基于灰色關聯分析的環膠州灣污水處理廠效率評價

　　摘要：環保投融資領域中的污水處理場運營效率問題引起了相關學者的廣泛關注。文章在實際調查的基礎上，采用灰色關聯度分析法對環膠州灣八個典型污水處理廠的投入產出相對效率進行了定量分析，縱向比較評價了各污水處理廠和橫向比較評價指標的關聯度，最后提出具體改進建議。
　　關鍵詞：灰色關聯分析；效率評價；污水處理廠；膠州灣
　　
　　一、引言
　　環膠州灣地區，位于山東半島東南部，面向黃海及太平洋。它是以距離膠州灣岸線100公里的標準而劃分的特定區域，包括陸地、海洋及島嶼。該區域由青島、日照、濰坊三市組成。膠州灣是近乎封閉的海灣，終年不凍不淤，有灣口水道與黃海、太平洋相通，是青島市的母親灣，環膠州灣地區的中心，是環膠州灣城市大家庭的美麗客廳，客廳的清潔衛生與周圍居民生活息息相關。污水處理廠的運營效率問題是影響現代污水處理效果的重要因素。膠州灣的環境質量影響著周邊諸多居民的生活安全，評價這些污水處理廠運營情況對膠州灣環境質量的提升有重要意義。
　　二、研究現狀
　　目前，環保投融資領域引起了相關專家和學者的廣泛關注，其中污水處理廠的運營問題已成為研究熱點之一，國內外很多學者和相關機構從不同角度對此進行了大量的研究。
　　通過對我國污水處理現狀的研究，王燦（2001）認為我國城市污水處理廠也面臨著效率不高的問題，效率研究將有助于政府制定合理政策促進污水廠的發展。吳吉慧（2000）認為污水處理廠運營存在一些制約因素：污水處理設施不足，城市污水處理運營管理體制不順，企業對成本和收益的控制能力較差，政府的監督管理也難以到位，污水處理費征收機制仍不完善。李壯、王明明（2004）認為若要達到與經濟水平相符的污水處理率，需要龐大的資金投入，僅靠政府財政是遠遠不夠的。王成民（2005）認為阻礙我國城市污水處理市場的發育的主要因素為：投資渠道單一、環境設施處理運營管理效率低下、排污收費政策不夠完善。陳祖海（2006）認為我國環保資金使用普遍存在效率不高，主要表G26fzc4a5c5EMjLSBjAt8g==現在污水處理方面，究其根源是我國投融資體制缺乏有效的激勵和約束機制。因此，改革我國投融資體制現狀，提高資金使用效率是環境保護領域的當務之急。
　　基于污水處理廠效率評價的角度，王國平、狄軍貞（2002）收集了污水處理廠的效益評價指標數據，如投資、運行費用、占地面積等，建立了綜合評價污水處理廠的定量模型。褚俊英（2002）等曾用指標法對我國污水廠的投資效率進行比較，根據實際調研數據利用三種不同的效率評估模型對我國主要的污水處理廠進行了評估和比較分析。研究污水處理廠效率的方法有多種，由于影響污水處理廠的運行效率的因素很多，且各污水處理廠都有自身運營的特殊性，對其運行效率很難精確預測，因而相對效率的研究是污水處理廠運營效率測度的主要途徑。
　　本文將選取典型污水處理廠的一些投入和產出指標，根據環膠州灣的現實情況和數據的可得性，分別選取三個成本指標：總投資額（萬元）、年運行費用（萬元）和污水設計處理能力（萬噸/日）；三個效益指標：COD消減量（萬噸）、氨氮消減量（萬噸）和一年污水實際處理量（萬噸），應用灰色關聯分析方法，選取最優的參考數列即投入最少產出最多，計算環膠州灣污水處理廠的指標值與最優參考數列的灰色關聯度，以此分析各污水處理廠的相對效率。
　　三、方法介紹
　　灰色關聯分析法是灰色系統理論的重要內容，可以用來進行綜合評價。基本思路是，從樣本中確定一個理想化的最優樣本，以此為參考數列，通過計算各樣本序列與該參考序列的關聯度，對被評價對象做出綜合比較和排序。設有n個被評價對象，每個被評價對象有p個評價指標。這樣，第i個被評價對象可描述為：
　　xi={xi1，xi2…，xip}，i=1，2，…，n
　　（一）確定參考序列
　　根據各評價指標的經濟含義，在n個被評價對象中選出各項指標的最優值組成參考序列x0，x0={x01，x02…，x0p}，實際上，參考序x0列構成了一個相對理想化的最優樣本，是綜合評價的標準。如果第j項指標是數值越大越好的正向指標，則x0j就是n個被評價對象第j項指標實際值的最大值；如果是逆向指標，則是最小值；如果是適度指標，便是該指標的適度值。
　　（二）無量綱化
　　無量綱化是指通過一定的數學變換來消除原始變量不同量綱的影響，因子分析采用對指標值進行正態標準處理來消除量綱的影響。由于受各評價指標量綱和數量級不同的影響，使各評價指標間不具有可比性。因此，必須對各指標實際值進行無量綱化處理。采用直線型無量綱化公式，即：
　　xij*=（i＝1，2，…n；j＝1，2，…p）
　　此時，各指標的最優值均為1。為敘述方便，把無量綱化后的數據仍記為xij，則最優參考序列為x0={1，1，…1}。
　　（三）求兩級最大差Δ（max）和兩級最小差Δ（min）
　　為此，要先計算各被評價對象序列與最優參考序列間的絕對差序列。計算公式：
　　Δij=|xij-1|（i=1，2，…n；j＝1，2，…p）
　　在此基礎上，根據公式：
　　Δ（max）=（Δij）
　　Δ（min）=（Δij）
　　就可求得兩級最大差Δ（max）和兩級最小差Δ（min）。
　　（四）計算關聯度
　　計算公式：
　　θij=，ρ∈[0，1]
　　（五）計算第i個被評價對象與最優參考序列間的關聯度
　　ri＝θij
　　由于ri反映的是第i個被評價對象與評價標準序列x0相互關聯的程度，因此，如果ri>rj，則表明第i個樣本比第j個樣本好。所以，根據{ri}就可對被評價對象做出排序和比較。
　　四、模型建立
　　（一）選取變量
　　對污水處理廠的效率分析，考慮到數據的可得性，我們選取三個成本指標：X1——總投資額（萬元）、X2——年運行費用（萬元）、X3——污水設計處理能力（萬噸/日）；三個效益指標：X4——COD消減量（萬噸）、X5——氨氮消減量（萬噸）、X6——年污水實際處理量（萬噸）。由于成本指標對于污水處理廠的效率是逆向的指標，即成本越小越好，而效益指標是正向指標，為了簡便和方法的需要，把成本指標化為正向指標，令X*i=（i=1，2，3）為敘述方便，把取倒數后的指標仍記為Xi，這樣得到六個關于污水處理廠效率的正向指標。
　　（二）轉化變量
　　為了使變量無量綱化，令X*i=，這樣每列數的取值都是出于0和1之間，且總有一個值取1，選取每列中的最大值構成參考數列，則參考數列為X0＝{1，1，…1}。
　　將各污水處理廠簡稱如下：A——團島污水處理廠；B——海泊河污水處理廠；C——李村河污水處理廠；D——城陽污水處理廠；E——鐮灣河污水處理廠；F——膠州市污水處理廠；G——即墨污水處理廠；H——婁山河污水處理廠，經過以上各種變量的轉化得到變化后數據，為方便敘述，指標仍記為Xi。
　　（三）運行結果
　　將八個污水處理廠效率評價指標根據灰色關聯分析方法，用matlab軟件計算，各指標關聯度結果，如表1所示。
　　最終關聯度結果，如表2所示。
　　各污水處理廠的關聯度得分在一定程度上說明了污水處理廠的相對效率，再次運用灰色關聯分析方法，計算各指標對污水處理廠關聯度得分的影響程度，即分析各個指標對污水處理廠運行效率的關聯程度，各指標的關聯度，如表3所示。
　　
　　（四）效率評價
　　1、縱向比較評價各污水處理廠
　　從表2灰色關聯度的分析結果可以看到，團島污水處理廠與最優參考數列的關聯度最高，其次是鐮灣河污水處理廠、即墨污水處理廠、海泊河污水處理廠、李村河污水處理廠、婁山河污水處理廠、城陽污水處理廠，而膠州市污水處理廠與最優參考數列關聯度最低。
　　團島污水處理廠與最優參考數列的關聯度最高，主要是該污水處理廠產出指標數值都比較大，與最優值比較接近，另外在投入指標中年運行費用與同規模的污水處理廠相比較低，因此，團島污水處理廠的關聯度最高，也說明相對而言該污水處理廠的效率是較高的。鐮灣河污水處理廠的關聯度也是比較高的，主要是在投入指標中的累計總投資額和污水處理能力兩個指標都是最小的，與最優值最接近，而產出指標與同規模的污水處理廠沒有明顯的優勢。關聯度最低的兩個污水處理廠是城陽污水處理廠和膠州市污水處理廠，兩污水處理廠的投入產出指標數值非常接近，且都處于中間位置，這就導致它們與參考數列的關聯度較低，在一定程度上表明它們的運行效率一般。
　　2、橫向比較各評價指標
　　從表3各指標與污水處理廠的效率的關聯度看，在投入指標中，累計總投資額對污水處理廠的效率影響比較大，關聯度為0.6056，而污水設計處理能力與污水處理廠的效率關聯度最小為0.5640；在產出指標中，年實際污水處理量對污水處理廠的效率影響最大，關聯度為0.6778，而COD消減量與污水處理廠的效率關聯度僅為0.5147。因此，為了提高污水處理廠的整體效率，在投入方面應該盡量控制總投資額度，而污水設計處理能力方面可以提高，因為隨著經濟的發展，污水處理廠周圍的企業和生活污水逐漸增多，對于已經建好的污水處理廠若想提高污水處理能力需要增加很多固定投資，因此，在污水處理廠建造時要充分考慮總投資額和污水設計處理能力；為了提高運行效率，要提高污水處理廠的實際處理污水能力，盡量達到污水處理廠的設計污水處理量。
　　參考文獻：
　　1、吳吉慧.城市污水處理項目財務評價淺析[J].水