城市固體廢物衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址方法研究

劉 征,劉建福,程慧艷

(廈門(mén)理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361024)

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城市固體廢物衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址方法研究

劉 征,劉建福,程慧艷

(廈門(mén)理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361024)

針對(duì)衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址方法在選址影響因素特性和專(zhuān)家權(quán)重處理方面的不足，提出了基于改進(jìn)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(chǎng)選址方法.該方法主要特點(diǎn)：根據(jù)前期調(diào)查、法律法規(guī)及德?tīng)柗品ㄌ岢隽撕w交通運(yùn)輸條件、環(huán)境保護(hù)條件、建場(chǎng)條件和經(jīng)濟(jì)條件4類(lèi)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(lèi)別并采用不同方法進(jìn)行處理和綜合評(píng)價(jià)，并在確定選址影響因素權(quán)重時(shí)考慮了專(zhuān)家權(quán)重的不同.通過(guò)示例對(duì)選址評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用方法進(jìn)行了具體說(shuō)明，證實(shí)了其可行性.

衛(wèi)生填埋；填埋場(chǎng)選址；德?tīng)柗品?；層次分析法；灰色關(guān)聯(lián)模型；專(zhuān)家權(quán)重

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)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(wèn)題，也包含多項(xiàng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和法律問(wèn)題[1].美國(guó)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(zhǎng)，填埋因其簡(jiǎn)便且相對(duì)低成本仍然是最常見(jiàn)的固廢管理方法[3].據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理量為10 492.69萬(wàn)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(guó)家，由于焚燒的灰渣和循環(huán)利用的殘?jiān)枰幚?，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(chǎng)選址涉及諸多因素，影響要素體系復(fù)雜.較好的衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址可以減少固廢處理中的問(wèn)題，若選址決策不當(dāng)，一旦投入使用，將導(dǎo)致前期大量投入損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染.在衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(chǎng)地特性、運(yùn)輸距離、生態(tài)保護(hù)、公眾利益、及土地利用等幾大指標(biāo)[1,6-9]，但根據(jù)實(shí)際情況選擇影響因素，并無(wú)統(tǒng)一的指標(biāo)體系.目前衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(méi)有考慮多因素的專(zhuān)家權(quán)重問(wèn)題.在實(shí)際選址過(guò)程中，常會(huì)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(chǎng)選址是一個(gè)多影響因素評(píng)價(jià)系統(tǒng)，本文將從上述兩個(gè)方面進(jìn)行選址方法的改進(jìn)，并采用改進(jìn)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(chǎng)選址影響因素的確定

衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(yùn)輸條件和建場(chǎng)成本等.衛(wèi)生填埋場(chǎng)建設(shè)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)首先是選擇合適的場(chǎng)址并獲取相關(guān)影響因素的資料，衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址即是綜合相關(guān)影響因素資料，從多個(gè)意向場(chǎng)址中選取擬建場(chǎng)址.場(chǎng)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(dǎo)則》[11]的規(guī)定，如距居民居住區(qū)或人畜供水點(diǎn)的衛(wèi)生防護(hù)距離在500m以上，距河流和湖泊50m以上，距民用機(jī)場(chǎng)3km以上，使用年限在10年以上等.同時(shí)，對(duì)周?chē)h(huán)境影響需遵守《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[12]等的規(guī)定.

衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址的總目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)上可接受，對(duì)環(huán)境和公眾健康的影響最小.很多學(xué)者研究了填埋場(chǎng)選址，但目前還沒(méi)有被廣泛接受的集成多因素的方法.不同研究者和機(jī)構(gòu)提出了不同的規(guī)則，這些條件包括社會(huì)、文化、技術(shù)、環(huán)境和地理因素，在工程實(shí)踐中應(yīng)權(quán)衡各種因素.根據(jù)前期調(diào)查、法律法規(guī)及德?tīng)柗品ǖ?5位專(zhuān)家問(wèn)卷調(diào)查，論文提出了4類(lèi)16個(gè)影響因素，如表1所示.其中的4個(gè)衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址為說(shuō)明選址評(píng)價(jià)模型應(yīng)用方法的示例地點(diǎn)，但不影響該方法的使用和有效性.需要說(shuō)明的是，該指標(biāo)體系并不是固定不變的，其他衛(wèi)生填埋場(chǎng)的選址可以根據(jù)需考慮的影響因素等具體情況對(duì)該指標(biāo)體系進(jìn)行修改或完善.另外示例中，在該填埋場(chǎng)選址時(shí)，總投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用尚不明確，只能粗略估計(jì)多少.如果在實(shí)際工作中對(duì)總投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較明確，可以用具體數(shù)字替代，并在后續(xù)處理時(shí)按照精確數(shù)值屬性類(lèi)別進(jìn)行計(jì)算.

表1 衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(jì)算方法

對(duì)于多因素影響的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，首先需要確定各因素對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的影響程度，即權(quán)重.衛(wèi)生填埋場(chǎng)的影響因素眾多，確定各選址因素的重要程度需要深厚專(zhuān)業(yè)知識(shí)修養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，德?tīng)柗品╗13]是一個(gè)有效的途徑.德?tīng)柗品ㄓ址Q(chēng)專(zhuān)家意見(jiàn)法，通過(guò)匿名通信方式征詢(xún)專(zhuān)家小組成員的意見(jiàn)，然后將意見(jiàn)反饋給小組中其他專(zhuān)家，經(jīng)過(guò)多輪征詢(xún)，直至各專(zhuān)家不再更改自己的意見(jiàn)，從而獲得具有統(tǒng)計(jì)意義的專(zhuān)家集體意見(jiàn).

設(shè)第i位專(zhuān)家(i=1，2，…，I)的專(zhuān)業(yè)水平表示為Si，其對(duì)第k個(gè)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?tīng)柗品ǎ诠腆w廢物填埋處理、填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)以及填埋場(chǎng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面找了10位專(zhuān)家，分別對(duì)表1中16個(gè)影響因素在選址中的重要程度進(jìn)行打分，總分為100分.經(jīng)過(guò)三輪征詢(xún)與反饋，專(zhuān)家們不再修改他們的意見(jiàn)，10位專(zhuān)家的打分結(jié)果如表2所示.

表2 專(zhuān)家小組對(duì)16個(gè)影響因素重要程度的打分結(jié)果

根據(jù)式(1)和表2，16個(gè)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(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平的確定方法

表3 填埋場(chǎng)選址專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平體系Table3 Professionallevelsystemoflandfilllocationexperts專(zhuān)業(yè)水平因素分類(lèi)分值權(quán)重Ⅰ教授級(jí)高工100.40高工70.28中級(jí)職稱(chēng)50.20初級(jí)職稱(chēng)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(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)水平時(shí)，以前的研究大多假定專(zhuān)家的權(quán)重一樣，即不考慮專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平的不同.然而由于學(xué)術(shù)背景、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和從業(yè)時(shí)間等多種原因，專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平并不一致.專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平可按照其職稱(chēng)、對(duì)填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)相關(guān)理論的掌握和相關(guān)工作時(shí)間而綜合確定，如表3所示.其中，Ⅰ表示職稱(chēng)，Ⅱ表示對(duì)填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)相關(guān)理論的掌握程度，Ⅲ表示填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)相關(guān)工作時(shí)間.當(dāng)專(zhuān)業(yè)水平因素Ⅱ的具體情況不易得知時(shí)，可簡(jiǎn)單由Ⅰ和Ⅲ確定專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)水平.

對(duì)于各專(zhuān)業(yè)水平因素，考慮職稱(chēng)(Ⅰ)、對(duì)填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)相關(guān)理論的掌握程度(Ⅱ)和從事填埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)相關(guān)工作的時(shí)間(Ⅲ)，用表3中對(duì)應(yīng)的數(shù)字分別表示分值，然后進(jìn)行歸一化處理，即得相應(yīng)的權(quán)重.把各專(zhuān)家三個(gè)專(zhuān)業(yè)水平因素相應(yīng)分類(lèi)值的對(duì)應(yīng)權(quán)重相加得到累計(jì)權(quán)重，最后再進(jìn)行歸一化處理，可獲得專(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)水平.10位專(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)水平根據(jù)每位專(zhuān)家的實(shí)際情況求和，然后歸一化處理，如表4所示.

表4 10位專(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)水平

3 基于改進(jìn)AHP法與灰色關(guān)聯(lián)模型的選址方法

3.1 基于改進(jìn)AHP法的模糊數(shù)值處理

在衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址過(guò)程中，模糊數(shù)值的存在導(dǎo)致多因素多層次評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)處理難以進(jìn)行.例如，固體廢物的運(yùn)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(jìn)AHP法[14]進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其方法是：

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

(2)

其中，aij表示對(duì)模糊數(shù)值ai相對(duì)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(gè)數(shù).采用“五標(biāo)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(duì)于表1中的模糊數(shù)值，運(yùn)輸方式“公路”相對(duì)于“水路”取3，地形地貌“很好”相對(duì)于“較好”取2，地質(zhì)穩(wěn)定性“非常穩(wěn)定”相對(duì)于“穩(wěn)定”取3，黏土來(lái)源“豐富”相對(duì)于“較多”取2，水電供應(yīng)“非常便利”相對(duì)于“便利”取3，總投資和運(yùn)營(yíng)資金投入“較大”相對(duì)于“大”取2.

對(duì)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(chǎng)選址的影響因素之間并不相互獨(dú)立，而是存在一種灰色關(guān)系，因此用灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)4個(gè)擬選址地點(diǎn)進(jìn)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(biāo)和負(fù)指標(biāo)，又具有不同量綱，需針對(duì)不同類(lèi)型進(jìn)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(biāo).

對(duì)于正指標(biāo)：

(3)

對(duì)于負(fù)指標(biāo)：

(4)

(2)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)決策理論，選址評(píng)價(jià)以各地點(diǎn)影響因素向量與相對(duì)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(guò)規(guī)范化處理后，最優(yōu)向量為x0=(1，1，…，1).第i個(gè)選址處的第k個(gè)影響因素與最優(yōu)值的灰色關(guān)聯(lián)度ξ0i(k)計(jì)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(lái)降低極值對(duì)計(jì)算的影響，參考文獻(xiàn)[15]，綜合考慮參與比較的幾個(gè)方案具有較好平穩(wěn)性，選取ρ為經(jīng)驗(yàn)值0.5.

根據(jù)式(5)，4個(gè)擬選址處的16個(gè)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?tīng)柗品ù_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(gè)選址處的綜合選址評(píng)價(jià)結(jié)果為

(6)

根據(jù)式(6)，4個(gè)擬選址處的綜合選址評(píng)價(jià)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(yīng)軟件，使用者可以自選指標(biāo)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(jì)算時(shí)間.

4 結(jié)論

在衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址的工程實(shí)踐中應(yīng)權(quán)衡各種選址影響因素，提出了涵蓋交通運(yùn)輸條件、環(huán)境保護(hù)條件、建場(chǎng)條件和經(jīng)濟(jì)條件4類(lèi)影響因素，并可根據(jù)具體情況對(duì)該指標(biāo)體系進(jìn)行修改或完善.按照建立的指標(biāo)體系，對(duì)衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址方法進(jìn)行了改進(jìn)：

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

(2)衛(wèi)生填埋場(chǎng)選址是一種復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)問(wèn)題，可綜合運(yùn)用德?tīng)柗品?、改進(jìn)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(shí)需考慮專(zhuān)家權(quán)重的不同.

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(責(zé)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(mén)理工學(xué)院高層次人才項(xiàng)目(YKJ13036R)

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

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1673-4432(2016)05-0096-06