基于熵值法的上海市大氣污染排放水平綜合評價研究

周 瑾

華北電力大學

0 研究現狀

化石能源消耗是經濟增長和發展過程中的一個關鍵因素，但會導致污染排放以及全球變暖和氣候變化，這已經成為一個全球關切的問題。幾十年來，我國始終采取高速粗放型的發展模式。在此模式下，我國也正如大多數發達國家幾十年前所經歷的那樣，為快速的經濟發展付出了高昂的資源和環境代價[1]。在過去的30年里，我國經濟的快速發展是以嚴重的環境污染為代價的[2]，近幾十年來，受出口導向型制造業、國內能源消耗上升、汽車運輸增加和其他與中產階級增長相關的排放密集型經濟活動的推動，我國許多地區正面臨長期的空氣污染[3]，大氣污染作為三大污染之一，不僅對人類的健康造成威脅，同時還威脅著我國經濟的可持續發展。

上海市，位于長江三角洲的核心區域，在市場經濟發展中依托其相應的地理環境和物質資源優勢以及國家政策的扶持，經濟得到迅猛發展。作為國家重點環保城市，是我國重要的經濟、科技、文化、交通及貿易中心[4]，因此更值得關注其可持續發展問題。本文對上海市大氣污染排放水平進行綜合評價并提出相關建議。

1 數據來源于選取

本文數據來源于上海統計年鑒[5]中的“大氣環境保護”。選取了2001-2018 年的數據，收集的數據見表1。

圖1 是根據表1 數據繪制的趨勢圖。從圖1 中可以清楚地看出三個排放指標的發展趨勢，工業廢氣排放在2001-2009 年間均是緩慢上升，但是在2009 年之后突增，在2011 年達到頂峰，之后到2016 年持續減少，近兩年又有增長趨勢；SO2排放在2001-2005年間小幅增加，2005年后至2015年都處于下降趨勢；煙（粉）塵排放在2001-2013年十年間都處于下降趨勢，僅在2013-2014 年間增長，而后至2018年持續下降。

表1 上海地區污染排放數據

圖1 上海地區污染排放統計圖

2 熵值法模型建立

2.1 熵值法的主要原理

熵概念是由德國物理學家R·Clausius 和L·Boltgman 首次提出的概念，此后美國數學家、網絡及信息理論創始人N·wiener和C·E·shannon提出了比此更普通的信息熵概念。目前已廣泛應用于工程技術、社會經濟和其他領域。

熵值法是一種客觀賦權方法，它通過計算指標的信息熵，根據熵的特性，可以通過計算熵值來判斷某個事件的隨機性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，該指標對綜合評價的影響（權重）越大，其熵值越小。其中信息量越大，不確定性就越小，熵就越小；信息量越小，不確定性就越大，熵就越大。熵值法與其他綜合評價方法相比，可以根據樣本數據本身的信息特征判斷權重，并且可信度更高[6]。本文選取熵值法進行綜合評價。

2.2 模型構建

1)原始數據的收集與整理

以需要評價上海市m 年的大氣污染排放狀況為例，其中評價指標體系包括n 個指標。由此構成了一個由m 個樣本組成，用n 個指標做綜合評價的問題，從而形成評價系統的初始數據矩陣：

其中：xij代表第i年第j項評價指標的數值。

2)計算第i年第j個污染源的排放比例

3)計算第j個指標的熵

4)計算信息熵冗余度

5)計算各項指標的權值

6)計算第i年的污染水平評價值

2.3 評價結果分析

本文借助Matlab 進行分析。首先，使用等式2對表1 中的排放數據進行預處理，測量每年的污染排放水平見表2。

表2 預處理后的排放數據

此后，使用方程3、4、5 獲得每個指標綜合評價的權重結果，見表3。

表3 污染排放指標權重

通過使用這些權重和預處理的排放數據，使用方程6得到每年的污染排放水平，見圖2。從圖2可見，自2014年之后空氣污染水平持續下降，可持續發展勢頭趨好。

圖2 污染排放水平評價結果

由表3 可見，上海地區能源消費中工業廢氣排在首位，權重為0.417 0；其次是煙（粉）塵，權重為0.388 9；SO2排在末位，權重為0.194 1。使用表2中列出的預處理排放數據和表3中的評估權重，計算出各指標每年對污染排放水平的貢獻，結果見圖3。

圖3 每個指標每年對污染排放水平的貢獻

首先，從圖3 可以看出，2001-2008 年空氣污染水平始終在波動，2010-2013 年開始持續下降。其次，工業廢氣排放始終在污染排放水平變化中起關鍵性作用。這一概念意味著，減少上海地區空氣污染的主要政策方向是減少工業廢氣排放。并且與該排放指標相比，煙（粉）塵排放的影響也不能忽視，僅二氧化硫排放的影響較小。

研究表明住宅類建筑揚塵污染較為嚴重，石油化工及精細化工制造業和精品鋼材制造業揚塵污染嚴重[7]。在《上海市2018-2020 年環境保護和建設三年行動計劃的通知》[8]中上海市政府已對揚塵污染提出了幾點建議：大力推廣裝配式建筑和綠色建筑、推進綠色工地建設、深化道路揚塵污染控制。由此說明上海市已經重視煙（粉）塵污染的嚴重性。

3 上海市能源消費發展建議

從綜合評價結果可以觀察到2014-2018 年污染排放持續下降，這是一個非常樂觀的現象。但是可持續發展是一條長久之路，為此我們應該繼續努力，本文主要給出以下建議：

第一，工業技術進步與創新是抑制工業廢氣排放的重要途徑。在經濟發展過程中加強與工業廢氣排放相關的技術改造，從而改善經濟增長與其發展的不良局面。同時，認真貫徹落實《上海市2018-2020 年環境保護和建設三年行動計劃的通知》中關于持續加強揚塵污染控制所制訂的措施。

第二，各級政府要明確環境保護的責任，充分發揮政府對企業環境責任的限制和監督作用，建立企業發展的嚴格環境評價標準和經濟發展的綜合評價體系。另一方面，企業必須樹立可持續發展的概念，堅持綠色發展，不斷提高獨立創新功能，特別是環境保護技術創新，利用先進技術解決環境污染問題。