基于熵值法的上海市大氣污染排放水平綜合評(píng)價(jià)研究

周 瑾

華北電力大學(xué)

0 研究現(xiàn)狀

化石能源消耗是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素，但會(huì)導(dǎo)致污染排放以及全球變暖和氣候變化，這已經(jīng)成為一個(gè)全球關(guān)切的問(wèn)題。幾十年來(lái)，我國(guó)始終采取高速粗放型的發(fā)展模式。在此模式下，我國(guó)也正如大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)资昵八?jīng)歷的那樣，為快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展付出了高昂的資源和環(huán)境代價(jià)[1]。在過(guò)去的30年里，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是以嚴(yán)重的環(huán)境污染為代價(jià)的[2]，近幾十年來(lái)，受出口導(dǎo)向型制造業(yè)、國(guó)內(nèi)能源消耗上升、汽車運(yùn)輸增加和其他與中產(chǎn)階級(jí)增長(zhǎng)相關(guān)的排放密集型經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的推動(dòng)，我國(guó)許多地區(qū)正面臨長(zhǎng)期的空氣污染[3]，大氣污染作為三大污染之一，不僅對(duì)人類的健康造成威脅，同時(shí)還威脅著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

上海市，位于長(zhǎng)江三角洲的核心區(qū)域，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中依托其相應(yīng)的地理環(huán)境和物質(zhì)資源優(yōu)勢(shì)以及國(guó)家政策的扶持，經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展。作為國(guó)家重點(diǎn)環(huán)保城市，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)、科技、文化、交通及貿(mào)易中心[4]，因此更值得關(guān)注其可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。本文對(duì)上海市大氣污染排放水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并提出相關(guān)建議。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源于選取

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于上海統(tǒng)計(jì)年鑒[5]中的“大氣環(huán)境保護(hù)”。選取了2001-2018 年的數(shù)據(jù)，收集的數(shù)據(jù)見表1。

圖1 是根據(jù)表1 數(shù)據(jù)繪制的趨勢(shì)圖。從圖1 中可以清楚地看出三個(gè)排放指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)，工業(yè)廢氣排放在2001-2009 年間均是緩慢上升，但是在2009 年之后突增，在2011 年達(dá)到頂峰，之后到2016 年持續(xù)減少，近兩年又有增長(zhǎng)趨勢(shì)；SO2排放在2001-2005年間小幅增加，2005年后至2015年都處于下降趨勢(shì)；煙（粉）塵排放在2001-2013年十年間都處于下降趨勢(shì)，僅在2013-2014 年間增長(zhǎng)，而后至2018年持續(xù)下降。

表1 上海地區(qū)污染排放數(shù)據(jù)

圖1 上海地區(qū)污染排放統(tǒng)計(jì)圖

2 熵值法模型建立

2.1 熵值法的主要原理

熵概念是由德國(guó)物理學(xué)家R·Clausius 和L·Boltgman 首次提出的概念，此后美國(guó)數(shù)學(xué)家、網(wǎng)絡(luò)及信息理論創(chuàng)始人N·wiener和C·E·shannon提出了比此更普通的信息熵概念。目前已廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和其他領(lǐng)域。

熵值法是一種客觀賦權(quán)方法，它通過(guò)計(jì)算指標(biāo)的信息熵，根據(jù)熵的特性，可以通過(guò)計(jì)算熵值來(lái)判斷某個(gè)事件的隨機(jī)性及無(wú)序程度，也可以用熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響（權(quán)重）越大，其熵值越小。其中信息量越大，不確定性就越小，熵就越小；信息量越小，不確定性就越大，熵就越大。熵值法與其他綜合評(píng)價(jià)方法相比，可以根據(jù)樣本數(shù)據(jù)本身的信息特征判斷權(quán)重，并且可信度更高[6]。本文選取熵值法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 模型構(gòu)建

1)原始數(shù)據(jù)的收集與整理

以需要評(píng)價(jià)上海市m 年的大氣污染排放狀況為例，其中評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括n 個(gè)指標(biāo)。由此構(gòu)成了一個(gè)由m 個(gè)樣本組成，用n 個(gè)指標(biāo)做綜合評(píng)價(jià)的問(wèn)題，從而形成評(píng)價(jià)系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)矩陣：

其中：xij代表第i年第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。

2)計(jì)算第i年第j個(gè)污染源的排放比例

3)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵

4)計(jì)算信息熵冗余度

5)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)值

6)計(jì)算第i年的污染水平評(píng)價(jià)值

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

本文借助Matlab 進(jìn)行分析。首先，使用等式2對(duì)表1 中的排放數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，測(cè)量每年的污染排放水平見表2。

表2 預(yù)處理后的排放數(shù)據(jù)

此后，使用方程3、4、5 獲得每個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的權(quán)重結(jié)果，見表3。

表3 污染排放指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)使用這些權(quán)重和預(yù)處理的排放數(shù)據(jù)，使用方程6得到每年的污染排放水平，見圖2。從圖2可見，自2014年之后空氣污染水平持續(xù)下降，可持續(xù)發(fā)展勢(shì)頭趨好。

圖2 污染排放水平評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3 可見，上海地區(qū)能源消費(fèi)中工業(yè)廢氣排在首位，權(quán)重為0.417 0；其次是煙（粉）塵，權(quán)重為0.388 9；SO2排在末位，權(quán)重為0.194 1。使用表2中列出的預(yù)處理排放數(shù)據(jù)和表3中的評(píng)估權(quán)重，計(jì)算出各指標(biāo)每年對(duì)污染排放水平的貢獻(xiàn)，結(jié)果見圖3。

圖3 每個(gè)指標(biāo)每年對(duì)污染排放水平的貢獻(xiàn)

首先，從圖3 可以看出，2001-2008 年空氣污染水平始終在波動(dòng)，2010-2013 年開始持續(xù)下降。其次，工業(yè)廢氣排放始終在污染排放水平變化中起關(guān)鍵性作用。這一概念意味著，減少上海地區(qū)空氣污染的主要政策方向是減少工業(yè)廢氣排放。并且與該排放指標(biāo)相比，煙（粉）塵排放的影響也不能忽視，僅二氧化硫排放的影響較小。

研究表明住宅類建筑揚(yáng)塵污染較為嚴(yán)重，石油化工及精細(xì)化工制造業(yè)和精品鋼材制造業(yè)揚(yáng)塵污染嚴(yán)重[7]。在《上海市2018-2020 年環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》[8]中上海市政府已對(duì)揚(yáng)塵污染提出了幾點(diǎn)建議：大力推廣裝配式建筑和綠色建筑、推進(jìn)綠色工地建設(shè)、深化道路揚(yáng)塵污染控制。由此說(shuō)明上海市已經(jīng)重視煙（粉）塵污染的嚴(yán)重性。

3 上海市能源消費(fèi)發(fā)展建議

從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以觀察到2014-2018 年污染排放持續(xù)下降，這是一個(gè)非常樂(lè)觀的現(xiàn)象。但是可持續(xù)發(fā)展是一條長(zhǎng)久之路，為此我們應(yīng)該繼續(xù)努力，本文主要給出以下建議：

第一，工業(yè)技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新是抑制工業(yè)廢氣排放的重要途徑。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中加強(qiáng)與工業(yè)廢氣排放相關(guān)的技術(shù)改造，從而改善經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與其發(fā)展的不良局面。同時(shí)，認(rèn)真貫徹落實(shí)《上海市2018-2020 年環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》中關(guān)于持續(xù)加強(qiáng)揚(yáng)塵污染控制所制訂的措施。

第二，各級(jí)政府要明確環(huán)境保護(hù)的責(zé)任，充分發(fā)揮政府對(duì)企業(yè)環(huán)境責(zé)任的限制和監(jiān)督作用，建立企業(yè)發(fā)展的嚴(yán)格環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合評(píng)價(jià)體系。另一方面，企業(yè)必須樹立可持續(xù)發(fā)展的概念，堅(jiān)持綠色發(fā)展，不斷提高獨(dú)立創(chuàng)新功能，特別是環(huán)境保護(hù)技術(shù)創(chuàng)新，利用先進(jìn)技術(shù)解決環(huán)境污染問(wèn)題。