卜全民,童 星

(1.江蘇警官學(xué)院 治安管理系,江蘇 南京 210031;2.南京大學(xué) 社會風(fēng)險與公共危機管理研究中心,江蘇 南京 210093)

隨著世界各國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展,人類生態(tài)環(huán)境日益惡化,人們逐步要求對自己生活的環(huán)境質(zhì)量有一個綜合定量評價,因此對環(huán)境質(zhì)量進行定性、定量描述的環(huán)境質(zhì)量評價方法應(yīng)運而生[1,2]。雖然環(huán)境質(zhì)量評價產(chǎn)生的時間不長,但發(fā)展十分迅速。目前主要的環(huán)境質(zhì)量評價方法包括:指數(shù)評價法、模糊綜合評價法、灰色系統(tǒng)評價法等[3-5]。近年來,環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價的相關(guān)研究成果十分豐富,但使用該評價方法過程中經(jīng)常涉及到的各評價指標(biāo)的賦權(quán)問題一直未能有效解決[6,7]。由于不同的評價指標(biāo)賦權(quán)方案,直接影響環(huán)境質(zhì)量評價的結(jié)果,因此開展環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價中各評價指標(biāo)合理賦權(quán)方案的分配問題研究尤重要。在這些眾多的環(huán)境質(zhì)量評價方法中,本文重點研究應(yīng)用較為廣泛且具有完整數(shù)理基礎(chǔ)理論的環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價法。

1 環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價分析

環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價建立在查德創(chuàng)立的模糊集理論基礎(chǔ)之上。1965年查德提出的模糊集理論,超越了布爾代數(shù)的范疇,體現(xiàn)了事物由量變到質(zhì)變的規(guī)律。此后,模糊集理論快速地在各領(lǐng)域擴散應(yīng)用,給諸多領(lǐng)域提供了一種新的數(shù)學(xué)工具和方法。在此形勢下,環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價法的出現(xiàn)便成為了必然[8-11],其主要內(nèi)容如下。

(1)明確評價目的。評價環(huán)境質(zhì)量水平及變化趨勢;查找污染物;為環(huán)境綜合整治和環(huán)境規(guī)劃提供依據(jù)。

(2)選擇適當(dāng)?shù)脑u價指標(biāo)。環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)的選取必須科學(xué)合理。對確定的環(huán)境質(zhì)量評價對象而言,評價指標(biāo)的選取取決于對被評價對象及周圍環(huán)境的認識和了解情況[12-14]。

(3)計算各評價指標(biāo)的隸屬度。目前不同的環(huán)境質(zhì)量評價方法和評價人員由于采用的隸屬函數(shù)不同,從而導(dǎo)致評價的結(jié)果經(jīng)常不一致[15,16],故確定隸屬函數(shù)也是一個重要的環(huán)節(jié)。

對某項評價指標(biāo)按既定的計算方法,計算實測值對該指標(biāo)指定等級的趨近程度,即:所有評價指標(biāo)都以其污染最嚴(yán)重等級的標(biāo)準(zhǔn)濃度Cc為基準(zhǔn),計算實測值C的相對濃度x

x=C/Cc

(1)

并按式(2)計算該評價指標(biāo)的隸屬度μ

(2)

(4)權(quán)重分配。環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價是依照一定的權(quán)重分配方案獲得的環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果,即在確定各評價指標(biāo)權(quán)重和加權(quán)處理的基礎(chǔ)上獲取的評價結(jié)果[17-19]。因此權(quán)重的分配在環(huán)境質(zhì)量評價中有著極其重要的作用,不同的賦權(quán)方案會得出不同的評價結(jié)果,它直接影響到環(huán)境質(zhì)量評價的科學(xué)性與合理性。

權(quán)重分配的前提是確定各評價指標(biāo)的賦權(quán)方案,且權(quán)重必須歸一,如:對n個評價指標(biāo),若評價指標(biāo)i的隸屬度與分形維數(shù)分別是μi及Di,則權(quán)重向量w′=(μ1D1,μ2D2,…,μnDn),歸一化后,w′=(μ1D1/∑μD,μ2D2/∑μD,…,μnDn/∑μD)。

(5)選定評價計算方法。矩陣合成運算算子采用M(∧,∨)算子。若評價指標(biāo)數(shù)為m,評價指標(biāo)i的隸屬度及權(quán)重分別為μi及wi,則評價值Z可按下列公式之一計算

Z=X·W

(3)

(4)

式中:X=[μ1,μ2,…,μm]為隸屬度向量,W=[w1,w2,…,wm]為權(quán)重向量。

上述是實測值對國家標(biāo)準(zhǔn)的某一等級計算評價的方法。若國家標(biāo)準(zhǔn)中共有n個等級,對第i等級算出的評價值為Zi,且

Zi=max(Z1,Z2,…,Zn)

(5)

則綜合評價結(jié)論是屬于i級。

(6)確定評價結(jié)論。計算環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價指數(shù)Z的分級見表1。

表1 環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價指數(shù)Z分級表

2 常用的環(huán)境質(zhì)量評價的賦權(quán)方案

環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)的賦權(quán)方案反映了各指標(biāo)的相對重要性或貢獻率大小,因此賦權(quán)方案的確定是環(huán)境質(zhì)量評價工作極其重要的內(nèi)容之一[20-22]。不同的環(huán)境質(zhì)量評價方法的權(quán)重分配方案不同,不同評價方法的權(quán)重分配方案可歸納為3類,即主觀法、標(biāo)準(zhǔn)值法及實測值與標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合法[15,23,24]。

主觀法又稱專家評價法,適用于在沒有任何標(biāo)準(zhǔn)的情況下由若干專家議定權(quán)重分配;標(biāo)準(zhǔn)值法適用于有相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境質(zhì)量評價,權(quán)重分配取決于國家標(biāo)準(zhǔn);實測值與標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合法亦適用于有國家標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境質(zhì)量評價,與標(biāo)準(zhǔn)值法的不同點在于它不僅依賴國家標(biāo)準(zhǔn),亦取決于其實測值。

目前,在環(huán)境質(zhì)量評價中廣泛使用的是實測值與標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合法,其中,最有代表性的是污染貢獻率法與廣義對比加權(quán)法。

污染貢獻率法強調(diào)“污染愈嚴(yán)重,權(quán)重愈高”[25,26]。若第i項污染物實測值為Ci,該評價指標(biāo)的國家標(biāo)準(zhǔn)中某等級的標(biāo)準(zhǔn)濃度為CC,i,令該評價指標(biāo)的危害分指數(shù)xi=Ci/CC,i,則對m項評價指標(biāo)來說,第i項評價指標(biāo)的權(quán)重為

(6)

廣義對比加權(quán)法同樣引入了危害分指數(shù)xi的概念,但稱之為質(zhì)量分指數(shù),則該方法的權(quán)重計算式為

(7)

式中:P為可調(diào)的常數(shù),P≤1。

該方法規(guī)定:xi=0.5時,wi=0.5。當(dāng)取P=1時,式(5)便退化為wi=xi,wi經(jīng)歸一后與污染貢獻率法相同,可見廣義對比加權(quán)法比污染貢獻率法更靈活。

3 環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價的賦權(quán)方案改進

確定科學(xué)、合理的評價指標(biāo)賦權(quán)方案是科學(xué)合理環(huán)境質(zhì)量綜合評價的重要前提和基礎(chǔ),環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標(biāo)賦權(quán)方案是否合理,直接關(guān)系到環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果的可信度。指標(biāo)權(quán)重分配一般都采用污染嚴(yán)重的指標(biāo)權(quán)重大的原則,但同樣在此原則下,wi-xi關(guān)系曲線仍有直線型與曲線型之分。為此,本文提出了賦權(quán)改進方案。

3.1 直線型賦權(quán)方案

權(quán)數(shù)分配當(dāng)前使用最為廣泛的是wi-xi直線型賦權(quán)法,直線型賦權(quán)如圖1所示。

圖1 直線型wi-xi分布

該賦權(quán)法中各評價指標(biāo)的權(quán)重分配完全取決于各評價指標(biāo)的危害分指數(shù)xi,因此該賦權(quán)法的客觀性強,與主觀因素?zé)o關(guān),如:污染貢獻率法就是采用直線型賦權(quán)法分配權(quán)重。該賦權(quán)法的缺點是有均衡化色彩,綜合評價結(jié)論受評價指標(biāo)選擇的影響較大。對于直線型賦權(quán)方案的缺陷,可利用下面的例子說明。

設(shè)某湖水含汞量嚴(yán)重超標(biāo),但其他評價指標(biāo)污染都很輕微,實際上此湖水水質(zhì)為劣,不能飲用。但若采用直線型wi-xi分布原則,正常評價指標(biāo)選得愈多,評價指標(biāo)汞的權(quán)重就愈低,汞污染的嚴(yán)重性就會被沖淡,甚至出現(xiàn)水質(zhì)較好的評價結(jié)論。這說明直線型賦權(quán)方案存在各評價指標(biāo)均衡化的問題,不能突出主要污染指標(biāo),因此在環(huán)境質(zhì)量評價過程中各評價指標(biāo)的權(quán)重分配應(yīng)加入主觀因素,以突出主要污染指標(biāo)的制約作用。

3.2 曲線型賦權(quán)方案

目前最有代表性的曲線型wi-xi分布是廣義對比加權(quán)法,該方法的曲線型賦權(quán)方案如圖2所示。

圖2 反S線型wi-xi分布

該賦權(quán)法的wi-xi分布規(guī)律系在直線分布的基礎(chǔ)上引入主觀因素,令污染輕者權(quán)重比按直線規(guī)則算出的大,污染重者權(quán)重比按直線規(guī)則算出的小,因而呈反S形。

若仍以上例某湖水汞含量嚴(yán)重超標(biāo),但其他評價指標(biāo)均正常為例,該湖水由于汞含量嚴(yán)重超標(biāo),本應(yīng)一票否決為環(huán)境質(zhì)量評價為劣的水質(zhì),可能會因評價指標(biāo)汞的權(quán)重減小而許多正常評價指標(biāo)權(quán)重的增大而減輕了問題的嚴(yán)重性。

3.3 賦權(quán)方案的改進

基于以上研究分析,本文提出wi-xi關(guān)系改為正S形規(guī)律,這樣突出了污染重的主要污染指標(biāo),結(jié)論與實際環(huán)境質(zhì)量狀況比較一致,并由于污染輕的評價指標(biāo)對綜合評價結(jié)論的貢獻削弱,故環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價的結(jié)論比較穩(wěn)定,受不同評價指標(biāo)選擇的影響減小。其實施方法只需在廣義對比加權(quán)法的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,令P≥1即可。

對某項評價指標(biāo)可定義wi=0.50時的xi值為xi,50,并稱xi,50為評價指標(biāo)i的臨界相對濃度。在廣義對比加權(quán)法中xi,50規(guī)定為0.50,為一個與評價指標(biāo)無關(guān)的恒值,但研究設(shè)定xi,50是可調(diào)的,可在[0,1]范圍內(nèi)取值。對某項評價指標(biāo)i,若xi,50值定得高,使xi在小于xi,50的較大范圍內(nèi)權(quán)重處于低值,只有當(dāng)xi值大于xi,50值時才增加其權(quán)重,以表明環(huán)境質(zhì)量綜合評價的人員主觀上對該評價指標(biāo)不予重視,反之亦然。依據(jù)本文提出的權(quán)重分配方案對應(yīng)評價指標(biāo)i的數(shù)學(xué)模型為

(8)

在P值選定后,式中常數(shù)A及B可根據(jù)xi=xi,50時,wi=0.50求取。

例如,取P=2,xi,50=0.70,式(6)即改變?yōu)?/p>

(9)

P值大小可控制S形曲線與直線的偏離度,式(9)的圖形如圖3所示。

圖3 可調(diào)xi,50的正S形wi-xi曲線

不同的賦權(quán)方案可以得到同一項評價指標(biāo)不同的權(quán)重,本文提出的改進賦權(quán)方案體現(xiàn)在于:把污染重的指標(biāo)權(quán)重取得高,就是環(huán)境質(zhì)量評價從嚴(yán)的體現(xiàn)。如果做法相反,污染重的權(quán)重低,污染輕的權(quán)重大,則矛盾被掩蓋,違背了環(huán)境質(zhì)量評價的宗旨,故改進后的賦權(quán)方案更符合環(huán)境質(zhì)量評價的目的。

4 結(jié)束語

環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價的賦權(quán)方案決定了各評價指標(biāo)的權(quán)重,直接影響到環(huán)境質(zhì)量綜合評價的計算結(jié)果及評價結(jié)論。在分析直線與反S線型關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上,按污染嚴(yán)重的指標(biāo)權(quán)重大原則,本文提出了一種包含可調(diào)常數(shù)及臨界相對濃度兩個可調(diào)變量的改進型正S曲線關(guān)系,使之能表達環(huán)境質(zhì)量綜合評價者對各項評價指標(biāo)的不同重視程度。改進的賦權(quán)方案由于采用了正線型的賦權(quán)方法來處理各評價指標(biāo)的權(quán)重值,突出了主要污染指標(biāo)的污染狀況及對人體健康的影響,因此可以充分地利用已知信息,經(jīng)合理賦權(quán),克服均衡化對主要污染指標(biāo)權(quán)重的影響,削弱了污染輕的評價指標(biāo)對綜合評價結(jié)論的影響,使得環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價的結(jié)論穩(wěn)定可靠,受評價指標(biāo)選擇的影響減小,從而得出更科學(xué)、合理的環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價結(jié)論。