垃圾填埋场选址方法研究

宋媛媛+高惠瑛

摘 要：当前，我国农村生态环境恶化，严重制约我国农村的可持续发展，阻碍我国社会主义新农村的建设。生活垃圾污染尤为突出，通过垃圾卫生填埋来缓解这一问题是目前最为广泛使用，也是最彻底的方法。在建设垃圾填埋场的过程中填埋场的选址是最为关键的步骤，但目前国内综合论述垃圾填埋场选址方法的文献极少。本文结合中外文献对垃圾填埋场选址方法进行综合论述，旨在能高效地解决这一问题，加快社会主义新农村建设的步伐。

关键词：垃圾填埋场；选址；新农村；模糊层次分析法；GIS

中图分类号： X705 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-178-3

1 垃圾填埋场选址方法

1.1 层次分析法

层次分析法是美国运筹学家T.L.Saaty提出的一种多目标决策方法，目前已得到广泛应用。层次分析法可以将复杂的选址问题分为若干个层次，形成一个清晰的层状结构，通过各因素相对重要性的比较，进行候选方案的优劣排序。Wang G等，Mazaher M等研究了层次分析法在垃圾填埋场选址的应用，概括如下：

1.1.1 建立层次结构模型

层次结构模型第一层为案例的目标层，在此研究中即为垃圾填埋场的最优选址。垃圾填埋场场址的制约因素分为环境、经济和社会文化因素。这些制约条件构成了模型的第二层。将制约条件进行进一步的细化：经济因素分为与交通主干道的距离、土壤深度、土地费用、与城市的距离等；环境因素可细分为与饮用井水的距离、与地表水体的距离、地下水的质量与深度、土壤的渗透性等；社会文化因素分为与居民区的距离、与历史遗迹的距离、常年风向等。这些构成层次模型的第三层。

1.1.2 建立判断矩阵，并进行权重计算

高层次的某一要素（目标层或影响因素层）对应的下一层次的各影响因素组成一个比较小组。对同一比较小组里各因素进行两两比较。研究者对各因素的相对重要性做出的判断，构造出各制约因素的判断矩阵。根据判断矩阵，计算特征向量，即完成各要素对上一因素的相对重要性的量化。

1.2 模糊综合评价法

Zadeh在1965年提出模糊集合理论，为模糊数学的发展奠定基础。模糊合集理论比经典集合理论提供了一个更广泛的框架，因此它更具有反映真实世界的能力。垃圾卫生填埋场场址问题具有模糊性，因为对垃圾卫生填埋场选址的影响因素的评估往往是不确切的，很难用精确的值进行量化。因此将模糊的思想运用到垃圾填埋场的选址当中，可以得到更切合实际的解决方法。Chen J. F.等研究了模糊多属性决策法在垃圾填埋场选址的应用，概括如下：

①构建评价因素集。垃圾填埋场选址的评价因素包括环境、经济和社会文化等方面。将上述因素进行细化即可得到完整的评价因素集。

②确定评价等级与权重分配。评价等价可以是由“最佳”、“适宜”、“一般适宜”、“不适宜”组成的四级标准，也可以是由“很好”、“好”、“一般”、“差”、“很差”组成的五级评价标准，或研究者确定的其他评价标准。权重是按照各因素在评价体系中的相对重要性分配的，可由上述层次分析法得到。实现不同决策方法的综合，得到更科学的选址方案。

③建立各指标的隶属度函数，计算隶属度。

④构建模糊评判矩阵。将表示隶属度的模糊关系矩阵和权重进行运算合成可得到模糊评判矩阵，从而得到最终分析结果。

1.3 地理信息系统

地理信息系统（GIS）的软件系统具有将空间数据进行储存、检索、处理、分析，并将空间数据绘制成图等功能，目前在土地规划方面已经得到广泛应用。GIS在选址分析中的应用起始于19世纪70年代，目前已深入到垃圾填埋场的选址中。空间分析功能是GIS 的核心，李晓军在GIS的空间分析方法方面做了详细的论述。Sumathi V R等，Uyan M研究了GIS在垃圾填埋场的选址中的应用，概括如下：

①建立GIS分析所需的数据库。将信息数字化，建立表征各限制因素的专题图层，如土地使用图层、地下水分布图层等，在土地利用图的基础上将各图层进行叠加分析，综合考虑所有制约因素的影响。

②建立缓冲区图层，即不适宜作为垃圾填埋场的选址范围，如池塘、河流、道路等区域。利用GIS的缓冲区分析功能，对场址进行缓冲区分析并与上述结果进行叠加，缩小选址范围。

③通过以上步骤，我们可以得到垃圾填埋场的可行域。结合层次分析法，模拟综合评价法可以得到最适宜发展城市固体垃圾填埋场的场址。

2 三种选址方法评价

根据上述分析可知：这三种方法都有各自的优点和局限性。层次分析法自被发明以来得到了广泛的使用，因为它可以将复杂的系统问题条理化，可以结合决策者的主观判断，对各选址因素进行定量的描述，进而得到最优决策。但层次分析法使用不平衡的判断，而且其规模不能充分处理成对比较过程中固有的不确定性和不精确性，这些构成了层次分析法的系统性缺陷。

模糊评判法将模糊的思想引入决策中，可以更真实的描述现实，从而得到更科学精确的选址。在对影响因素进行量化时，层次分析法是依据前人经验得出权重值，偏差一般较大，模糊评判法是在层次分析法确定的影响因素及各影响因素权值的基础上进行运算的，通过权值向量和隶属函数确定最终结果，会对偏差结果有适当的修正。

因此将层次分析法和模糊综合评价法结合使用会得到更准确的结果。在实际运用的过程中通常将层次分析法和模糊评价法综合使用称为模糊层次分析法。这种方法结合了模糊评价法对模糊问题有更好的适应性的特点和层次分析法将复杂问题层次化、条理化等优点。利用层次分析法确定各指标的权重，模糊评价法进行模糊分析，在实践中取得了良好的效果，如Donevska K. R.等做的相关研究。

层次分析法和模糊评价法都只能对已有的备选方案做适宜性评价，不可以确定候选场址。而GIS可以处理大量复杂的空间数据，对其进行空间分析，确定候选场址，并将结果绘制成图，实现结果可视化。除此，GIS还可以保存账户数据，便于收集操作和提供客户服务，从而实现对垃圾填埋场的长期监测。但是，单独使用GIS无法完成垃圾填埋场的选址工作，因为GIS没有对多方案评价的功能。

3 三种选址方法结合

在实际运用中，将GIS与模糊层次分析法进行结合，可以得到最适宜的垃圾填埋场选址。之后利用模糊层次分析法对可能的场址进行适宜性分析，进而得到最优的场址，Donevska K. R.等，Aydi A.等进行过相关研究。

3.1 构造层析结构模型

根据该地区的实际条件，构造该案例的层次结构模型，如下所示（图1）。

3.2 确定模糊函数及隶属度

选择合适的模糊函数及控制点对评价指标进行标准化，指标标准化的结果是各评价指标的隶属度。较高的隶属度意味着该地区更适宜作为垃圾填埋场的选址。计算结果如表1所示。

3.3 利用GIS生成标准化地图

根据计算出的隶属度，利用GIS空间分析功能生成各评价指标的标准化地图，见图2。

3.4 利用AHP计算各评价指标的权重

建立比较矩阵，通过两两对比确定各评价指标的权重。由CR=0可知该矩阵具有良好的一致性。计算结果如表1所示。表中1/9至1/3代表较不重要，1至9代表较重要，重要程度随数值增大而递增。（表2）

3.5 指标综合

结合层次分析法计算出的权重，利用线性加权组合法将环境和经济评价指标分别综合，再分三种情况将环境和经济评价指标进行整合：环境因素和经济因素占的百分比在情况a、b、c中分别是（a） 0.75，0.25 （b） 0.5，0.5（c） 0.25，0.75。最终计算值越高表示该地越适宜作为垃圾填埋场的选址。如图3所示。

3.6 结果分析

在环境因素权重较高的情况中，最合适的区域分布在高原，主要是在土壤渗透性低的区域。在图3中最合适的区域的水文地质特性符合国家和欧盟法律要求。然而，这些区域远离人口稠密的定居点，不满足垃圾填埋场成本最小化的目标。在经济因素权重较高的情况中，最合适的区域是山谷接近人口稠密的定居点。

4 结语

我国农村生态环境现况不容乐观，其恶化程度严重制约我国农村的可持续发展，阻碍我国建设社会主义新农村的步伐。农村环境污染主要包括农业面源污染、生活垃圾污染、乡镇企业污染和生态环境破坏四个方面。垃圾填埋是缓解生活垃圾污染最有效的方法。在建设垃圾填埋场的过程中，填埋场的选址是最为关键的步骤。垃圾填埋场选址是一项综合性很强的任务，受环境、经济和社会文化等因素制约，使用科学的选址方法有利于效益最大化。

本文对层次分析法、模糊综合评价法和地理信息系统在垃圾填埋场选址中的应用进行详细分析，综合评价三种方法的利弊，提出综合使用三种方法可得到更精确的决策，并利用案例加以证明。利用GIS分析空间数据可得到候选场址，利用模糊层次分析法对候选场址进行适宜性分析，从而得到最优场址。

本文引用大量外文文献，旨在学习国外先进的选址方法，将理论尽快渗透进实践中，高效地解决这一问题，从而改善农村的生态环境，加快社会主义新农村建设的步伐。

参 考 文 献

[1] 褚巍.农村中生活垃圾管理与处理处置研究[D].合肥工业大学，2007.12-14.

[2] 刘长礼，张云，王秀艳.城市垃圾地质填埋场址的优选方法[J].地球学报，1998，04：103-107.

[3] 刘云斌.城市生活垃圾填埋场选址模糊综合评判系统[D].西南交通大学，2004.26.