韋大明，秦順興，李中華，韓旭

（生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院總量控制與排放交易研究中心，北京 100012）

近年來，隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物的產(chǎn)生量也逐年增大，一些養(yǎng)殖廢棄物未得到合理處置，造成環(huán)境水體污染，加重了環(huán)境負(fù)擔(dān)[1、2]。“十二五”期間，畜禽養(yǎng)殖行業(yè)為農(nóng)業(yè)源減排重點[3]。但由于“一刀切”的減排認(rèn)定模式，導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖污染防治模式相對單一，使得各省（市）在進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖總量控制時，單純地針對養(yǎng)殖量大、排放量大的地區(qū)集中分配削減任務(wù)，并未從地方經(jīng)濟發(fā)展貢獻(xiàn)、總量削減潛力大小、治污水平高低等角度綜合考慮畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物總量削減任務(wù)分配的公平性及合理性，極易形成某些地市“大馬拉小車”—削減任務(wù)清閑或“小馬拉大車”—削減任務(wù)繁重的不均勻分配格局，嚴(yán)重影響總量減排效益的最大化[4]。

本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例，基于信息熵理論，研究畜禽養(yǎng)殖污染物總量減排任務(wù)初始分配方法、分析方法的有效性和可行性，為深入開展畜禽養(yǎng)殖總量減排工作提供理論依據(jù)。

1 基于信息熵的畜禽養(yǎng)殖污染物總量削減分配方法

關(guān)于污染物總量削減分配技術(shù)方法，國內(nèi)已經(jīng)開展相關(guān)研究，可分為以下幾類：污染物總量等比例削減分配方法、基于排放績效的總量削減分配方法、基于污染物削減費用最小化的總量分配方法、基于公平性考慮的總量削減分配方法、基于AHP的污染物總量削減分配方法、基于多人合作對策思想的污染物總量削減分配協(xié)商仲裁法、基于多分配要素的污染物總量削減分配方法等[5]。各類分配方法優(yōu)缺點見表1。

表1 各類總量分配方法優(yōu)缺點對比

對于污染物總量削減分配而言，初始分配是無償分配，應(yīng)以公平性為前提，這也是實施污染物總量控制要解決的關(guān)鍵問題。為此，需要通過建立適當(dāng)?shù)姆从掣鞯夭町愋蕴卣鞯闹笜?biāo)體系，判別指標(biāo)值的重要性程度來實現(xiàn)分配的公平性。其中，指標(biāo)體系的構(gòu)建不僅要選取能夠體現(xiàn)各地差異性的指標(biāo)，更要針對各類污染源的特點選擇指標(biāo)；對于如何確定各分配指標(biāo)的相對重要性大小，可借用信息熵理論來實現(xiàn)。

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合污染物排放量關(guān)鍵影響因素及畜禽養(yǎng)殖污染物總量削減的要素管理需求，在指標(biāo)體系構(gòu)建過程中主要考慮經(jīng)濟規(guī)模、畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、污染治理水平、環(huán)境容量等幾方面[6]。其中，前三項是驅(qū)動性要素?？捎绊懪欧盼锵鳒p水平。最后一項是限制性要素，可影響排放和削減管理[7]。具體指標(biāo)主要包括納入總量減排口徑的五類畜禽的養(yǎng)殖規(guī)?；?、主要污染物去除率、各盟市草場面積等11項指標(biāo)。指標(biāo)體系見圖1。

圖1 畜禽養(yǎng)殖主要污染物總量削減分配指標(biāo)體系圖

1.2 模型優(yōu)化

將信息熵應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖污染物總量削減分配中[8]，是一種對多種公平準(zhǔn)則進(jìn)行權(quán)衡的定量化方法，避免了基于多指標(biāo)分配的主觀性，可在分配過程中更加客觀地反映多種公平準(zhǔn)則[9～12]。

假設(shè)總量削減分配對象集合為：

假設(shè)總量削減分配指標(biāo)集為：

則分配對象集及其指標(biāo)項目集的原始數(shù)據(jù)矩陣為：

式中：xij為第i個地市第j個指標(biāo)；n為分配地市個數(shù)，m為指標(biāo)個數(shù)，Aij為指標(biāo)判斷矩陣。

進(jìn)行不同性質(zhì)量綱的指標(biāo)無因次化。

其中，對于正向指標(biāo)：

對于反向指標(biāo)：

消除量綱的影響，構(gòu)造新的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：

式中：Xij為第i個地市第j個指標(biāo)的歸一化值；Iij為i地市j指標(biāo)的值；為i地市j指標(biāo)的最大值；為i地市j指標(biāo)的最小值；Bij為歸一化后新的判斷矩陣。

指標(biāo)j的信息熵評估結(jié)果具有唯一性，定義為：

當(dāng)Pij=0時，Pij×In(Pij)=0，

Pij表示各分配地市的指標(biāo)屬性值，Pij趨同化使得熵值增加。對于指標(biāo)j，指標(biāo)值Pij的差距越大，則該指標(biāo)在分配過程中所起的作用越大，如果某項指標(biāo)的數(shù)值全部相等，則該指標(biāo)在評價中不起作用。

常數(shù)參量K與分配對象個數(shù)有關(guān)，一般?。?/p>

信息熵的效用為：

各評價指標(biāo)的重要性已隱含在dj中，可根據(jù)以下模型來確定各項總量分配指標(biāo)的權(quán)重：

從而，可得各指標(biāo)的權(quán)重向量分布為：

作為畜禽養(yǎng)殖污染物總量削減分配系統(tǒng)中的各分配地市綜合屬性狀況反映的Ci并不是污染物總量削減分配中各地市的系數(shù)，由信息熵權(quán)系數(shù)法理論可知，Ci實質(zhì)上是反映各分配地市的相對削減水平，為了求得各分配地市的分配削減率，首先假設(shè)分配地市的平均相對削減水平為則用來表示各分配地市的削減差異比率 。

假設(shè)某?。▍^(qū)、市）的削減率為r，則各分配地市的分配削減率方程式為：

由各分配對象的削減率，可求得各分配地市的削減量為：

則各分配地市的分配量為：

2 內(nèi)蒙古自治區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物總量削減分配方案

內(nèi)蒙古自治區(qū)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放量大。內(nèi)蒙古自治區(qū)年度牲畜存欄連續(xù)9年穩(wěn)定在1億頭/只以上。依據(jù)2010年內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合基于信息熵的畜禽養(yǎng)殖總量削減分配方法，以化學(xué)需氧量為例對自治區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染物總量削減任務(wù)進(jìn)行初步分配，關(guān)鍵參數(shù)及分配方案見表2、表3。

3 結(jié)果解析

熵值越小的指標(biāo)在分配中作用越大。由表2可知，在各指標(biāo)的信息熵中，肉雞去除率指標(biāo)最小，熵值為0.838 2，該指標(biāo)的信息量較大，突出體現(xiàn)分配盟市之間的異質(zhì)性特征，在化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量分配中起到較大的作用；肉牛去除率指標(biāo)最大，熵值為0.962 3，該指標(biāo)的信息量較小，不能突出分配盟市之間的異質(zhì)性特征，在化學(xué)需氧量總量分配中起到的作用相對較小。類似的，肉牛規(guī)模化率、生豬規(guī)?；?、蛋雞去除率、生豬去除率、奶牛規(guī)模化率、蛋雞規(guī)模化率、肉雞規(guī)?；?、奶牛去除率、草場面積在自治區(qū)化學(xué)需氧量總量分配中的重要性程度越來越小。

削減差異比率大于1的盟市應(yīng)承擔(dān)更多的減排責(zé)任。由各分配盟市相應(yīng)的削減差異比率數(shù)值可看出，巴彥淖爾市、赤峰市、呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、烏海市、包頭市的削減差異比率分別為1.409 7、1.195 1、1.143 6、1.141 2、1.127 9、1.117 3，均需要承擔(dān)更多的化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量削減責(zé)任；興安盟、阿拉善盟、鄂爾多斯市、通遼市、烏蘭察布市的削減差異比率分別為0.954 7、0.781 1、0.758 8、0.709 4、0.638 4，應(yīng)承擔(dān)小于全自治區(qū)平均削減比例的化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量削減責(zé)任；呼和浩特市的削減差異比率為1.022 8，應(yīng)承擔(dān)與全自治區(qū)平均削減水平基本持平的化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量削減責(zé)任。

表2 基于信息熵法的總量削減分配法的關(guān)鍵參數(shù)

表3 基于信息熵法的總量削減分配方案

以上分析結(jié)果與定量削減分配結(jié)果具有較好的一致性。在全自治區(qū)畜禽養(yǎng)殖化學(xué)需氧量總量完成削減6.39%目標(biāo)的前提下，各分配盟市的化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖削減率情況見圖2。巴彥淖爾市、赤峰市、呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、烏海市、包頭市的化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量削減比例超過了全自治區(qū)的平均削減率，是自治區(qū)的重點削減盟市。其中，巴彥淖爾市削減率最大，為9.01%，這與該盟市生豬、肉牛、蛋雞和肉雞規(guī)?；瘦^低、草原面積較小有關(guān)。呼和浩特市削減率為6.54%，與自治區(qū)削減率基本持平。興安盟、阿拉善盟、鄂爾多斯市、通遼市、烏蘭察布市等的削減比例均小于全自治區(qū)平均削減率。

削減量大小與削減率大小盟市的排放基數(shù)等均相關(guān)，但并不存在直接關(guān)系。結(jié)合表3可知，和ri的大小并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，即最終優(yōu)化分配方案并非只考慮污染物排放量大小。由圖3可看出，各分配盟市的削減量差異性較大，一些盟市的排放基數(shù)和削減率都大，則削減量相對就較大，錫林郭勒盟是削減量相對最多的地區(qū)，其排放基數(shù)和削減率均較大，分別為12.94萬t和7.30%，其削減量也就較大，為0.94萬t；一些盟市的排放基數(shù)大，但削減率較小，烏蘭察布市的現(xiàn)狀排放基數(shù)為7.54萬t，但削減率較小為4.08%，則其相對處于中等水平，為0.31萬t；一些盟市的排放基數(shù)小，削減比例小，則其相對削減量也較少，鄂爾多斯市的排放基數(shù)為0.09萬t，削減率較小為4.85%，其削減量相對也較小，為0.004 7萬t。

圖2 各盟市化學(xué)需氧量畜禽養(yǎng)殖總量分配削減率

圖3 不同分配盟市的化學(xué)需氧量削減量占總削減量的比例

4 結(jié)論與建議

（1）本文綜合了現(xiàn)有的公平準(zhǔn)則，構(gòu)建了能夠反映畜禽養(yǎng)殖經(jīng)濟規(guī)模、畜禽養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、污染治理水平、環(huán)境容量等方面要素的指標(biāo)體系，提出了基于信息熵的畜禽養(yǎng)殖總量分配方法，在削減分配量和指標(biāo)之間建立了客觀的定量聯(lián)系，減少畜禽養(yǎng)殖主要污染物總量分配的主觀性，一定程度上解決了內(nèi)蒙古自治區(qū)各盟市畜禽養(yǎng)殖主要污染物削減與治污水平無法對應(yīng)的問題。

（2）內(nèi)蒙古自治區(qū)的應(yīng)用結(jié)果表明，該方法能較好地體現(xiàn)分配指標(biāo)的相對重要性信息和內(nèi)蒙古自治區(qū)畜禽養(yǎng)殖主要污染物總量管理戰(zhàn)略需求，且運行過程簡單易操作、計算結(jié)果客觀，能夠充分反映出區(qū)域差異對分配方案的影響。

（3）本研究中的總量分配是在認(rèn)為通過土地利用方式的畜禽糞便全部被消納，不會造成面源污染的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。目前我國的總量削減分配方法研究多數(shù)只是針對點源污染進(jìn)行分配，并沒有綜合考慮點源污染、非點源污染和保險余量等因素進(jìn)行總量分配。因此，還應(yīng)在綜合考慮點源污染、非點源污染和保險余量等因素條件下對總量分配方法進(jìn)行深入研究。