区域水污染物排放总量分配方法研究

水污染,非点源污染,污染物负荷量计算,GIS

环 境 工 程

2002年12月第20卷第6期

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区域水污染物排放总量分配方法研究

李如忠

(河海大学水文水资源及环境学院,南京210098) (合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009)

摘要 污染物允许排放总量分配是水污染总量控制的重要内容,分配的合理与否将会直接影响到水污染控制工作的成效。本研究基于经济、社会和环境系统诸要素影响,设计了一种定性与定量相结合描述判断矩阵的多指标决策的层次分析法来进行排污总量分摊问题的研究。结果表明,该方法既克服了等比例分配方法的不公平性,又兼顾了各分区间的差异。

关键词 总量分配 层次分析法 决策系统

1 引言

当前,我国的水污染控制工作刚刚起步,对污染控制的要求基本上还处在浓度达标层面。所谓的总量控制,严格来说也只是目标总量控制,还未上升至容量总量控制层次。在水污染控制的初期,所制定的排污总量分配方案能否有效的付诸实施将是至关重要的。按照 流域共享,上下游公平!的原则,排污总量分配应当公平、合理。但也应当看到,区域间在经济、环境、资源和管理等方面存在的差异性,忽视了这方面的信息,所制定的污染物消减分配方案也就很难收到预期效果。实现公平与效益的统一,是水环境管理追求的目标。本文从经济、社会和环境整体效益出发,设计了一种定性与定量相结合描述判断矩阵的多指标决策的层次分析法(AHP法量分摊问题的研究。

2 运用层次分析法研究排污总量分配问题技术路线

水污染物排放总量分配问题涉及经济、社会、技术和环境等多方面,适合运用层次分析法进行研究。在调查研究的基础上,可构造区域排污分配指标体系框架;通过专家咨询、层次分析计算确定各项评价指

[2,3]

[1]

标权重;再依据各分区现状,最终确定排污总量分配方案。总量分配的技术路线,如图1所示。

)来进行排污总

图1 运用层次分析法研究排污总量分配问题技术路线

3 污染物排放总量分配的AHP决策系统3 1 建立层次结构模型

将允许排放的污染物总量作为层次分析的目标层A,区域内各分区评价因子作为层次分析的准则层

参考文献

1 国家环保局.环境影响评价技术导则 地面水环境.HJ T2 3 93.2 陆雍森.环境评价.上海:同济大学出版社,1999.212~281.3 劳期团.环境管理实用技术方法.北京:中国环境科学出版社,

1994.356.

4 龚若愚,周源岗.柳江柳州段水环境容量研究.水资源保护,2001.16

(1):31~32.

5 赵玉华,傅金祥,孙凤海.白石水库有机污染数学模型预测研究.环

,1)64~67.

6 奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测.北京:高等教育出版社,2000.49

~51.

第一作者 刘芬,女,1959年出生,1983年毕业于西南农学院(现西南农业大学)土化系,副研究员。长期从事环境监测,水污染防治,农业环境保护等领域的科研与教学工作,曾发表论文7篇。

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B、C,区域各分区作为决策层D,建立AHP系统结构模型。B层与C层为不完全层次联系,其它层为完全层次联系,如图2所示。3 2 构造判断矩阵

层次结构模型确定了上、下层元素间的隶属关系。对于同层各元素,以相邻上层有联系的元素为准,分别两两比较,在咨询有关专家意见的基础上运用评分办法判断其相对重要或优劣程度。若两两判断矩阵记为(Cij)n n,则有Cij>0,Cij=1 Cji,Cii=1(i,j=1,2,#,n),n为元素个数。3 3 层次单排序及判断矩阵一致性检验

用方根法计算各判断矩阵最大特征值 max及其对应的特征向量。由矩阵特征值有关定理可知,上述构造的各正互反判断矩阵存在正的特征值及其对应的正的特征向量,其最大特征值对应的特征向量归一化后,便为该层次相应元素对于上一层次某一元素的相对重要性权重,这一过程称为层次单排序。定义判断矩阵一致性比率C.R=C.I R.I。式中,C.I=( max-n) (n-1),称为一致性指标(n为判断矩阵的阶数);R.I为随机一致性指标(R.I值由表1给出)。若C.R=C.I R.I<0 10,则说明判断矩阵一致性满足要求,即判断结果是可靠的,否则应对判断矩阵的标度作适当的修正。

表1 随机一致性指标R.I的值

nR.I

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

要性的权值,称为层次总排序。设W

(k-1)

=(w1,w2,

#,wnk-1)表示第k-1层上nk-1个元素相对于目标层的排序权重向量。用PJ=(P1j,P2j,#,Pnkj)表示第k层上nk个元素对第k-1层第j个元素为准则的排序权重向量(其中无支配的元素权重取为零),则第k层上元素对目标层的组合权重向量为:

W

(k)

=(P1,P2,#,Pnk-1)W

(k-1)

(1)

组合排序由上而下逐层进行,其结果也要进行总的一致性检验:C.R

(k)

==R.I

(k)

(k)

C.I1,C.I2, ,C.Ink-1W(k-1)

R.I1,R.I2, ,R.Ink-1W(k-1)

(2)

(k)(k)(k)

当C.R

<0 10时,则认为在k层水平以上所

有判断具有整体满意的一致性。

按上述方法,对所构造的判断矩阵进行计算。最后可得:判断矩阵(A-B)最大特征值 058,归max=4一化的权向量为PA=(0 410,0 410,0 058,0 122),C.IA=0 019,C.RA=0 021<0 10,满足一致性要求。

准则层C对准则层B中相应元素的最大特征值

123和权向量分别为: 0, 0, 039,max=2max=3max=34 max=4 086,PB1=(0 50,0 50),PB2=(0 556,

A

T

BBB

BT

0 222,0 222),PB3=(0 637,0 105,0 258),PB4=(0 180,0 180,0 055,0 585)。C.IB1=0 0,C.RB1=0 0<0 10;C.IB2=0 0,C.RB2=0 0<0 10;C.IB3=0 019,C.RB3=0 03<0 10;C.IB4=0 029,C.RB4=0 032<0 10;均满足一致性。于是,准则层C对目标层A的总排序权重依次为PA=

CT

TT

0 00 00 580 901 121 241 321 411 451 491 511 54

3 4 层次总排序及判断矩阵一致性检验

即计算同一层次所有元素对高层目标层相对重

PA1,PA2, ,PA12

CCCT

图2 污染物排放总量分配的层次结构模型

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=(0 205,0 205,0 228,0 091,0 091,0 037,0 006,0 015,0 022,0 022,0 007,0 071),总排序一致性比率C.RA=0 012<0 10,满足一致性。3 5 排污总量分摊比例的确定

以决策层相对总目标的组合权重,代表各分区应分摊的允许排污量份额比重,即各分区组合权重之比等于允许排污量之比,按此比例进行排污量分摊。4 总量分配模型的应用4 1 基本资料

南淝河、十五里河为合肥市重要的城市河流水体。其中,南淝河全长70 1km,自西向东流经合肥市,在施口注入巢湖。由于缺乏天然来水补给,现已成为城市纳污沟。根据合肥市水环境保护功能区划,南淝河上游与环城公园为 类水体,下游及其支流以及十五里河等为%类功能水体。根据&合肥市水污染物总量控制研究 ,合肥市主要水体的COD年允许排

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东市区中市区西市区郊区

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