基于ELECTRE法的城市水環境治理環保公司優選

呂英軍 趙榮生 馬彥亮 劉小會

（1河南水投懷州水生態有限公司；2華北水利水電大學水利學院；3南水北調中線干線工程建設管理局）

1 引言

隨著社會工業化加快推進、城市化的迅速發展，部分工業、生活污水直接排放、城市舊管網的滲漏等問題導致了水生態環境日益惡化，嚴重制約了城市環境的可持續發展。當前，水環境問題已逐步由風險變成危機，河道水體發黑發臭，水體富營養化嚴重影響了人居環境。2015年，國務院印發了《水污染防治行動計劃》，對江河湖海進行科學治理，系統推進水污染防治、水生態保護，將水污染治理、水生態保護以及水資源再生利用作為實現城市綠水青山的關鍵。2016年，國務院印發了《關于全面推進河長制的意見》，將河道考核結果關聯至河長的日常績效考核中。2017 年，黨的十九大報告中提出了著力解決突出環境問題，加快水污染防治。水生態環境問題得到黨和國家的高度重視，改善水生態環境已成為中國城市建設的重要組成部分。據統計，截止到2018 年5 月，財政部公布的7 287 個PPP 項目中，生態建設和環境保護PPP 項目達到了7.90%。面對如此眾多的環境治理項目，如何科學的選擇黑臭水體治理環保公司，加快黑臭水體的治理成了亟需解決的問題。國內外學者對水環境治理已有了一定的研究，例如：王曉琴等對水環境治理工程進行評估，表明水環境治理工程對當地水環境起到了一定的改善作用。胡偉等利用模糊層次分析法對污水治理的績效進行評估。陳燕飛等對河流水環境的可恢復性進行了評價研究。Ellen 等研究了河流水環境修復的相關方法及原理。王東等研究了河長制與流域水污染規劃之間的互動關系。沈豐菊利用模糊積分模型對農村的生活污水處理模式進行了綜合評價。李艷等采用熵權topsis法對農村的垃圾濾液處理方案進行了評價。

然而，城市黑臭水體的治理模式并不同于農村的黑臭水體治理模式，城市河道承受著生活污水、城市污水處理尾水、管道滲漏污水等不同水體，這就必然決定了城市水環境治理環保公司的優選應因地制宜。水環境治理環保公司的綜合評價應當考慮造價方面、技術方面以及公眾滿意度方面。

基于此，文章在構建一套科學性強、易測量的評價指標體系的基礎上，結合變異權重法和ELECTRE法的優點，篩選出技術優、效果好、成本低的黑臭水體治理公司，為城市黑臭水體防治和水環境治理工程的環保公司優選提供決策工具。

2 黑臭水體治理環保公司優選指標體系構建

城市水環境治理工程項目的可持續性受到了經濟水平和地理條件的多重影響，因此，在城市水環境治理環保公司的優選過程中，環保公司的選擇不僅要考慮到其技術方面的先進性，還要考慮到其對城居環境的適宜性，即綜合考慮城市水環境治理環保公司的經濟性、先進性和適宜性。經濟性主要為環保公司開展水環境治理項目的建設成本C11、運行成本C12和占地面積C13。建設成本主要為水體處理設施的基本建設費用，以處理1 t 水體的建設成本表示；運行成本則以處理1t水體的運行成本表示；占地面積則以處理設備的占地面積表示。先進性主要由環保公司技術方面體現，由COD 去除率C21、氨氮去除率C22、總磷去除率C23以及修復周期C24和人力需求C25等5個指標反映。適宜性則由公眾滿意度體現，主要由水體透明度C31、水體的氣味C32以及運行過程中產生的噪音C33等3個指標反映。

基于上述分析，得出環保公司優選綜合評價指標體系如表1所示。

表1 環保公司優選綜合評價指標體系表

3 環保公司優選模型構建

3.1 變異系數法計算指標權重

變異系數法根據指標觀測數據的變異大小對指標進行賦權。指標的觀測數據變異程度大，則權重也大；反之，權重越小。具體計算流程如下。

第j項評價指標標準差的計算：

第j項評價指標變異系數的計算：

指標權重的計算：

則每個指標的權重向量：W=（w1,w2,…,wm）,wj＞0，j=1,2,…,m。

3.2 構建環保公司選擇ELECTRE-Ⅱ評價模型

步驟1：構建環保公司優選規范化決策矩陣。設環保公司優選決策矩陣為X=（xij）m×n，m為環保公司的數量，n為優選指標的數量，xij為第i個環保公司在第j個指標下的屬性值。負向指標采用倒數化x/ij=1/xij*K，K為常數。設環保公司優選標準化決策矩陣為A=（aij）m×n，aij表示第i個環保公司在第j個指標下經過標準化處理的屬性值。

步驟2：構建加權規范化決策矩陣。設加權規范化決策矩陣為V=（vij）m×n，各指標的權重向量為W=（w1,w2,…wn）。

步驟3：一致性和非一致性集合的確定。一致性集合用j+（vk,v1）表示，非一致性集合用j-（vk,v1）表示：

步驟4：一致性和非一致性矩陣的構建。一致性指數用Ckl表示：

一致性指數組成一致性矩陣：

dkl越大表示環保公司vk劣于環保公司vl的程度越大：

非一致性指數組成非一致性矩陣：

步驟5：一致性和非一致性支配矩陣的構建。一致性指數的閾值為α：

一致性支配矩陣為F：

fkl=1 時，環保公司vk不劣于環保公司vl的程度高于一致性指數的閾值α，可認為環保公司vk不劣于環保公司vl。非一致性指數的閾值為β，表示環保公司vk劣于環保公司vl的程度標準：

非一致性支配矩陣為E：

綜合優勢判定矩陣為H：

hkl=1即fkl=1與ekl=1同時成立，環保公司vk不劣于環保公司v1的程度高于一致性指數的閾值且環保公司vk劣于環保公司vl的程度低于非一致性指數的閾值β，即環保公司vl被淘汰。

步驟6：計算凈優勢值。環保公司vk的凈優勢值用ck表示：

ck越大，說明環保公司vk優越程度越大。

4 實例分析

4.1 工程背景

某縣水環境治理和生態修復工程在籌備前期，有A、B、C、D、E5 家水環境治理環保公司通過前期審查，A 公司主要采用原位生態修復技術治理水體；B公司主要采用公司特制菌群治理水體；C公司利用磁絮凝技術治理水體；D公司主要采用曝氣增氧等技術治理水體；E公司主要采用水下森林治理水體。現根據表1 中的評價指標體系，采用變異系數法和ELECTRE 法對環保公司進行優選評價。其中，定量指標以該公司實際實驗數據為準，定性數據采用問卷調查法獲取。公眾滿意度打分標準見表2，原始數據見表3。

表2 公眾滿意度打分標準表

表3 環保公司優選評價指標數據表

4.2 數值分析

根據表2可知，依據式（1）～（3），通過變異系數法計算得到的各項環保公司優選指標權重為：

W=（0.06 0.06 0.28 0.03 0.01 0.01 0.17 0.11 0.09 0.07 0.11）

依據上述所得權重，對指標數據規范化并構建加權規范化決策矩陣。詳見表4。

表4 環保公司優選評價指標加權決策矩陣表

依據公式（6）～（7）確定環保公司優選指標集的一致性集合具體見表5。與非一致性集合，如表5所示。

表5 一致性集合和非一致性集合表

由公式（8）和公式（9）計算環保公司優選指標集的一致性矩陣C和非一致性矩陣D。

依據公式（10）和（12）分別計算得α=0.49，β=0.53。依據公式（11）和（13）構建環保公司優選的一致性支配矩陣F 和非一致性支配矩陣H。依據公式（14）得綜合優勢判定矩陣為H，可得環保公司A、C、D、E應被淘汰，B保留。

根據式（15）可得各個環保公司的凈優勢值CA=-2.40，CB=2.24，CC=1.02，CD=-2.00，CE=1.16，可得各個環保公司的優勢排序為CB＞CE＞CC＞CD＞CA，故C 環保公司最適合選則。通過該環保公司綜合評價的實踐表明，通過變異系數和ELECTRE 法的評判模型確定最優環保公司是合理的，有效的。

5 結語

通過設定一致性和非一致性指數閾值，引入凈優勢值對五家城市水環境治理環保公司進行全排序，并充分考慮指標的權重。通過ELECTRE評價模型對城市水環境治理環保公司進行選擇，有效提高環保公司選擇的科學性與準確性。

運用ELECTRE 方法進行環保公司的優選簡單明了，可以將計算過程程序化，根據環保公司的特點和決策矩陣的情況，輸入不同的權值和閾值，通過程序化的計算即可獲取環保公司的優選排序，ELECTRE 方法在環保公司的優選過程中具有一定的實用價值，值得推廣。

在水環境治理的過程中，嘗試多技術融合的方式進行污水治理，利用公司間的優勢技術互相融合，形成技術優、成本低、效果好的多技術融合群，為中國水環境治理提供更優質的服務。