基于組合賦權的水污染物總量區域分配方法

陳艷萍，胡玉盼

(河海大學商學院,江蘇南京 211100)

基于組合賦權的水污染物總量區域分配方法

陳艷萍，胡玉盼

(河海大學商學院,江蘇南京 211100)

從公平兼顧效率的角度出發,綜合考慮區域的經濟、社會和環境等因素,依據代表性和獨立性原則,選取與污染物總量分配緊密相關的水資源量、環境容量、人口和生產總值4個主要指標,借助熵權法和層次分析法原理,根據主觀權重和客觀權重對于總量分配的影響程度賦權,得出主客觀相結合的組合賦權,最后根據污染物排放控制目標確定分配方案,并以陜西省漢中市11個行政區的水污染物總量控制方案為例進行實證分析。結果表明,采取組合賦權方法時,主觀權重與客觀權重對總量控制影響程度不同,需對重要性加以區分,對客觀權重給予更大的權重,同時,實例分配結果符合國家水污染削減比例的要求。

水污染物；環境容量；區域分配；總量控制；主觀權重；客觀權重；組合賦權

控制水污染對于保護生態環境具有重要作用,針對水污染控制問題,Donald等[1]綜合考慮氣象和水文等多重影響因子,研究了水污染物允許排污量分配問題；Burn等[2]在研究區域污染負荷分配問題時引入遺傳算法,為污染物負荷分配的研究方法提供了新的思路；Grahn等[3]在研究污染物排放總量分配方案時,重視人口因素的影響作用,將人口因素引入污染物分配研究中。

針對水污染物排放總量分配問題,楊玉峰等[4-6]從影響水污染物總量控制的影響因素入手,選擇具有代表性的指標進行污染物排放總量分配研究；李如忠等[7-10]從指標的權重方面入手,采用各種權重分析方法確定指標權重進行研究；王有樂等[11-13]則從公平、效率等角度著重研究污染物分配問題。

目前,關于組合權重用于水污染物排放總量分配的文章較少,筆者采用主、客觀權重相結合的方法,對主、客觀權重的重要性進行區分,并結合“十二五”國家污染物削減目標,以漢中市為例進行污染物總量控制和分配方案的研究,從而得出漢中市各地區的水污染物分配方案。

1 基于組合權重構建分配模型

1.1 水污染物總量分配原則

水污染物總量控制作為水污染防治的重要環節和保護水環境的重要措施,如何做到兼顧公平和效率兩個原則,對水污染總量分配具有積極的研究意義,水污染物控制分配方案還要與環境相匹配,具備可行性。

a.公平性原則。環境資源作為一種準公共物品,具有競爭性和非排他性的屬性特征,因此區域間進行污染物總量分配時要考慮到環境資源分配的公平性。國內多數地區采用無償分配的方式對污染物的排放權進行初始分配,所以每個地區從自身利益的角度出發,都希望在初始排污權的分配中獲得更多的允許排污量,從而在地區經濟發展中受到更小的限制。考慮到各個地區的差異性,絕對公平的方式不可取,但可以結合各區域的經濟、社會和環境等綜合狀況采取相對公平的污染物總量分配方案。文中選定的人口指標具體體現了公平性原則。

b.效率性原則。污染物排放量與水環境質量密切相關,污染物的允許排放量與當前的水環境容量密不可分。各區域使用水環境容量,但也有義務根據水環境容量限制自身的水污染物排放量,從而促進經濟發展與環境保護之間的協調性。污染物排放總量分配不但要考慮公平性,也要考慮效率性,更大程度地發揮水環境容量的作用。文中選定的生產總值指標具體體現了效率性原則。

c.環境匹配性原則。各個地區社會經濟、環境和資源等狀況皆不同,因此水環境承載力和當前水環境容量具有差異性。因此在制定污染物總量分配方案時應該結合各地區的差異性和現狀,保證各區域排污總量在水體環境容量之內或者是以水環境容量為界限不斷減少污染物排放量,從而為地區社會經濟發展提供環境資源支持,并充分利用環境自凈能力和環境容量的再生性。文中選定的水資源量和環境容量兩個指標體現了環境匹配性原則。

d.可行性原則。污染物總量分配過程需要結合各個地區的經濟水平、技術水平和管理水平和自身資源環境現狀等因素,分配方案要具有可行性。忽視各地區的現狀制定分配方案,污染物分配量會出現與地區經濟水平等因素不相匹配的情況,使污染物分配工作與預定的目標偏離。

1.2 總量分配指標的選取

目前,在水污染物總量分配中,較多人為因素的存在使得公平性量化具有很大爭議。公平性的衡量準則可以歸結為需求類準則(人口、經濟)和供給類準則(水資源量、環境容量)兩類。

在需求類準則中,人口準則是指在排污權分配上人人平等,每個人得到的排污權應該相等,即人口眾多的區域理應分配更多的環境資源；經濟準則是指充分考慮區域的經濟貢獻,經濟貢獻多的區域應分配更多的環境資源。在供給類準則中,水資源量準則是指分配排污量需要與水資源量相匹配,即水資源量大的區域可以分配更多的排污量；環境容量準則是指考慮區域的水環境容量,分配的排污量與區域的環境容量相匹配,充分利用水環境的自凈能力,即環境容量大的區域納污能力強,可以分配更多的排污量。

同時,經濟指標可以很好地體現效率性原則,文中選定生產總值指標具體體現效率性原則。水資源量和環境容量兩個指標也體現了環境匹配性原則。

針對污染物排放情況,結合各區域的社會、經濟和環境發展狀況,發現水污染物排放量與人口、經濟發展水平、環境承載力和資源狀況等因素緊密相關,再結合公平和效率原則,最后選出人口、生產總值、水資源量、環境容量4個指標。

1.3 主觀賦權

層次分析法是一種兼具定性分析和定量分析的方法,它可以將定性問題進行定量化處理。層次分析法是一種主觀賦權的分析方法,由于人的主觀性因素,因而分析權重主觀性強。筆者選取指標較少,根據層次分析法的原理,分析人口、資源、水資源量和環境容量對水污染物分配量的影響作用,結合公平性和效率性原則,賦予4個指標相應的權重。

1.4 客觀賦權

熵權法作為客觀賦權的分析方法,可以有效彌補主觀賦權方法的不足。實踐當中,根據熵權法計算的客觀權重,可以對得出的主觀權重做出調整,分析的結果具有客觀性,同時滿足主觀需要,得出符合實際需要的結果。熵權法的計算過程:

a.根據評價指標和評價區域,現有n個區域,4個指標,構建原始矩陣x=(xij)n×4,其中,xij是指第j項指標下第i個區域的數值。

b.指標同質化處理。各項指標單位不一致,屬于異質指標,在對指標進行計算之前,采用正向指標的方法對指標進行規范化處理。

式中:x＇ij為xij對應的規范化數值,為了方便起見,仍記數據x＇ij=xij。

c.計算第j項指標的熵值ej。

式中:pij為第i個區域值在第j項指標中所占的比重。

d.評價指標的熵權wj。1.5 確定組合權重αj

指標權重的主觀排序由于結合了專家的經驗和知識,同時考慮了指標體系對于污染物分配總量的影響,因而指標體系權重的確定和排序具有合理性,但考慮到主觀賦權主觀隨意性很大,客觀性不足。熵權法根據原始數據計算權重,權重客觀性很強,但是缺少了專家的經驗和知識,得到的客觀結果未必與實際相符。結合主、客觀權重,綜合了主、客觀的優缺點,得出組合賦權α:

式中:w＇j為主觀權重；wj為客觀權重；a為對主觀權重重要性進行的賦權；b為對客觀權重重要性進行的賦權。

1.6 確定削減指數βi

根據組合權重αj和規范化數據xij計算削減指數βi。

式中:βi為削減指數；Wi削為i地區最終削減量；W為地區污染物排放總量；r為國家對地區規定的計劃削減比例。

2 實例分析

漢中市位于陜西省西南部,內有鎮巴、留壩、勉縣、西鄉、南鄭、城固、寧強、洋縣、佛坪、略陽10個縣以及漢臺區,總面積27246 km2,2010年人口380萬。漢中作為國家歷史文化名城、中國優秀旅游城市、國家生態示范區建設試點地區和全國雙擁模范城,生態環境一直受到重點關注和良好保護,但隨著旅游業的發展,生態環境受到一定的威脅。漢中市位于漢江上游,是漢江的發源地,而漢江作為長江最大的支流,隨著經濟發展和南水北調中線工程的進展,對于漢中市的生態環境提出更高的要求。

筆者以漢中市各區域的水污染物總量分配為研究對象,研究漢中市的11個行政區的水污染物總量分配方案,為區域總量分配方案提供參考和借鑒。同時,參照《國民經濟和社會發展“十二五”規劃》,以總量削減比例r=10%為基準對漢中市各區域水污染物總量進行分配。

2.1 數據來源

根據水資源量、環境容量、人口和生產總值4項指標,漢中市2010年各區縣指標數據具體見表1。

表1 漢中市2010年各區縣指標數據

2.2 主觀權重

根據層次分析法原理,考慮水資源量、環境容量、人口和生產總值對水污染物總量分配量的重要性程度,對重要性程度進行排序。人口指標體現了分配的公平性原則,單位人口水污染物分配量具有公平性是必要的。生產總值指標表現了分配的效率性原則,只注重公平會忽視效率的重要性,不利于資源的優化配置,因此應重視效率的重要影響。鑒于環境容量大于COD排放量,環境容量尚有剩余,可以賦予較低的權重。最后,考慮到環境匹配性原則,水資源量與水污染物分配密切相關,但由于水資源量更多的專注點在于水權,對于污染物排放的重要性程度在4個指標中置后,因此給予其較低的權重。水資源量、環境容量、人口、生產總值的具體賦值為0.1、0.1、0.4、0.4。同時考慮到主觀權重與客觀權重的作用不同,對主觀權重賦權,取a=0.4。

2.3 熵值法賦權

a.采用正向指標的方法對原始數據進行規范化處理,使異質指標同質化,根據式(1)得到規范化處理結果(表2)。

表2 規范化處理結果

b.根據規范化數據和熵權法計算指標的熵值ej和熵權wj,同時對客觀權重對污染物分配量的影響作用賦權,取b=0.6,得到組合權重αj,具體如表3。

表3 指標客觀權重處理結果

c.根據式(5)～(7),計算漢中市各地區削減指數βi和最終削減量Wi削,結合《國民經濟和社會發展“十二五”規劃》中總量削減比例10%的要求計算,結果見表4。

表4 水污染物總量分配結果

以《國民經濟和社會發展“十二五”規劃》中總量削減10%為參考,文中計算的總量削減比例為12.3%,略大于10%的削減要求,符合國家提出的環保要求。同時根據各地區的現狀,基于公平與效率原則,提出了不同的削減要求,有利于漢中市走經濟發展與環境保護相協調的道路,發展生態文明。

3 結 語

基于公平和效率角度,結合主客觀權重對目標

指標組合賦權,再根據國家污染物削減要求,對漢中市各地區污染物總量進行分配。結果表明,各地區分配量與地區現狀相匹配,污染物削減比例也滿足國家政策要求,有利于國家生態文明建設和漢中市生態環境保護,同時為污染物削減方案提供借鑒。

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Regional allocation method of water pollutants based on combination weighting

CHEN Yanping,HU Yupan
(Business School of Hohai University,Nanjing 211100,China)

From the perspective of fairness and efficiency,taking economic,social and environmental factors into consideration,four main indicators closely related to pollutant distribution,including water resources, environmental capacity,population and gross domestic product,are selected according to the principles of representation and independence.Then bymeans of entropy weightsmethod and AHP,weights are assigned based on different levels of influence of subjective weights and objective weights on the total allocated amount.Then the combination weighting of both subject and object is obtained.In the end,the allocating scheme is determined according to the target of pollutant emission control and is testified in the cases of total water pollutants control schemes of 11 districts in Hanzhong,Shanxi Province.The results show that when adopting combination weights assignment approach,subjective weights and objectiveweights have different levels of influence on total control.To distinguish the influence,more weights are assigned to objective weights.Meanwhile,distribution results in this papermeet the national requirements of the water pollution abatement proportion.

water pollutants；environmental capacity；regional distribution；total allocation；subjective weights；objective weights；combination weighting

X32

：A

：1004 6933(2015)06 0170 04

10.3880/j.issn.1004 6933.2015.06.028

2015 03 04 編輯:徐 娟)

國家社會科學基金(13CGL095)；中央高校基本科研業務費專項(2014B20014)

陳艷萍(1977—),女,副教授,博士,主要從事水資源管理、決策科學理論與方法等研究。E-mail:chenyp@hhu.edu.cn