劉鋒平，孫寧，呼紅霞，丁貞玉

生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院

在產(chǎn)企業(yè)的地下水污染治理修復(fù)有其特殊性和困難性，例如地面上長時間施工可能影響企業(yè)正常生產(chǎn)，治理修復(fù)后需要長期運行維護(hù)，地下水污染導(dǎo)致企業(yè)聲譽受損甚至土地貶值，不合理的修復(fù)可能增加企業(yè)環(huán)保資金負(fù)擔(dān)等，這就需要綜合考慮修復(fù)技術(shù)可行性、經(jīng)濟成本、施工周期、環(huán)境影響等多種因素。行業(yè)內(nèi)有許多地下水污染修復(fù)方法和技術(shù)，如抽出處理、原位空氣擾動、可滲透反應(yīng)墻、原位化學(xué)氧化還原、原位微生物降解、自然衰減、電動力學(xué)法等[5-7]。而在修復(fù)技術(shù)篩選過程中大多依靠決策者自身的主觀判斷，不同環(huán)節(jié)中技術(shù)考量的側(cè)重點也有所不同，不同利益方對技術(shù)選擇的偏重考量也有所不同，篩選結(jié)果往往具有較大的不確定性，一旦修復(fù)技術(shù)篩選失誤就會付出慘痛代價。因此，在綜合考慮經(jīng)濟、技術(shù)、社會等因素條件下，選擇一套適合場地實情、滿足不同相關(guān)利益方要求且行之有效的地下水修復(fù)方案顯得尤為重要。

逼近于理想解排序法（TOPSIS）是多目標(biāo)決策分析中常用的有效方法，它能對有限個評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序，通過將各備選方案與正理想解和負(fù)理想解做比較，找到距理想解的距離最近、而距負(fù)理想解的距離最遠(yuǎn)的方案。層次分析法（AHP）把一個復(fù)雜問題的總目標(biāo)分解為若干個層次目標(biāo)，組成一個層次結(jié)構(gòu)模型，然后逐層分析本層因素對層次目標(biāo)的權(quán)重，最終加權(quán)得出各因素對總目標(biāo)的權(quán)重。將AHP與TOPSIS二者有機結(jié)合（AHP-TOPSIS），可將主觀定性評價轉(zhuǎn)化為定量表達(dá)，能夠克服決策者個人偏好，提高決策有效性[8-10]。AHP-TOPSIS已被廣泛應(yīng)用于可持續(xù)包裝設(shè)計[11]、農(nóng)村污水收集模式[12]、城市軌道交通應(yīng)急演練評估[13]、生態(tài)茶園景觀質(zhì)量評價[14]、土壤污染植物修復(fù)劑選擇[15]等各類決策評估中。

筆者結(jié)合某在產(chǎn)企業(yè)地下水污染物類型（以鐵、錳為例）及分布特征、含水層條件、修復(fù)時間要求等因素，提出抽出處理、原位化學(xué)氧化、可滲透反應(yīng)墻、監(jiān)測自然衰減4種技術(shù)方案，選擇技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會4方面的指標(biāo)，構(gòu)建基于AHP-TOPSIS的地下水鐵、錳修復(fù)方案比選指標(biāo)體系，利用AHP確定指標(biāo)權(quán)重，運用TOPSIS對技術(shù)方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序，篩選出最優(yōu)的地下水污染解決方案，以期為該在產(chǎn)企業(yè)地下水環(huán)境風(fēng)險管理提供決策支持。

1 地下水修復(fù)技術(shù)比選指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 修復(fù)技術(shù)比選指標(biāo)體系

地下水污染場地修復(fù)技術(shù)的篩選評估指標(biāo)包括技術(shù)可接受性、場地應(yīng)用調(diào)節(jié)鍵、技術(shù)有效性與可靠度、修復(fù)時間、投資運行成本等多方面。地下水污染場地修復(fù)技術(shù)的篩選有時還需要考慮修復(fù)技術(shù)的可持續(xù)性、二次污染影響等方面因素[16-17]?！半p碳”（碳達(dá)峰與碳中和）目標(biāo)下地下水污染修復(fù)技術(shù)應(yīng)用越來越強調(diào)綠色、低碳的要求。參考《工業(yè)企業(yè)場地環(huán)境調(diào)查評估與修復(fù)工作指南》[17]中關(guān)于修復(fù)方案比選指標(biāo)體系，采用層次分析法自上而下建立目標(biāo)層（T）、準(zhǔn)則層（S）、指標(biāo)層（N）、方案層（P）。準(zhǔn)則層包括技術(shù)指標(biāo)（S1）、經(jīng)濟指標(biāo)（S2）、環(huán)境指標(biāo)（S3）、社會指標(biāo)（S4），指標(biāo)層包括技術(shù)成熟度（N1）、污染物去除率（N2）等14項指標(biāo)。地下水修復(fù)技術(shù)比選指標(biāo)體系如圖1所示，各指標(biāo)內(nèi)涵及數(shù)據(jù)獲取方式如表1所示。

圖 1 地下水修復(fù)技術(shù)比選指標(biāo)體系Fig.1 Index system for comparison and selection of groundwater remediation technologies

1.2 地下水修復(fù)技術(shù)初步篩選

地下水污染修復(fù)技術(shù)包括原位化學(xué)氧化技術(shù)、抽出處理技術(shù)、自然衰減技術(shù)等，不同的地下水污染修復(fù)技術(shù)都具有各自的優(yōu)越性和局限性。除了修復(fù)技術(shù)本身外，企業(yè)管理者更加關(guān)注投資成本、見效周期、操作難易程度、施工場地美學(xué)等因素；而作為政府主管部門，可能更注重二次污染危害、人群健康影響、提供就業(yè)機會等。結(jié)合新階段發(fā)展理念要求，為助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，將資源和能源消耗量、廢物產(chǎn)生及排放量、運行維護(hù)成本、突發(fā)事件應(yīng)急儲備等指標(biāo)納入評價體系，同等條件下優(yōu)先選用綠色低碳、節(jié)能降污的修復(fù)技術(shù)。參考美國國家環(huán)境保護(hù)局的《美國超級基金項目修復(fù)報告》[18]、《污染場地修復(fù)技術(shù)目錄》[19]以及國內(nèi)外的地下水修復(fù)技術(shù)相關(guān)研究成果[20]，結(jié)合在產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)狀況，地下水污染修復(fù)技術(shù)特點、適用條件、修復(fù)時長及成本等要素，初步篩選出抽出處理、原位化學(xué)氧化、可滲透反應(yīng)墻、監(jiān)測自然衰減4種技術(shù)方案。從技術(shù)成熟度、處理成本、見效周期及污染物去除效果等方面進(jìn)行對比，綜合評估地下水污染修復(fù)技術(shù)，以期篩選出一套節(jié)能減排、綠色低碳、高效無害、群眾滿意的修復(fù)技術(shù)方案。

1.3 AHP確定指標(biāo)權(quán)重

采用1～9比例標(biāo)度法，分別對每一層次各指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行兩兩比較判斷，從而構(gòu)造出相應(yīng)的判斷矩陣A〔式（1）〕。該步驟需要通過對專家多次提問并對評價因子進(jìn)行賦值打分。指標(biāo)相對重要性比較標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

(2)從隊組管理方面，針對變化環(huán)節(jié)編制通用措施：①從隊組層面界定通用范疇；②制定嚴(yán)細(xì)的變化環(huán)節(jié)管理程序；③由科隊兩級定期組織現(xiàn)場復(fù)查，確保措施、設(shè)備到位。

表 1 指標(biāo)內(nèi)涵及數(shù)據(jù)獲取方式Table 1 Index connotation and data acquisition method

式中：aij為指標(biāo)i與指標(biāo)j的比值；n為指標(biāo)個數(shù)。

利用方根法求每個指標(biāo)的權(quán)重，并進(jìn)行歸一化處理，計算公式如下：

矩陣的最大特征根（λmax）計算公式如下：

式中：Wi為判斷矩陣的歸一化矩陣。CI為一致性指標(biāo)，表示矩陣偏離一致性的程度。CI越小，表示一致性程度越高；CI越大，則偏離一致性越遠(yuǎn)。為了使矩陣合理化，需要進(jìn)行一致性檢驗。計算出的CI要與表3中平均一致性隨機指標(biāo)（RI）相比較。CR（CI/RI）＜0.1說明矩陣具有一致性；若CR≥0.1，則矩陣需要進(jìn)行調(diào)整以滿足一致性。

表 2 指標(biāo)相對重要性比較標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Comparison standard of relative importance of indicators

表 3 不同矩陣階數(shù)下的RITable 3 RI under different matrix orders

對于多層次的矩陣來說，最終目的就是要得到最底層各技術(shù)方案對于總目標(biāo)的排序權(quán)重，因此需要進(jìn)行層次總排序。若A層包含A1，...，Am共m個指標(biāo)，它們的層次總排序權(quán)重分別為a1，...，am，B層包含B1，...，Bq共q個指標(biāo)（其關(guān)于aj的層次單排序權(quán)重分別為b1j，...，bqj(當(dāng)Bi與Aj無關(guān)聯(lián)時，bij=0)，那么B層中的各指標(biāo)關(guān)于總目標(biāo)的權(quán)重，即B層各指標(biāo)的層次總排序權(quán)重b1，...，bq為：

層次總排序也需作一致性檢驗，如果B層某些指標(biāo)對于Aj的一致性指標(biāo)為CIj，相應(yīng)地平均隨機一致性指標(biāo)為RIj，則B層次總排序一致性比例（CR）計算公式為：

當(dāng)CR＜0.1時，即認(rèn)為層次總排序一致性檢驗通過，最終得到最底層即方案層各決策方案相對于總目標(biāo)的權(quán)重，并給出這一組合權(quán)重所依據(jù)整個遞階層次結(jié)構(gòu)所有判斷的總CR，最終得出決策結(jié)果。

1.4 TOPSIS計算過程

TOPSIS法基于標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)尋找正、負(fù)理想解，并通過計算相對貼進(jìn)度來評價各技術(shù)方案的優(yōu)劣?；贏HP計算得到各指標(biāo)權(quán)重，并采用TOPSIS法對地下水修復(fù)技術(shù)進(jìn)行評價，具體步驟如下。

根據(jù)層次總排序形成方案層與目標(biāo)層矩陣并進(jìn)行規(guī)范化，得到規(guī)范化矩陣R：

將方案屬性權(quán)重向量（w）和R結(jié)合，構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣V。

根據(jù)矩陣V，選擇每個技術(shù)方案各關(guān)鍵指標(biāo)中得分最多的作為正理想解（V+），得分最少的負(fù)理想解（V-），并計算各技術(shù)方案與正負(fù)理想解之間的距離，公式如下：

確定相對接近度，并對評價對象的優(yōu)劣進(jìn)行排序，計算公式如下：

式中：Ci為相對接近度，按照從大到小排序，數(shù)值最大為最優(yōu)方案。

2 地下水修復(fù)技術(shù)比選結(jié)果

2.1 某在產(chǎn)企業(yè)地下水污染特征

本研究選擇的在產(chǎn)企業(yè)位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，主要從事有色金屬冶煉和加工。根據(jù)鉆探揭露情況，區(qū)域巖土層自上而下分布為第四系人工堆積層雜填土層與湖積淤泥層、第四系更新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土層及下第三系那讀組粉砂巖、泥巖。按照地下水功能區(qū)劃，區(qū)域地下水適用于集中式生活飲用水及工農(nóng)業(yè)用水。按地下水的賦存條件、含水介質(zhì)特征，區(qū)域地下水類型包括松散巖類孔隙水和碎屑巖類基巖裂隙水2種，主要賦存于第三系泥巖夾砂巖、粉砂巖孔隙、裂隙當(dāng)中，屬潛水，水量相對貧乏。地下水水位一般為5.00～10.65 m，受氣候影響顯示，年水位變幅一般為1.0～3.0 m。區(qū)域內(nèi)地下水水位監(jiān)測數(shù)據(jù)表明該區(qū)域地下水整體流向為北東—南西，不同季節(jié)地下水流向有較小波動。

根據(jù)重點區(qū)域分布、重點設(shè)施設(shè)備布置等情況，在廠區(qū)內(nèi)布設(shè)14個地下水監(jiān)測點（圖2），按照HJ 164—2020《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[21]要求開展地下水質(zhì)量監(jiān)測，每月采樣1次，2020年全年共采集樣品12次。

以 GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[22]中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值為評價基準(zhǔn)，該企業(yè)地下水中鐵、錳超標(biāo)倍數(shù)如圖3所示。由圖3(a)可以看出，位于地下水上游（廠區(qū)北東方向）的SK1、SK4、SK5采樣點，以及位于廠區(qū)內(nèi)的SK3采樣點地下水中鐵濃度均未超過評價標(biāo)準(zhǔn)限值；沿著地下水徑流方向，鐵濃度逐漸增加，下游的SK14采樣點鐵濃度超標(biāo)2 000多倍。由圖3(b)可以看出，位于地下水上游處的SK1采樣點的錳濃度低于評價標(biāo)準(zhǔn)限值，其他采樣點的地下水錳濃度均超標(biāo)，其中位于地下水下游的SK14采樣點的錳濃度最大，超標(biāo)1 270倍。綜上，地下水在流經(jīng)廠區(qū)后水質(zhì)明顯惡化，企業(yè)生產(chǎn)過程中污染物排放及下滲是導(dǎo)致地下水鐵、錳超標(biāo)嚴(yán)重的主要原因之一。

圖 2 地下水監(jiān)測布點Fig.2 Diagram of groundwater monitoring points

圖 3 地下水中鐵、錳濃度超標(biāo)狀況Fig.3 Overstandard iron and manganese contents in groundwater

2.2 AHP權(quán)重計算結(jié)果

根據(jù)AHP模型構(gòu)造地下水修復(fù)技術(shù)篩選目標(biāo)層對準(zhǔn)則層的判斷矩陣T-S，準(zhǔn)則層對指標(biāo)層的判斷矩陣S1-N1～4、S2-N5～7、S3-N8～11、S4-N12～14。按照地下水修復(fù)領(lǐng)域?qū)＜?、從業(yè)人員的評分，計算出權(quán)重向量（w），并進(jìn)行一致性檢驗，結(jié)果如表4所示。

目標(biāo)層對準(zhǔn)則層的判斷矩陣T-S的CI為0.038 2，CR 為 0.042 5，CR＜0.1，說明該矩陣具有可接受的一致性。準(zhǔn)則層的4個指標(biāo)中最重要的是技術(shù)指標(biāo)，權(quán)重為0.421 4，其次是環(huán)境指標(biāo)，權(quán)重為0.281 8；經(jīng)濟指標(biāo)的重要性處于第三，權(quán)重相對較低，為0.214 1；社會指標(biāo)的重要性最低，權(quán)重為0.082 7。該排序與前人的研究結(jié)果一致，如張婧等[9]通過AHPTOPSIS方法對填埋場地下水污染氨氮修復(fù)方法進(jìn)行比選，結(jié)果表明技術(shù)指標(biāo)比經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)更為重要；張伯強等[23]采用AHP法對填埋場地下水修復(fù)技術(shù)優(yōu)選的結(jié)果表明，技術(shù)指標(biāo)權(quán)重要比經(jīng)濟指標(biāo)和社會環(huán)境指標(biāo)權(quán)重大；周文武等[24]以拉薩市為例開展垃圾填埋場區(qū)域地下水中鉛修復(fù)技術(shù)方案比選，發(fā)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)權(quán)重是經(jīng)濟指標(biāo)的2倍，是環(huán)境指標(biāo)的3倍。準(zhǔn)則層對指標(biāo)層的判斷矩陣S1-N1～4、S2-N5～7、S3-N8～11、S4-N12～14的 CI也均小于 0.1，滿足一致性要求。

表 4 各判斷矩陣的權(quán)重Table 4 Weight of each judgment matrix

目標(biāo)層對指標(biāo)層的分析優(yōu)化矩陣如表5所示。從表5可以看出，在鐵、錳污染地下水修復(fù)技術(shù)方案比選中，污染物去除率、廢物產(chǎn)生及排放量、資源和能源消耗是排名前3位的影響因素，其權(quán)重分別為0.219 3、0.110 1、0.110 1。工程建設(shè)前期投入、后期運行維護(hù)成本、技術(shù)成熟度、修復(fù)工程周期也是在產(chǎn)企業(yè)管理者要重點考慮的因素。由于該企業(yè)位于郊區(qū)，周邊敏感點較少，因此公眾滿意度、人群健康影響、提供就業(yè)機會等指標(biāo)的重要性相對較低。

表 5 目標(biāo)層對指標(biāo)層的分析優(yōu)化矩陣Table 5 Analysis and optimization matrix of target layer to index layer

2.3 TOPSIS計算最優(yōu)排序結(jié)果

由地下水修復(fù)、環(huán)境分析、設(shè)備采購等領(lǐng)域的專家，對抽出處理、原位化學(xué)氧化、可滲透反應(yīng)墻、監(jiān)測自然衰減4種技術(shù)方案的14個指標(biāo)進(jìn)行評分并對指標(biāo)屬性趨同化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R（表 6）。

將方案屬性權(quán)重向量（w）和規(guī)范化矩陣R結(jié)合，構(gòu)造加權(quán)規(guī)范化決策矩陣V，在V中選擇各技術(shù)方案的V+和V-如下所示：

各技術(shù)方案的D+、D-和Ci如表7所示。由表7可以看出，Ci表現(xiàn)為監(jiān)測自然衰減方案＞原位化學(xué)氧化方案＞抽出處理方案＞可滲透反應(yīng)墻方案，即監(jiān)測自然衰減方案更適用于該在產(chǎn)企業(yè)地下水鐵錳污染處理。目標(biāo)層對方案層的加權(quán)規(guī)范化決策矩陣也表明地下水監(jiān)測自然衰減方案在資源和能源消耗、廢物產(chǎn)生及排放量、工程建設(shè)前期投入、操作難易程度、公眾滿意度、二次污染防治等方面具有明顯的優(yōu)勢，而在污染物去除率、修復(fù)工程周期、提供就業(yè)機會等方面存在明顯不足，因此在地下水治理修復(fù)施工過程中可針對這些方面加強管理。

表 6 目標(biāo)層對方案層規(guī)范化矩陣Table 6 Normalization matrix of target layer to plan layer

表 7 4個技術(shù)方案的D+、D-和CiTable 7 Distance calculation and relative proximity of four technical schemes

2.4 結(jié)果不確定性分析

盡管AHP與TOPSIS二者結(jié)合增強了地下水修復(fù)技術(shù)比選的客觀性，但在修復(fù)技術(shù)篩選過程中部分指標(biāo)權(quán)重的確定仍依據(jù)專家的主觀評判，這在一定程度上會影響修復(fù)技術(shù)方案排序。另外，作為在產(chǎn)企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)歷史和管理水平等因素會直接影響到修復(fù)技術(shù)的確定，這也造成了比選結(jié)果的不確定性。

3 結(jié)論

（1）結(jié)合某在產(chǎn)企業(yè)地下水污染類型、分布特征、水文地質(zhì)條件等，提出抽出處理、原位化學(xué)氧化、可滲透反應(yīng)墻、監(jiān)測自然衰減4種技術(shù)方案，從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會4方面確定了技術(shù)成熟度、污染物去除率等14個影響企業(yè)地下水修復(fù)的指標(biāo)，構(gòu)建了層次分析評價指標(biāo)體系。

（2）結(jié)合工程實際和企業(yè)管理需求，通過AHP確定指標(biāo)權(quán)重，認(rèn)為在地下水污染修復(fù)過程中污染物去除率、廢物產(chǎn)生及排放量、資源和能源消耗是排名前3的影響因素；工程建設(shè)前期投入、后期運行維護(hù)成本、技術(shù)成熟度、修復(fù)工程周期也是在產(chǎn)企業(yè)管理者要重點考慮的因素。

（3）采用TOPSIS方法對各修復(fù)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)劣排序及綜合分析，結(jié)果表明，監(jiān)測自然衰減方案相對接近度最大，最適合用于該在產(chǎn)企業(yè)地下水鐵、錳污染的治理與修復(fù)。

（4）將AHP與TOPSIS相結(jié)合應(yīng)用于地下水修復(fù)技術(shù)的比選，豐富了TOPSIS評價方法的應(yīng)用范圍，加強了AHP評價結(jié)果的客觀性，彌補了2種方法各自的不足，對于篩選最優(yōu)地下水污染修復(fù)技術(shù)方案和指導(dǎo)工程實踐具有積極的借鑒意義。