城市固体废物卫生填埋场选址方法研究

刘 征,刘建福,程慧艳

(厦门理工学院环境科学与工程学院，福建 厦门 361024)



城市固体废物卫生填埋场选址方法研究

刘 征,刘建福,程慧艳

(厦门理工学院环境科学与工程学院，福建 厦门 361024)

针对卫生填埋场选址方法在选址影响因素特性和专家权重处理方面的不足，提出了基于改进层次分析法与灰色关联模型的城市固体废物卫生填埋场选址方法.该方法主要特点：根据前期调查、法律法规及德尔菲法提出了涵盖交通运输条件、环境保护条件、建场条件和经济条件4类选址影响因素；将选址影响因素分为模糊数值和精确数值两种属性类别并采用不同方法进行处理和综合评价，并在确定选址影响因素权重时考虑了专家权重的不同.通过示例对选址评价模型的应用方法进行了具体说明，证实了其可行性.

卫生填埋；填埋场选址；德尔菲法；层次分析法；灰色关联模型；专家权重

随着工业经济发展和人民生活水平的提高，城市固体废物量不断增加.城市固废是水、大气和土壤的重要污染源，受到公众极大关注.城市固体废物管理不仅是环境问题，也包含多项社会、经济和法律问题[1].美国环保署制定了集成固体废物管理的4种策略：源头削减、循环利用和堆肥、焚烧(回收能量)、填埋[2].尽管其他处理方法的比例在不断增长，填埋因其简便且相对低成本仍然是最常见的固废管理方法[3].据最新统计，2013年我国生活垃圾无害化处理量为10 492.69万t，其中卫生填埋占68.2%[4].即使在废物循环利用和焚烧占比很大的国家，由于焚烧的灰渣和循环利用的残渣需要处理，固体废物填埋仍然不可避免[5].

城市固体废物卫生填埋场选址涉及诸多因素，影响要素体系复杂.较好的卫生填埋场选址可以减少固废处理中的问题，若选址决策不当，一旦投入使用，将导致前期大量投入损失和严重的环境污染.在卫生填埋场选址方面，研究者们利用各种技术手段提出了多种方法,考虑了多种影响因素，如场地特性、运输距离、生态保护、公众利益、及土地利用等几大指标[1,6-9]，但根据实际情况选择影响因素，并无统一的指标体系.目前卫生填埋场选址方法存在以下不足：(1)较少区别选址影响因素的特性，模糊数值和精确数值均按同一种方法处理；(2)没有考虑多因素的专家权重问题.在实际选址过程中，常会出现一址的甲影响因素较好，乙影响因素较差，而另一址的甲影响因素较差，乙影响因素较好的情况.卫生填埋场选址是一个多影响因素评价系统，本文将从上述两个方面进行选址方法的改进，并采用改进AHP(Analytichierarchyprocess，层次分析法)法和灰色关联决策理论获得选址结果.

1 卫生填埋场选址影响因素的确定

卫生填埋场选址的影响因素很多，除了法律法规方面外,主要影响因素还包括地理环境、交通运输条件和建场成本等.卫生填埋场建设成功的关键环节首先是选择合适的场址并获取相关影响因素的资料，卫生填埋场选址即是综合相关影响因素资料，从多个意向场址中选取拟建场址.场址选择必须符合《生活垃圾卫生填埋技术规范》[10]和《生活垃圾卫生填埋技术导则》[11]的规定，如距居民居住区或人畜供水点的卫生防护距离在500m以上，距河流和湖泊50m以上，距民用机场3km以上，使用年限在10年以上等.同时，对周围环境影响需遵守《生活垃圾填埋污染控制标准》[12]等的规定.

卫生填埋场选址的总目标是经济上可接受，对环境和公众健康的影响最小.很多学者研究了填埋场选址，但目前还没有被广泛接受的集成多因素的方法.不同研究者和机构提出了不同的规则，这些条件包括社会、文化、技术、环境和地理因素，在工程实践中应权衡各种因素.根据前期调查、法律法规及德尔菲法的35位专家问卷调查，论文提出了4类16个影响因素，如表1所示.其中的4个卫生填埋场选址为说明选址评价模型应用方法的示例地点，但不影响该方法的使用和有效性.需要说明的是，该指标体系并不是固定不变的，其他卫生填埋场的选址可以根据需考虑的影响因素等具体情况对该指标体系进行修改或完善.另外示例中，在该填埋场选址时，总投资和运营费用尚不明确，只能粗略估计多少.如果在实际工作中对总投资和运营费用比较明确，可以用具体数字替代，并在后续处理时按照精确数值属性类别进行计算.

表1 卫生填埋场选址的影响因素

2 影响因素权重的确定

2.1 选址影响因素权重的计算方法

对于多因素影响的评价系统，首先需要确定各因素对评价系统的影响程度，即权重.卫生填埋场的影响因素众多，确定各选址因素的重要程度需要深厚专业知识修养和实践经验，德尔菲法[13]是一个有效的途径.德尔菲法又称专家意见法，通过匿名通信方式征询专家小组成员的意见，然后将意见反馈给小组中其他专家，经过多轮征询，直至各专家不再更改自己的意见，从而获得具有统计意义的专家集体意见.

设第i位专家(i=1，2，…，I)的专业水平表示为Si，其对第k个因素(k=1，2，…，K)重要程度打分为Wik，则该因素的权重wk表示

(1)

根据德尔菲法，在固体废物填埋处理、填埋场建设和运营以及填埋场环境影响评价方面找了10位专家，分别对表1中16个影响因素在选址中的重要程度进行打分，总分为100分.经过三轮征询与反馈，专家们不再修改他们的意见，10位专家的打分结果如表2所示.

表2 专家小组对16个影响因素重要程度的打分结果

根据式(1)和表2，16个影响因素的权重分别为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 专家专业水平的确定方法

表3 填埋场选址专家专业水平体系Table3 Professionallevelsystemoflandfilllocationexperts专业水平因素分类分值权重Ⅰ教授级高工100.40高工70.28中级职称50.20初级职称30.12Ⅱ非常熟悉100.40熟悉70.28比较了解50.20了解一般30.12Ⅲ>20a100.3610～20a80.295～10a60.213～5a30.11<3a10.04

在确定专家的专业水平时，以前的研究大多假定专家的权重一样，即不考虑专家专业水平的不同.然而由于学术背景、实践经验和从业时间等多种原因，专家专业水平并不一致.专家专业水平可按照其职称、对填埋场建设和运营相关理论的掌握和相关工作时间而综合确定，如表3所示.其中，Ⅰ表示职称，Ⅱ表示对填埋场建设和运营相关理论的掌握程度，Ⅲ表示填埋场建设和运营相关工作时间.当专业水平因素Ⅱ的具体情况不易得知时，可简单由Ⅰ和Ⅲ确定专家专业水平.

对于各专业水平因素，考虑职称(Ⅰ)、对填埋场建设和运营相关理论的掌握程度(Ⅱ)和从事填埋场建设和运营相关工作的时间(Ⅲ)，用表3中对应的数字分别表示分值，然后进行归一化处理，即得相应的权重.把各专家三个专业水平因素相应分类值的对应权重相加得到累计权重，最后再进行归一化处理，可获得专家的专业水平.10位专家的专业水平根据每位专家的实际情况求和，然后归一化处理，如表4所示.

表4 10位专家的专业水平

3 基于改进AHP法与灰色关联模型的选址方法

3.1 基于改进AHP法的模糊数值处理

在卫生填埋场选址过程中，模糊数值的存在导致多因素多层次评价的数据处理难以进行.例如，固体废物的运输方式为公路或水路，地质稳定性为非常稳定或稳定等.为此需要将模糊数值转化为精确数值，采用改进AHP法[14]进行转化，其方法是：

(1)对同一选址影响因素中不同的模糊数值进行两两比较，构造判断矩阵为

(2)

其中，aij表示对模糊数值ai相对于模糊数值aj优劣的数值；n为该影响因素模糊数值的个数.采用“五标度法”，即aij=1、3、5分别表示在该选址影响因素中，ai和aj一样好、ai优于aj、ai明显优于aj.aij=2、4分别表示上述相邻判断的中值，aij=1/aji.

对于表1中的模糊数值，运输方式“公路”相对于“水路”取3，地形地貌“很好”相对于“较好”取2，地质稳定性“非常稳定”相对于“稳定”取3，黏土来源“丰富”相对于“较多”取2，水电供应“非常便利”相对于“便利”取3，总投资和运营资金投入“较大”相对于“大”取2.

对于表1中的模糊数值，经上述步骤(1)、(2)归一化后，取值分别为(公路，水路)=(0.75，0.25)，(很好，较好)=(0.666 7，0.333 3)，(非常稳定，稳定)=(0.75，0.25)，(丰富，较多)=(0.666 7，0.333 3)，(非常便利，便利)=(0.75，0.25)，(较大，大)=(0.666 7，0.333 3).

3.2 基于灰色关联模型的排序方法

卫生填埋场选址的影响因素之间并不相互独立，而是存在一种灰色关系，因此用灰色关联模型对4个拟选址地点进行排序.

(1)除模糊数值的影响因素外，其他影响因素既存在正指标和负指标，又具有不同量纲，需针对不同类型进行规范化处理，将其统一规范化为[0,1]区间的正指标.

对于正指标：

(3)

对于负指标：

(4)

(2)根据灰色关联决策理论，选址评价以各地点影响因素向量与相对最优向量灰色关联度为依据.灰色关联度越大，表明该影响因素与最优影响因素越接近.经过规范化处理后，最优向量为x0=(1，1，…，1).第i个选址处的第k个影响因素与最优值的灰色关联度ξ0i(k)计算方法为

(5)

式中：x0(k)为最优值，取1；ρ为分辨系数，用来降低极值对计算的影响，参考文献[15]，综合考虑参与比较的几个方案具有较好平稳性，选取ρ为经验值0.5.

根据式(5)，4个拟选址处的16个影响因素与最优值的灰色关联度分别为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)由德尔菲法确定的影响因素权重wk及由灰色关联决策理论得到的灰色关联度ξ0i(k)，第i个选址处的综合选址评价结果为

(6)

根据式(6)，4个拟选址处的综合选址评价结果为R=(6.072 7，5.134 1，6.142 5，5.554 9)，即C址≻A址≻D址≻B址.

该方法可以编程为相应软件，使用者可以自选指标体系，只需要输入数据，便可快速获得结果，从而节省大量计算时间.

4 结论

在卫生填埋场选址的工程实践中应权衡各种选址影响因素，提出了涵盖交通运输条件、环境保护条件、建场条件和经济条件4类影响因素，并可根据具体情况对该指标体系进行修改或完善.按照建立的指标体系，对卫生填埋场选址方法进行了改进：

(1)选址影响因素应按照模糊数值和精确数值两种属性类别采用不同处理方法，使选址数据处理方面更加精细化.

(2)卫生填埋场选址是一种复杂系统的评价问题，可综合运用德尔菲法、改进AHP法和灰色关联决策理论等多种方法，在确定选址影响因素权重时需考虑专家权重的不同.

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(责任编辑 宋 静)

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

厦门理工学院高层次人才项目(YKJ13036R)

刘征(1984-)，男，讲师，博士,研究方向为环境系统工程.E-mail:liuzh@xmut.edu.cn

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1673-4432(2016)05-0096-06