秸秆焚烧和综合利用的定量评估分析

2013-07-14何舒

赤峰学院学报·自然科学版 2013年17期

关键词：排序经济效益秸秆

何舒

（安徽财经大学数学与应用数学，安徽蚌埠233000）

秸秆焚烧和综合利用的定量评估分析

何舒

（安徽财经大学数学与应用数学，安徽蚌埠233000）

本文主要安徽省秸秆焚烧的危害和秸秆综合利用带来的社会经济效益进行定量评估，秸秆的危害主要是根据往年的秸秆焚烧量用层次分析法进行决策分析，使用matlab并利用组合预测求解出了各方案层的权重向量，而对于秸秆综合利用的社会效益和经济效益是在预测到在未来8年秸秆量的基础上,使用EXCLE对秸秆利用带来的收益进行分析的，最后根据模型求解得到的结论，对安徽省秸秆的综合利用给予了一些政策上的建议.

秸秆综合利用；层次分析法；组合预测；M atlab；EXCLE

安徽省近些年来随着农业技术的进步和政府对三农政策的改善，农业有了较快的发展，农产量的增长变得更加的明显，安徽处在温带与亚热带的过度地区，所以四季明显，农业区域差异显著，种植的作物在不同的区域种类也有不同，例如芜湖这样偏安徽南部地区以水稻为主要农作物，而蚌埠、宿州这些偏北地区则是以小麦为主要农作物，但是不管是安徽的哪个农业区都是以旱作为主，比如：小麦、玉米、芝麻、大豆、高粱、棉花、花生等.因此，产生的秸秆比较多，在当前秸秆的综合利用水平还不高的形势下，秸秆的大量焚烧会产生一系列的环境问题，甚至是社会问题，科学利用农作物的秸秆，使其变废为宝成为了一项重要的社会任务，更是责任.

1 问题的分析

本文需要对秸秆焚烧的危害与秸秆综合利用的社会经济效益进行定量的评估，在解决定量评估危害方面，首先要对危害进行分类，在分析出产生每种危害的物质，这样就可以采用层次分析法[1]进行分析秸秆焚烧的危害.

社会经济效益的评估必须要在预测到未来秸秆产量的基础上进行，所以先采用组合预测的方法预测出秸秆在未来8年的产量，进而通过产量的多少进行社会经济效益的评估，社会经济效益的评估需要将秸秆的综合利用进行分类，最后计算每种利用里秸秆所带来的收益，根据收益的多少进行经济效益的评估.

2 合理的假设

（1）秸秆焚烧的危害主要分为三个方面进行研究，假设所有的主要危害都包含在这三种危害之中.

（2）未来几年无重大自然灾害，秸秆的未来产量会按照原有的规律进行变化.

（3）假设秸秆的经济效益可以用秸秆综合利用所带来的收益进行定量评估.

（4）假设秸秆的社会效益可以转化为经济效益，然后进行综合评估.

3 秸秆焚烧危害的评估

3.1 层次分析模型[2]的建立

（1）首先建立递阶层次结构模型

图1 焚烧秸秆危害的递阶层次结构模型

本文选用层次分析模型对秸秆焚烧的危害进行评价，秸秆焚烧的危害有浪费生物资源、污染空气、引发火灾、破坏土壤结构等，这些危害涉及到烟尘烟雾、的排放量，酸雨酸雾等.根据各元素的隶属关系和关联程度建立递阶层次结构，如图1，构造比较判别矩阵，在单准则下进行排序及一致性检验，最后做出总的排序，从而做出定量的比较评估.

上图中，秸秆焚烧的危害是目标层也是最高层，是要评估的目标，中间层也就是准则层，表示的是秸秆焚烧产生的各种危害物，是秸秆焚烧的中间环节，最底层也就是方案层，是秸秆焚烧危害的各种变现形式，相当于一般层次分析发中的决策方案和各种措施，使其能达到目标.

（2）构造各层次中的判断矩阵

将准则层与方案层的各个因子进行两两比较，建立成对的比较矩阵，这个矩阵就称为判断矩阵，并通过1～9及其导数作为标度对各因子的重要程度进行判断，通过不断的判断和修改判断矩阵，会得出各个因子之间一个合理的排序.

（3）层次单排序及一致性检验

判断矩阵对应于最大特征值的特征向量，经归一化后即为同方一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这就完成了层次单排序.

（4）层次总排序及一致性检验

通过⑶中的层次单排序最终会得到最底层中各方案对于目标的排序权重，从而可以对各个秸秆焚烧的危害形式进行定量的评估，总排序权重会自上而下地将单准则下的权重进行合成.

3.2 层次分析法模型求解

（1）求解判别矩阵

建立准则层B对总目标A的比较判别矩阵[3]，见表1，以bi(i=1,2,3)分别代表烟尘烟雾、酸雨酸雾、CO2、CO、SO2为比较准则，P层各元素两两比较判别矩阵Bij，见表2.

表1 准则层的判断矩阵

表2 方案层的判断矩阵

（2）进行层次单排序和一致性检验

根据⑴中的判断矩阵[4]可以求得各层之间的层次单排序，见表3

表3 各层次之间的层次单排序

由表3可见，所有四个层次单排序的CR值均小于0.1，符合一致性要求.

结论：通过比较Ai-P和Bi-P的层次单排序的权重向量在空气污染方面，发现烟尘烟雾以及CO2、CO、SO2的危害所占比重最大，说明烟尘烟雾以及CO2、CO、SO2是秸秆焚烧产生的危害最严重的污染物.

（3）得到方案层的权重排序见表4和图2

表4 四种方案的权重排序

由计算可以得到CR=0.0609＜0.1，通过一致性检验.

权重排序为P2＞P3＞P4＞P1,即在焚烧秸秆的过程中，四种危害相对而言空气污染程度最大，引发火灾次之，破坏土壤结构第三，对浪费生物资源的危害最小，这四种危害所占总危害的权重都超过10%，说明秸秆焚烧产生的各方面的危害是比较严重的.

由表4和表5共同得到的结论：秸秆焚烧对空气污染的危害最大，占其总危害的49.7104%，引发火灾的危害占总危害的25.0264%，破坏土壤危害程度占总危害的13.5808%，浪费生物资源的危害占总危害的10.6924%.

4 组合预测[5]模型预测秸秆未来产量

4.1 组合预测模型

通过观察历年秸秆产量的变化趋势（网上资料查得），分别采用灰色马尔可夫预测模型、一元非线性回归模型和时间序列中的Logistic模型预测安徽省秸秆产量，以下就是分别使用上述的三种预测方法预测近几年的秸秆产量，组后将这三种方法合成的过程.

4.2 组合预测模型的求解

（1）灰色马儿可夫预测法的求解

根据matlab的求解，可以得到2012-2020年的秸秆产量如表5

运用matlab编程求得的时间响应函数为：

表5 灰色预测求得的2012-2020年的秸秆产量

经检验，其平均相对误差＜0.1，达到了一级精度，并且由表中的数据可以明显的看出秸秆的产量在随着年份的增长在增长，这符合农业发展的趋势，所以该模型可用.

（2）一元回归预测的求解

根据拟合求得的预测模型：

同样可以预测到2012-2020年的秸秆产量，见表6

表6 一元回归预测的2012-2020年的秸秆产量

经计算可得其可决系数r=0.9999，对于n=7，α=0.01，查临界值为r0.01=0.9435,r＞r0.01,故回归方程有效，则可以用这种方法进行预测.

（3）时间序列模型（Logistic模型）的求解

根据matlab求得的Logistic预测模型为：

由该模型预测到的2012-2020年的秸秆产量，见表7

表7 时间序列法预测的2012-2020年的秸秆产量

通过计算可以得到可决系数r=0.9404，且平均相对误差远小于0.1，达到了一级精度，说明预测效果较好，可以用来预测秸秆的产量.

（4）权重合成的求解

由以上的三种预测方法得到的预测值中，灰色马儿可夫预测的值偏大，一元回归预测的值次之，时间序列预测的值最小，说明三种预测方法预测到的秸秆产量有一定的差异，仅用某一种方法预测到的值进行危害的评估是不准确的，因而讲三种预测值用加权的方法进行处理，使得最后的结果更加准确，首先对三种预测值进行加权平均求得最终的秸秆的总产量变化如图2，再根据层次分析法中已经求得各种危害的权重值对各种危害进行评估.

图2 三种预测方案的预测值与原始值的比较

由图2可以看出，在三种预测方案中，虽然秸秆的产量有一定的差别，但是秸秆的产量大致都是呈上升状态最后达到平稳状态，说明随着秸秆的产量在逐年的增加，秸秆在各个方面的危害也是在不断的增大，但是当农业的进步发展到一定的水平后，秸秆的产量不再大幅度的增加，而是在小范围内波动，意味着在秸秆的产量增加到一定的程度后，秸秆的焚烧对各方面的危害也会达到稳定的程度，由求得的数据可以得到：当秸秆的产量增长到4035万吨时，对各种危害的程度将不会大幅度上升，并且假设层次分析法中的各种危害的权重在近几年不会变化很大，因而根据求得数据的分析，秸秆的焚烧在各种危害中的数量将会增加，但是各种危害的权重没有太大的变化.

5 秸秆综合利用的社会经济效益

在在组合预测中已经预测到未来8年的秸秆产量，根据查得资料[6]可以得到秸秆各种利用转换为经济效益的转化率数据，根据这两方面的信息可以求得安徽省未来8年秸秆综合利用的社会经济效益，见表8

表8 2012-2020年秸秆综合利用的社会经济效益

表中的数据可以明显的得到在秸秆还田的收益上最终会在310000万元左右波动，制作酒精的会在403.5万吨左右波动，制作沼气的量在1049000万立方米左右波动，制作饲料的收益在564900万元左右波动，通过最终的结果可以直观的评估秸秆综合利用的社会经济效益是在逐年的增长，并且由于秸秆的产量在增长到一定范围后就会稳定在某一个值，导致秸秆综合利用带来的社会经济效益也有相同的变化趋势，即先增长后稳定.