基于分层抽样的垃圾减量分类效果研究

赵天梅，朱家明，张娟娟，苏思美

(安徽财经大学 统计与应用数学学院，安徽 蚌埠 233030)

随着人们生活水平的不断提高，居民生活垃圾作为人类活动产生的副产品，同时也深刻地影响着人类的生活，对其分类回收处理的程度影响着城市中人们的生活环境，也影响着城市化的进程，故垃圾减量分类活动就显得尤为重要.深圳市是我国改革之先锋城市，对垃圾分类的处理走在国内前列，本文基于统计学分层抽样方法，就深圳市的垃圾减量分类效果作一探讨[1].

1 深圳市生活垃圾现状分析

1.1 深圳市生活垃圾清运量现状[2]

自深圳经济特区成立以来，深圳的发展日新月异，并已经跻身于我国一线城市的行列.近年来，深圳市生活垃圾清运处理量持续增长.2009年以前，年增幅约8 %；2009至2011年间增长放缓，增幅约0.5 %；2012年增幅回到5 %.

1.2 目前深圳市垃圾减量分类面临的几个问题

1) “垃圾分类，人人有责”的观念尚未在社会上普及，市民自觉参与意识需要进一步增强；2) 资源回收再利用工作需要进一步推动；3) 加强垃圾减量分类需要法治建设支持；4) 居民现有投放垃圾的习惯需要改变；5) 目前垃圾费随水费征收的定额模式过于粗放，不符合“污染者付费”和公平原则；6) 厨余垃圾处理设施建设工作需要进一步推进，否则会产生“前端分类、后端杂烩”的现象.

2 深圳市生活垃圾分类效果建模

2.1 垃圾减量分类过程基础数据分项及颗粒度

深圳市将垃圾主要分为厨余类、纸类、橡塑类、纺织类、竹木类、灰土类、砖瓦类、玻璃类、金属类以及其他类，该基础分项与北京、上海、美国、香港、日本、荷兰等各地区的垃圾分项有所差异，具体数量差异可于表 1中易见深圳垃圾组分中其他类占总量的 10 %左右.这也就说明深圳的基础数据分项较其他城市尚不足够，仍需将其他类进行细致划分以得到更多的分项数据.

在对垃圾含水率和物理组成的干基比例进行测定时，颗粒度是个关键因素，而在对于垃圾减量分类的研究中，垃圾含水率和干基比又占很大比重，因此颗粒度有着十分重要的作用.1) 在一次样品制备时需将垃圾样品中大粒径物品破碎至100～200 mm；2) 在二次样品制备时需将生活垃圾样品中各种成分的粒径分级破碎至5 mm以下；3) 在混合样品时要严格按照生活垃圾样品的物理组成的干基比例进行计算，将粒径为5 mm以下的各种成分混合均匀，再用研磨仪将其粒径研磨至0.5 mm以下；4) 在合成样品时要用研磨仪将烘干后的粒径为5 mm以下的各种成分的粒径分别研磨至0.5 mm以下.

表1 部分国内外垃圾组分对比 %

2.2 分层随机抽样模型[3]

在进行减量分类模式大面积推广时，对于如何设置少量抽样数据来检测一定区域内垃圾减量分类工作的效果，本文构建分层随机抽样模型予以说明.

以深圳市天景花园和阳光家园垃圾产量评价为例，将小区内的居民作为调查对象，采用自填式问卷法收集数据.由于天景花园为多层住宅，常住户有147户；阳光家园为高层住宅，常住户有1 020户.若对这些住户全部进行调查，那么数据就会因为太多太杂从而降低分析效果，故应该采用分层随机抽样的方法对其进行处理.根据居民的收入水平和户籍类型来进行分类问卷调查，且在问卷题目的设计上还涉及家庭结构、教育状况、督导与否、有无激励措施和个人生活习惯等问题.例如：1) 您的家庭结构属于哪种？2) 您有指定地点指定时间丢放垃圾的习惯吗？3) 小区垃圾分类活动的监督情况如何等选择性问题，这样才能充分考虑垃圾减量控制模型.具体的操作步骤如下：

首先将这1 167户(假设每户3人，故共有N = 3 501人)常住户居民大致分为六类，即高收入农业户口( n1)，高收入非农业户口( n2)，中等收入农业户口( n3)，中等收入非农业户口( n4)，低收入农业户口( n5)，低收入非农业户口( n6) 6类，然后再在这6类居民中进行随机抽样调查；然后将问卷随机发放给这些抽中的居民，让其独立完成调查问卷，并对每份问卷进行有效性审查.共发出问卷400份，回收400份，回收率100 %，有效问卷380份，有效率为95 %.

借助于抽样调查的数据，先确定分层抽样的分配比例，即6类人群分别占总体住户人数的比例，也就是按各层的层权( Hi)进行分配，这时：

其中 ni表示第i居民的人数， N 代表两个小区的总人数， Hi表示第 i层的层权.

其次，再确定每类人群应投放的调查问卷的数量( Ki)：

其中 Ki表示第i类人群应投放的调查问卷的数量，M表示有效问卷的数量.

这样调查问卷的投放结构就最为合理，收集到的数据量相对较少，且能较好地检测一定区域内垃圾减量分类工作的效果.对于问卷上的问题采用单项选择方式，且假设共有6道题，且每个选项在后期数据统计分析时可以量化为范围在 0-1的阶梯型分数，故具体的评价效果可根据对垃圾减量分类工作效果的评价定级表(见表2)，再结合所收集到的380份问卷数据得到，则xi(i=1,2,…380)表示每份调查问卷中居民回答问题所获得的总分数，即是对垃圾减量分类效果的评价值.最后对于收集到的评价值可以根据6类人群的不同进行对比分析，完善分析结果.

表2 对垃圾减量分类工作效果的评价定级表

2.3 干预分析模型[4]

为了研究深圳未来5年推进垃圾减量分类工作的关键措施，并预测措施实施的最好与最坏的结果，本文通过与台湾垃圾分类效果对比后，引入了干预分析模型.

由相关资料了解到：台湾 1996—2011年城市生活垃圾人均日清运量(如表 3所示)以及深圳市 2000—2010年城市生活垃圾人均日清运量.用EXCEL软件拟合得到台湾1996—2011年城市生活垃圾人均日清运量随时间的变化关系(如图1所示)为[5]：

表3 台湾1996—2011年城市生活垃圾人均日清运量 kg

图1 台湾1996—2011年城市生活垃圾人均日清运量

其中可决系数 R2=0.975 2，拟合效果相当好，可以看出随着台湾政府对垃圾减量分类所采取的措施与办法取得非常好的效果，在1996—2001年间台湾城市生活垃圾人均日清运量随着时间的变化越来越少.

根据表4中深圳市2000—2011年城市生活垃圾人均日清运量数据用用EXCEL软件拟合得到台湾和深圳市2000—2011年城市生活垃圾人均日清运量随时间的变化关系(如图2所示)，可以看出2000—2011年深圳市城市生活垃圾人均日清运量呈现缓慢上升的趋势，而台湾 1996—2011年城市生活垃圾人均日清运量在减少，得益于台湾这么多年对垃圾减量分类采取的各种方法.台湾的这些成功做法对深圳市的垃圾处理具有非常大的借鉴作用，从 2003—2011年深圳市的城市生活垃圾人均日清运量一直在1.2 kg上下波动，假设深圳根据实际情况以台湾作为参考，则有可能达到同样的效果.

表4 深圳市2000—2011年城市生活垃圾人均日清运量 kg

图2 深圳市2000—2011年城市生活垃圾人均日清运量散点图

以台湾作参考，构建政府干预模型，即政府加大投资；加大宣传力度；建立健全相关法律法规；以及实行垃圾费随袋征收等相关措施，假设这些措施在深圳切实可行，则可以取得与台湾心痛的效果，在 2011年以后，深圳城市生活垃圾人均日清运量随时间变化模型为： v =-0 .053 3 x + 1 08.39，由此可预测未来五年深圳城市生活垃圾人均日清运量的变化(如表5).

表5 深圳市2000—2011年城市生活垃圾清运量 kg

为了能够预测未来5年深圳城市生活垃圾的总清运量，对短期内深圳市人口进行预测.用EXCEL拟合出短期深圳人口随时间的变化曲线(如图3所示)为：

p = 4 1.218 x -81 799

图3 深圳市1991—2011年常住人口趋势图

其中 R2=0.986 9，拟合效果很好，由此式可以预测出未来5年深圳市常住人口数(如表6).

表6 深圳市2013—2017年常住人口预测值 万人

由于就目前的情况看，深圳的城市生活垃圾人均日清运量在1.2 kg波动，假设未来深圳采取措施未得到成效，则在未来5年内深圳生活垃圾人均日清运量将有可能一直在1.2 kg波动，或有所上升，假设未来5年内深圳市采取垃圾减量分类未取得任何成效为最坏的结果，则未来5年内深圳生活垃圾人均日清运量为1.2 kg.由此可知深圳市生活垃圾日清运量为 tpvz= (结果如图 4所示)，其中 t为一年的天数，这里假设每年的天数为365天；p为深圳的常住人口数(万人)，v为该年的城市生活垃圾人均日清运量.

图4 深圳市2013—2017年城市生活垃圾清运量预测趋势图

所以根据图 4，在未来 5年，深圳市城市生活垃圾清运量最好结果为 431.58万吨/年，而最坏结果为585.92 万吨/年.

3 关于深圳市垃圾减量分类的几点建议

通过研究台湾在垃圾减量分类过程中取得的成果，结合深圳市实际情况，就深圳市垃圾分类提出以下几点建议[6-7]：

3.1 加大宣传投入，不断增强市民自觉参与意识

从大学教育、中学教育到小学教育应该逐渐加大相关知识的宣传力度.利用各种媒体加大环境保护知识的宣传力度，利用特定的节日对垃圾分类相关知识进行宣传教育，有利于环境保护知识的宣传和推广.

3.2 强力推动资源回收再利用工作，提高资源回收再生利用率

垃圾收运车挂设厨余收集桶，每逢资源回收日，垃圾收运车后面跟随一部资源回收车，方便居民分类投放垃圾和资源回收.同时，设立资源回收管理基金，该基金的资金来源是对生产制造、进口或销售公告中应回收废弃物厂商征收的清除处理费，用途主要是对从事资源回收的社区居民、回收商、地方政府清洁队进行补贴，运用政府“有形的手”调节促进资源回收.

3.3 启动“垃圾费按量（随袋）征收”试点工作，建立激励机制，发挥经济杠杆作用

垃圾费按量征收符合“污染者付费”和公平原则，是国际公认的运用经济手段促进垃圾减量的有效措施.推进资源回收主要采取建立激励机制，发挥“经济诱因”的杆杠作用.其一是建立“资源回收资金”制度，对资源回收行业进行补贴，使一些无利或微利的又有回收价值的废弃物进入资源回收渠道；其二是推行“垃圾费按量(随袋)征收”制度，允许分类出来的资源垃圾和厨余可以不用专用垃圾袋，免收垃圾费，这形成了“既做环保，又能省钱”的局面，极大地鼓励了资源回收和垃圾分类.

3.4 加强垃圾减量分类的法治建设

加强城管执法队伍建设，积极开展环卫执法工作，严格查处行人乱丢乱吐、往车窗外抛垃圾、门店外扫垃圾等违法行为，建立严格有效的执法系统，对违法行为予以查处，为下一步开展垃圾减量分类执法工作奠定基础.与此同时，赋予城管执法对自然人的强制执行权限，提高执法效能.今后，不论是推行“垃圾强制分类”，还是可能采取的“垃圾费随袋征收”，均需要严格执法予以配合保障.

3.5 在各小区中推行“垃圾不落地”

依照台湾推进垃圾减量分类“垃圾不落地”的做法，再对照天景花园实行垃圾减量分类所取得的显著成效，可在天景花园等小区试行“撤消楼层垃圾桶，实行垃圾相对集中定时定点投放”.这种方式由于投入小、效果好，小区物业管理公司比较支持.可以根据实际情况广泛推行.

4 结束语

针对深圳市垃圾围城问题，本文首先对垃圾减量分类过程基础数据分项及颗粒度进行介绍.在进行减量分类模式大面积推广时，对于如何设置少量抽样数据来检测一定区域内垃圾减量分类工作的效果，构建分层随机抽样模型予以说明.并参考台湾垃圾分类措施，建立干预分析模型.结果显示：当深圳市采取适当措施后，垃圾量将大大减少.

[1] 佚名.2013“深圳杯”数学建模大赛夏令营C题[EB/OL].[2013-05-12].www.mcm.edu.cn/html_cn/node/0d8da9c9578bcd26d 030683531ea8e50.html.

[2] 佚名.中国工具书网络出版总库[EB/OL].[2013-06-03].http://gongjushu.cnki.net/refbook/detail.aspx?QUERYID=1&CURREC=2&RECID=R20080.

[3] 曾五一.统计学简明教程[M].北京:中国人民大学出版社,2012:18-30.

[4] 孔大华,刘广莲,佘治.干预分析模型在BDI指数预测中的应用[J].中国水运,2010(11):89-91.

[5] 李子奈,潘文卿.计量经济学[M].3版.北京:高等教育出版社,2010:50-53.

[6] 沈颖青.我国垃圾分类现状及对策建议[J].北方环境,2011(8):13-14.

[7] 王建明.垃圾管制的一体化环境经济政策体系研究[J].中国人口、资源与环境,2009(2):98-103.