)值和精確數(shù)值兩種屬性類別采用不同處理方法，使選址數(shù)據(jù)處理方面更加精細化.

(2)衛(wèi)生填埋場選址是一種復雜系統(tǒng)的評價問題，可綜合運用德爾菲法、改進AHP法和灰色關(guān)聯(lián)決策理論等多種方法，在確定選址影響因素權(quán)重時需考慮專家權(quán)重的不同.

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(責任編輯 宋 靜)

Research on Evaluation of Landfill Location

LIU Zheng,LIU Jianfu,CHENG Huiyan

(SchoolofEnvironmentalScience&Engineering,XiamenUniversityofTechnology,Xiamen361024,China)

AlandfilllocationmethodisproposedbasedonimprovedAHPandgraycorrelationmodeltoimprovethemaindeficienciesoninfluencingfactorsandexpertweightsoflandfilllocation.Locationinfluencingfactorscoveringfourcategoriesareputforwardastransportationconditions,environmentalconditions,constructionconditionsandeconomicconditions.Accordingtothepreliminaryinvestigation,laws,regulationandtheDelphimethoc,thelocationfactorsaredividedintofuzzyvalueandexactvalueanddifferentmethodsareappliedtothetreatment.TheDelphimethod,improvedAHPandgraycorrelationmodelareintegratedintocomplexsystemsevaluation,andtheexpertweightsarethoughtcarefullyoverdeterminingtheweightoflocationfactors.Acasestudyisintroducedtovalidatethismethod.

sanitarylandfill；landfillsiteselection;Delphimethod;analytichierarchyprocess;graycorrelationmodel;expertweight

2016-03-12

2016-07-15

廈門理工學院高層次人才項目(YKJ13036R)

劉征(1984-)，男，講師，博士,研究方向為環(huán)境系統(tǒng)工程.E-mail:liuzh@xmut.edu.cn

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1673-4432(2016)05-0096-06