董璟琦 楊曉華 楊海真 錢(qián)靈艷

（1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100875；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200092)

1 前言

規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià) （Environmental Planning Assessment，EPA)是指在規(guī)劃編制階段，對(duì)規(guī)劃實(shí)施可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，并提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對(duì)策和措施的過(guò)程［1］。目前用于綜合評(píng)價(jià)的方法不少［2，3］，但很少用于規(guī)劃環(huán)評(píng)。鑒于規(guī)劃環(huán)評(píng)不僅具有較大的模糊性，還包括一個(gè)必要的步驟，即要求評(píng)價(jià)者通過(guò)一定的方法設(shè)立若干替代方案進(jìn)行定性分析和篩選，具有較多不確定性。由于我國(guó)規(guī)劃環(huán)評(píng)開(kāi)展較晚，尚處于起步階段，因此應(yīng)用于規(guī)劃環(huán)評(píng)的決策分析方法目前還處于探索階段。

本文以廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評(píng)為例，提出了將基于加權(quán)廣義距離的模糊評(píng)價(jià)模型（Fuzzy Assessment Model，F(xiàn)AM)引入方案篩選過(guò)程的決策分析。模糊評(píng)價(jià)方法是一種基于模糊集理論的半定量數(shù)學(xué)方法［4］，目前對(duì)于環(huán)境質(zhì)量分級(jí)和變化具有模糊性和連續(xù)性的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)而言，具有廣泛的應(yīng)用［5，6］。對(duì)于模糊性和不確定性都很強(qiáng)的規(guī)劃環(huán)評(píng)而言，本文建立了基于加權(quán)廣義距離的模糊評(píng)價(jià)模型；確定了用于規(guī)劃環(huán)評(píng)方案篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)矩陣；并用層次分析法計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)各自的權(quán)重，并利用該模型和方法用于廣西沿海石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評(píng)的多個(gè)替代方案的篩選。

2 模糊評(píng)價(jià)模型的建立

通常，環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的模糊評(píng)價(jià)模型是對(duì)單個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行多因素多指標(biāo)的評(píng)價(jià)［7］，由于各個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值之間具有模糊性和連續(xù)性，利用模糊評(píng)價(jià)方法不僅可以較好地將這兩種特性反映出來(lái)，也可以求出一個(gè)明確的數(shù)值作為評(píng)判。而作為一種以篩選出較優(yōu)方案為目標(biāo)的決策分析方法，模糊評(píng)價(jià)模型需通過(guò)引入加權(quán)廣義距離，計(jì)算出代表每種方案優(yōu)劣程度的隸屬度，并為之排序，最終確定較優(yōu)方案［8］。本文的模糊評(píng)價(jià)模型由相對(duì)隸屬度矩陣、指標(biāo)權(quán)重、加權(quán)廣義距離、隸屬度等以下4個(gè)部分構(gòu)成。

2.1 相對(duì)隸屬度矩陣的構(gòu)建

首先構(gòu)建由n個(gè)待選方案和m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的n×m評(píng)價(jià)矩陣：

隨后對(duì)評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行規(guī)格化處理，形成相對(duì)隸屬度矩陣，對(duì)于效益型指標(biāo) （即指標(biāo)值越大越優(yōu))而言：

對(duì)于成本型指標(biāo) （即指標(biāo)值越小越優(yōu))而言：

其中，Xij為第i個(gè)待選方案第j項(xiàng)指標(biāo)的屬性值；rij為第i個(gè)待選方案第j項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度；∨、∧分別為取大、取小運(yùn)算符；∨i、∧i分別表示待選方案i＝1，2，3…n對(duì)指標(biāo)j取大、取小。

由上式可得相對(duì)隸屬度矩陣：

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

（1)由專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)兩兩比較的重要程度進(jìn)行估計(jì)，并構(gòu)造判斷矩陣：

其中，fij為判斷矩陣的比率標(biāo)度，其數(shù)字含義如表1。

（2)權(quán)重計(jì)算［9］。將判斷矩陣的各列作歸一化處理：

表1 判斷矩陣的比率標(biāo)度及含義

所得ωi＝ （ω1，ω2，ω3，…，ωn即為n個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，且滿(mǎn)足。

（3)計(jì)算隨機(jī)一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

式中n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，從而求出最大特征值λmax。

查表2得相應(yīng)階數(shù)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，由：

計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣基本符合隨機(jī)一致性指標(biāo)；當(dāng)CR≥0.1時(shí)，則不符合隨機(jī)一致性指標(biāo)，需調(diào)整使CR＜0.1。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表

2.3 加權(quán)廣義距離的構(gòu)建

加權(quán)廣義距離可以代表方案i距離最優(yōu)和最劣方案的距離，從而起到衡量方案優(yōu)劣程度的作用。由于最優(yōu)方案的隸屬度為1，方案i對(duì)最優(yōu)方案的距離可用如下加權(quán)廣義距離公式表達(dá)：

其中，p為廣義距離參數(shù)，p＝2時(shí)為歐氏距離，可用來(lái)表示方案之間的差異［10］，在此選p＝2。

設(shè)方案i對(duì)最優(yōu)方案的相對(duì)隸屬度為ui，則其對(duì)最劣方案的隸屬度為1－ui，因此可以將隸屬度定義為權(quán)重，得到以隸屬度為權(quán)重的加權(quán)廣義歐氏距離：

1.4 隸屬度的建立

為了求出方案i對(duì)最優(yōu)方案的隸屬度ui，可以利用最小二乘法構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：

其中D2（1－ri)為方案i距離最劣方案的加權(quán)廣義距離，即：

最后對(duì)n個(gè)方案的隸屬度進(jìn)行排序，隸屬度越大表示該方案越優(yōu)，從而達(dá)到對(duì)替代方案進(jìn)行篩選的目的。

3 實(shí)例分析——廣西石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評(píng)情景方案篩選

3.1 廣西石油化工產(chǎn)業(yè)概況

廣西壯族自治區(qū)目前設(shè)立欽州、北海、南寧、柳州、百色、河池六個(gè)城市為石化產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展城市，根據(jù)已有的《廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃》)，共計(jì)劃分兩期在這六個(gè)城市發(fā)展原油加工、乙烯產(chǎn)業(yè)鏈、氯堿工業(yè)等44個(gè)項(xiàng)目。其中欽州為主要發(fā)展城市。針對(duì)《規(guī)劃》的環(huán)評(píng)主要目的是評(píng)價(jià)該規(guī)劃對(duì)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境資源的影響并預(yù)測(cè)分析，在此基礎(chǔ)上提出若干可供決策者選擇的環(huán)境友好型替代方案。

在6個(gè)重點(diǎn)城市中，目前已確定各自的重點(diǎn)石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

3.2 替代方案介紹

在已形成的所有替代方案中選取三套作為本文即將篩選評(píng)價(jià)的對(duì)象，具體項(xiàng)目分布情況如表3所示。

表3 三套方案石化項(xiàng)目布局表＊

三套方案均依據(jù)各個(gè)城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征、環(huán)境資源限制和石化產(chǎn)品特性構(gòu)建而來(lái)，但側(cè)重點(diǎn)不盡相同。欽州市主要發(fā)展原油及其副產(chǎn)品，北海主要發(fā)展樹(shù)脂工業(yè)，南寧具有氯堿工業(yè)園區(qū)，柳州重點(diǎn)發(fā)展汽車(chē)配件，而白色與河池則是醋酸工業(yè)的發(fā)展基地。方案3布局較集中，方案1、2布局較分散。本文根據(jù)一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)3套方案進(jìn)行比較篩選，最終確定最優(yōu)方案。

3.3 對(duì)替代方案進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)

3.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

通過(guò)專(zhuān)家討論確定本次評(píng)價(jià)的指標(biāo)為政策指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響和產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)，分別涵蓋了每個(gè)方案的政治環(huán)境經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面。根據(jù)上文所述的權(quán)重確定方法，專(zhuān)家對(duì)該5項(xiàng)指標(biāo)兩兩比較的重要程度矩陣如表4所示。

表4 權(quán)重判斷矩陣

3.3.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)式（6)－（8)，由表4可得指標(biāo)權(quán)重向量為ω ＝ （0.083，0.257，0.13，0.032，0.497)T；根據(jù)式（9)－（10)可得最大特征值λmax＝5.24，計(jì)算一致性指標(biāo)CI＝0.06，隨即一致性比率CR＝0.05＜0.1，故所得權(quán)重符合隨即一致性指標(biāo)。

3.3.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)矩陣的構(gòu)建

通過(guò)專(zhuān)家打分確定每一個(gè)方案各個(gè)指標(biāo)的屬性值。設(shè)定每個(gè)指標(biāo)的最高屬性值為1，各個(gè)指標(biāo)所需考慮的因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表5 指標(biāo)包含因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述各指標(biāo)的考慮因素，由專(zhuān)家打分構(gòu)建3×5評(píng)價(jià)矩陣：

通過(guò)該評(píng)價(jià)矩陣可以看出每套方案5個(gè)指標(biāo)的優(yōu)劣等級(jí)，結(jié)合各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，就可以得出該套方案對(duì)應(yīng)的優(yōu)劣等級(jí)。

由式（2)－（3)得到相對(duì)隸屬度矩陣：

3.3.4 求解各方案的隸屬度

根據(jù)式（17)可以解得三套方案各自隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度排序如下：

根據(jù)表5方案分級(jí)情況可以看出，方案三為較好，方案一次之（或好)，而方案二為不好。因此，在這三套方案中，方案三為最優(yōu)解。

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們可以看出在這三套方案中，方案三隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度最高，也就是我們篩選出的最優(yōu)解。下面分別對(duì)這三套方案進(jìn)行定性分析。方案一：該方案是本次評(píng)價(jià)工作的次優(yōu)解，通過(guò)該方案的項(xiàng)目布局和專(zhuān)家對(duì)各個(gè)指標(biāo)的打分情況可以看出，該方案充分考慮了各個(gè)城市和園區(qū)的規(guī)劃及行業(yè)特征，以及每個(gè)城市的資源環(huán)境情況，但其產(chǎn)品分布比較分散，考慮到產(chǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的高權(quán)重值，其風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)較低的得分影響了該方案最終的隸屬度排序。因此該方案在方案等級(jí)中屬于“好”，但并不是最優(yōu)解。方案二：該方案是本次評(píng)價(jià)工作三個(gè)方案中最差的一個(gè)，原因在于除了社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其各項(xiàng)指標(biāo)的得分都比較低，對(duì)于政策、環(huán)境和產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的考慮都顯得不夠充分，同時(shí)由于其與方案一相似的分散布局，使得其風(fēng)險(xiǎn)得分最低。即從各個(gè)指標(biāo)因素考慮，該方案都不如其他兩個(gè)方案優(yōu)，并且其方案等級(jí)處于“不好”，不應(yīng)被采納。方案三：該方案是本次評(píng)價(jià)工作的最優(yōu)解。從其項(xiàng)目分布情況可以看出它不僅充分考慮了各個(gè)城市的規(guī)劃和行業(yè)特征，其產(chǎn)品布局也比較集中，這就大大降低了運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。而另一方面，集中布局增加了特定城市的環(huán)境壓力，同時(shí)也不利于區(qū)間的貧富差距，但是考慮到百色／河池兩個(gè)城市在方案布局前的環(huán)境容量和資源承載力都較低，該集中布局可以認(rèn)為是合理布局，且其方案等級(jí)為“較好”，建議采納。

4 結(jié)論

本文將基于加權(quán)廣義距離的模糊評(píng)價(jià)方法引入到規(guī)劃環(huán)評(píng)的替代方案篩選過(guò)程中，在廣西石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評(píng)中進(jìn)行了具體應(yīng)用。主要結(jié)論如下：

（1)建立了基于加權(quán)廣義距離的模糊評(píng)價(jià)優(yōu)選模型以及規(guī)劃環(huán)評(píng)方案篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)矩陣。并且通過(guò)層次分析法對(duì)政策指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、行業(yè)特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)等5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算出各自的權(quán)重。所建模型和方法使得定性方案篩選決策分析更加理性、科學(xué)、客觀和具有可操作性。解決了規(guī)劃環(huán)評(píng)的替代方案篩選過(guò)程的不確定性問(wèn)題，具有一定的理論意義。

（2)依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)布局方案進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，確定方案三隸屬度u3＝0.69，為“較好”等級(jí)，是本次評(píng)價(jià)的最優(yōu)解。評(píng)價(jià)結(jié)果與“廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)”項(xiàng)目中多方案比選分析的結(jié)果一致。因此，本研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

（3)本文所研究的多方案篩選方法對(duì)于與本項(xiàng)目類(lèi)似的大區(qū)域行業(yè)規(guī)劃環(huán)評(píng)都有一定的適用性和參考性，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局 .《規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（試行)（HJ／T 130－2003)［HJ］

2 楊曉華，楊志峰，酈建強(qiáng)，陸桂華，金菊良 .區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用程度綜合評(píng)價(jià)的最佳逼近模型［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2004，24（6)：120－125

3 金菊良，楊曉華，巍一鳴 .基于模糊優(yōu)先關(guān)系矩陣的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法 .系統(tǒng)工程理論方法應(yīng)用，2005，14（4)：364－368

4 劉洪，張宏斌 .江蘇省礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的模糊評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2007，18（4)：82－87

5 程聲通等 .環(huán)境系統(tǒng)分析教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.172－174

6 趙然杭，曹升樂(lè)，高輝國(guó) .城市水環(huán)境承載力與可持續(xù)發(fā)展策略研究［J］.山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版)，2005，35（2)：90－94

7 于林松，劉峰，王翔 .城市環(huán)境地球化學(xué)系統(tǒng)模糊評(píng)價(jià)初探［J］.廣東微量元素科學(xué)，2007，14（6)：1－6

8 劉漢昌.水利水電工程模糊評(píng)標(biāo)定標(biāo)方法［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，1999，6：28－30

9 楊海濤，完顏華，李佳等 .灰色關(guān)聯(lián)法和層次分析法在工程方案優(yōu)選中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2008.6，33（6)：69－73

11 陳守煜，李慶國(guó)，姚瑤 .一種新的模糊聚類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.水利學(xué)報(bào)，2005，36（6)：1－7