CN114723152A - 一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,包括如下步骤:构建指标体系框架,将指标体系分为目标层、准则层、要素层和指标层;从要素层中初步筛选出若干个评价指标;利用德尔菲法对评价指标进行调整,获得初筛评价指标;利用灰色关联度—粗糙集法、病态指数循环分析‑相关系数法和聚类加因子分析法对初筛评价指标进行筛选,获得优化指标体系;利用优度评价方法对优化指标体系进行优劣性的检验,得到最优指标体系。本发明能够系统化、全面化地对污染场地修复进行全面、科学的评价,从而为构建符合国内区域特性的复合污染场地治理效果综合评估方法,实现场地复合污染治理效果的定量化分析与评估提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及污染场地评估技术领域,尤其是涉及一种场地复合污染治理效 果综合评估指标体系的构建方法。
背景技术
污染企业迁移后,会遗留大量污染场地。这些污染场地内的土壤和地下水 均受到不同程度的破坏,给周边环境和居民健康带来严重的风险和威胁。因此, 对污染场地的治理工程势在必行。
目前的治理工程中,由于缺乏科学、合理的评估方法,存在以下问题:(1) 在修复技术和修复药剂的开发方面,片面追求处理效率提高,不够重视技术和 药剂本身的环境影响;(2)治理过程中为保证修复效果往往造成修复药剂投加 过量、能耗增大、对土地的二次扰动极大等问题;(3)治理后缺少对整个护理 过程的二次环境影响乃至社会经济影响评估;(4)场地尺度整体缺少对修复过 程环境、社会、经济综合效益的总体把控。
为了解决上述问题,需要建立一套科学、合理的绿色可持续发展评估方法。 而构建一套科学的污染治理综合评价指标体系,则是实现这个目标的前提。
《修复后污染场地再开发安全利用评估指标体系构建方法》 (CN113962534A)针对退役化工污染场地修复和再开发利用,按照人体健康评 估要素、生态风险评估要素、环境质量评估要素、工程安全性评估要素、感官 可接受度评估要素以及管理措施评估要素这六个要素建立了一个指标体系,对 化工园区修复后污染场地进行全面、科学的评估。但是该方法仅仅是从主观、 人为、理论上筛选指标,对筛选出来的指标缺乏一个科学评价,容易出现研究 者主观经验带来的偏差。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明提供了一种场地复合污染治理效果 综合评估指标体系的构建方法,通过主客观结合、理论分析与数学方法结合的 方式构建了一种全面化、系统化的评估指标体系。
本发明的技术方案如下:
一种场地复合污染治理效果评估指标体系的构建方法,包括以下步骤:
S1、构建指标体系框架,即:将场地复合污染治理效果评价指标划分为三 类:环境评价、社会评价和经济评价;利用系统分析法,将指标体系分为目标 层、准则层、要素层和指标层四个层面,其中目标层为场地复合污染治理效果 评价指标,准则层包括环境准则、社会准则、经济准则;
S2、从要素层初步筛选出若干个评价指标,得到原始指标体系;
S3、调整原始指标体系,即:利用德尔菲法,邀请专家填写调查问卷,回 收问卷后对原始指标体系进行进一步调整,然后再次向专家发放问卷,不断循 环,直至专家得出一致意见;经过调整的原始指标体系成为初筛指标体系;
S4、优化初筛指标体系的结构,即:采用三种复合型指标筛选方法来对初 筛指标体系进行结构优化,得到三种不同的优化指标体系;
S5、检验优化指标体系的优劣性,即:利用优度评价法,构建指标体系“优 度”评价的目标函数,得出不同的优化指标体系之间的优劣性,并选出最优指标 体系。
进一步的,所述环境准则的要素层包括:生态环境、土壤与水、资源消耗;
所述社会准则的要素层包括:工人健康与安全、社区、治理弹性;
所述经济准则的要素层包括:就业与就业资本、直接经济成本和效益。
进一步的,步骤S4所述三种复合型指标筛选方法是指:灰色关联度-粗糙集 法、病态指数循环分析-相关系数法、聚类加因子分析法。
进一步的,步骤S5所述优度评价法的评价指标包括:指标体系必要度、指 标体系覆盖率、指标体系获取难度、指标体系稳定性。
进一步的,所述指标体系必要度的计算方法如下:
S5-1-1、将必要度划分为5个等级,即:j=1,2,3,4,5;
S5-1-2、组织p个专家对各指标的必要度进行评级;
S5-1-3、从集中度、离散度和协调度三个方面对所有指标的必要度进行评价, 得到指标体系必要度;
(1)所述集中度F的计算公式如下:
其中:Fi是对第i个指标必要性的专家评价意见的集中度;m是评价指标体 系指标数量;p是专家的数量;Ej是第i个指标第j级必要度的量值;nij表示将第i个 指标评为第j级必要度的专家人数;
(2)所述离散度代表专家对第i个指标评价的分散程度,计算公式如下:
(3)所述协调度用变异系数V和协调系数K表示;
第i个指标的变异系数Vi代表专家对第i个指标评价的协调程度,计算公式如 下:
协调系数K的计算公式如下:
进一步的,所述指标体系覆盖率的计算方法如下:
其中:n为初筛指标体系的指标数量,k为优化指标体系的指标数量。
进一步的,所述指标体系获取难度通过指标体系难度因数来体现;指标体 系难度因数的计算方法如下:
其中:Hi表示第i项指标获取的难度因数;该难度因数通过专家调查问卷打 分获得。
进一步的,所述指标体系稳定性的计算方法如下:
S5-2-1、参加判断、量化的专家人数为s,专家j对指标的评分集为:
Xi={x1j,x2j,…xnj}
S5-2-1、计算出专家组评分的平均数据组Y={y1,y2,…yn}作为理想数据组:
S5-2-2、计算每一个专家给出的成组数据与该组理想数据的差异程度ρj:
S5-2-3、指标体系的稳定性系数为ρ:
本发明针对场地复合污染治理效果评估指标体系构建方法,首先通过系统 性分层构建了评价指标框架,采取从宏观到具体的框架顺序,具有全局意识、 前瞻性和远见性;然后,根据目标层下分为三个准则层,从环境、社会和经济 三个维度出发,派生出指标体系的要素层,对指标体系进行了更严谨细致全面 的考量;其次,进行了各个要素层指标的初选和结构优化,通过主观选取指标 和数学方法结构优化的方法,以主客观结合的方式构建了一种全面化、系统化 的评估指标体系;最后,对获得的评价指标体系进行了优劣性的检验,进一步 检验了评价指标体系的质量和有效性。
本发明有益的技术效果在于:
(1)针对场地复合污染治理效果评估领域,通过目标层、准则层、要素层 以及指标层的层级构成,搭建一种系统化的评估指标体系框架;同时,从环境、 社会和经济三个维度出发,通过主客观结合、理论分析与数学方法结合的方式 构建了一种全面化、系统化的评估指标体系;经过广泛征求专家意见,反复交 换信息、统计处理和综合归纳,综合运用定量和定性分析方法,最后构建起该 指标体系的构建方法。从而能够通过该系统化、全面化的评估指标体系对复合 污染场地治理效果进行全面、科学的评估,为修复污染场地的再利用提供有效、 科学、准确的指导。
(2)在指标优化的过程中,如何兼顾指标的全面性和代表性,在保持指标 体系评价质量的同时,又能使指标体系精简,抓住核心指标,剔除冗余指标, 是至今综合评价指标体系构建中仍面对的一个难点问题。已有评价指标遴选方 法主要围绕评价指标相对重要性及其信息重叠两个视角开展,通常在利用一种 方法剔除重要性较差指标后还要再利用一种方法剔除信息重叠水平较高的指标, 尚无一种方法可同时实现上述两种指标筛选功能。所以本发明采用复合型指标 筛选方法来对指标体系进行结构优化。目前国内外常用的指标优化方法有很多, 但目前适用于该领域指标优化方法较少,本发明采用三种数学方法对指标进行 结构优化,第一种方法叫灰色关联度-粗糙集法,这种方法是近些年很流行且筛 选效果得到专家认可的筛选方法,第二种叫病态指数循环分析-相关系数法,这 种方法是一种新兴的指标筛选方法,具有创新性,目前只有较少的案例利用。 第三种叫聚类加因子分析法,是一种传统且筛选效果优质的筛选方法。经过三 种数学方法的结构优化,综合分析得到评价指标体系。
(3)对于构建的指标体系,怎样检验它的效果,目前并没有一套指标体系 评价的标准。本发明基于“优度”评价方法,根据指标体系构建的基本原则,从科 学规范的角度,对各个指标体系,计算指标体系必要度包括集中度、离散度和 协调度、指标体系覆盖率、指标获取平均难度因数,以及指标体系的稳定性系 数,并以此计算出指标体系的“优度”函数值。比较各指标体系的“优度”值,并加 以定性分析,最终确定最优指标体系。利用指标体系构建的“优度”评价模型,可 以得到一个总体上最优的指标体系,防止研究者的主观经验造成的偏差以及数 学优化方法的缺陷,对各指标体系进行科学、公正、客观的评判。
(4)现有技术中利用主客观结合方法进行评价指标构建方法主要应用于相 近领域的有:低碳经济、生态文明建设和城市可持续性发展评价,而场地复合 污染治理效果综合评估这个领域中评价指标体系构建方法的研究较少,并且仅 仅是从主观、人为、理论上筛选指标,所以本发明将主客观结合的指标构建方 法进行不同领域间的迁移,以求取得比传统方法更好的技术效果,补足该研究 领域中指标体系构建的缺陷和空白。
附图说明
图1是本发明场地复合污染治理效果综合评估指标体系的框架图;
图2是聚类加因子分析法的聚类谱系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行具体描述。显然,所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本发明保护的范围。
实施例采用本发明的方法构建一个场地复合污染治理效果评价指标体系, 步骤如下:
S1、构建指标体系框架:将场地复合污染治理效果评价指标划分为三类: 环境评价、社会评价和经济评价;利用系统分析法,将指标体系分为目标层、 准则层、要素层和指标层四个层面,其中目标层为场地复合污染治理效果评价 指标,准则层包括环境准则、社会准则、经济准则。
环境准则的要素层包括:生态环境、土壤与水、资源消耗;
社会准则的要素层包括:工人健康与安全、社区、治理弹性;
经济准则的要素层包括:就业与就业资本、直接经济成本和效益。
S2、初步筛选指标体系:通过对国内外相关导则及案例、高质量发展、生 态文明建设等指标体系的借鉴,根据指标选择的科学性、直观性、完备性和可 操作性等,结合评价目标进行分析,从要素层初步筛选出30个评价指标,得到 如表1所示的原始指标体系:
表1原始指标体系
S3、调整原始指标体系:为使初建指标体系更加合理与完善,利用德尔菲 法,邀请专家填写调查问卷,回收问卷后对原始指标体系进行进一步调整,然 后再次向专家发放问卷,不断循环,直至专家得出一致意见。经过调整的原始 指标体系一共包括28个指标,称为初筛指标体系,如表2所示:
表2初筛指标体系
S4、优化初筛指标体系的结构:采用三种复合型指标筛选方法来对初筛指 标体系进行结构优化,得到三种不同的优化指标体系。三种复合型指标筛选方 法分别为:灰色关联度—粗糙集法、病态指数循环分析-相关系数法和聚类加因 子分析法,优化过程如下:
(4-1)灰色关联度—粗糙集法的优化过程:
S4-1-1、数据标准化,使得不同量纲的量也能进行比较,需要对数据作适当 的变换;
S4-1-2、建立特征变量关联矩阵A;
S4-1-3、确定指标最佳分类,根据不同的临界值λ得到不同的分类。采用F统 计量确定最佳临界值λ,得出指标的合理分类;
S4-1-4、属性约简,根据粗糙集理论属性约简原理进行属性约简实现指标的 筛选。
以社会准则层为例,社会准则层共有8个待优化指标,社会要素全部指标 特征变量关联矩阵A为:
根据加框最大关联系数进行样本聚类,得到样本聚类结果B。
为了让分类更加客观,引入F-统计量计算最佳阈值。采用标准化的数据矩 阵确定最佳阈值分析表(取a=0.05)。根据表3可知,按取(F-Fa)/F最大者所对 应的λ作为最佳阈值,即λ=0.7392为最佳阈值,最佳分类数为5。
表3最佳阈值分析表
分类数 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
λ | 0.7192 | 0.7263 | 0.7282 | 0.7392 | 0.7575 | 0.8369 |
F | 13.094 | 15.1555 | 17.7892 | 24.6838 | 20.1907 | 15.2433 |
Fa | 5.9874 | 5.7861 | 6.5914 | 9.1172 | 19.2964 | 233.986 |
(F-Fa)/F | 1.1869 | 1.6139 | 1.6344 | 1.7034 | 0.0345 | —— |
接下来根据粗糙集理论进行属性约简,依次去掉指标C1、C2、……C8,得 到特征变量关联矩阵A1、A2、……A8,进一步得到如表4所示的样本分类B1、 B2、……B8。
表4样本分类
根据上表动态聚类结果:指标C1、C4约简后的聚类结果与全部指标下的 样本聚类结果相似程度高,对评价对象的分类无影响,为冗余的指标,则删除 该指标;而其余指标约简后的聚类结果与全部指标下的样本聚类结果不相同, 则应保留相应的指标。所以最终删除指标C1和C4。
其他准则层计算过程和社会准则层相同。
最终得到的优化指标体系如表5所示:
表5灰色关联度—粗糙集法得到的优化指标体系1
(4-2)病态指数循环分析-相关系数法计算过程:
S4-2-1、通过特征方程计算矩阵XTX的特征值;
S4-2-2、计算n个评价指标的病态指数CIn:
S4-2-3、计算剔除单个指标Xi(i=1,2,…,n)后剩余n-1个评价指标的病态 指数CI(n-1)i;
S4-2-4、重复执行S4-2-1至S4-2-3,计算剩余n-1个指标的病态指数CI(n-1)i;
S4-2-5、计算指标Xi(i=1,2,…,n)的整体信息重叠贡献度Ci1(i=1,2,…,n):
Ci1=CIn-CI(n-1)i
S4-2-6、剔除n个指标中整体信息重叠贡献度最大的指标;
S4-2-7、如果剩余全部指标的病态指数不大于10,就停止信息重叠指标的 筛选,否则重复执行S4-2-1至S4-2-6;
S4-2-8、基于Person相关分析降低个别指标间较高的信息重叠。
按照上述步骤,利用Minitap和Excel进行计算,指标的第一轮筛选结果如 下表:
表6病态指数循环分析-相关系数法的第一轮筛选结果
根据指标信息重叠度共进行了8轮筛选,依次筛除对指标体系贡献率大的 指标。
最终获得的指标体系如表7所示:
表7病态指数循环分析-相关系数法得到的的优化指标体系2
(4-3)聚类加因子分析法计算过程:
S4-3-1、聚类分析,先对指标的原始数据进行标准化处理,然后运用SPSS 聚类分析程序模块,采用欧式平方距离对指标进行聚类分析,将指标分类。
S4-3-2、因子分析,对上述新指标体系进行因子分析事前检验。其次,提取 因子,求得因子载荷矩阵,可得到因子得分函数及排序。
以社会维度为例,聚类谱系图如图2所示。根据谱系图将社会准则下8个 指标分为三类,分别是(C1),(C6、C7、C8),(C2、C3、C4、C5)。
对上述指标体系进行因子分析事前检验。使用SPSS软件选用指标体系对 样本进行因子分析。首先通过KMO检验和巴特利特球形检验测定样本是否适 宜做因子分析,结果显示,KMO检验结果为0.834>0.600,Bartlett's球形检验 结果为0.000<0.050,说明数据适合做因子分析。
其次,提取因子,求得因子矩阵,可得到因子得分函数及排序。筛选出该 类别中对评价结果影响最显著的指标。提取指标C1、C2、C4、C7、C8。
其他准则层计算过程和社会准则层相同。
最终获得的指标体系如表8所示:
表8聚类加因子分析法得到的的优化指标体系3
S5、检验优化指标体系的优劣性,即:利用优度评价法,构建指标体系“优 度”评价的目标函数,得出S4的三个优化指标体系之间的优劣性,并选出最优 指标体系。
“优度”评价标准从以下五个方面进行,分别是指标体系必要度、指标体系覆 盖率、指标获取难度、指标体系稳定性。
(5-1)指标体系必要度的计算方法如下:
S5-1-1、将必要度划分为5个等级,即:j=1,2,3,4,5;
S5-1-2、组织p个专家对各指标的必要度进行评级;
S5-1-3、从集中度、离散度和协调度三个方面对所有指标的必要度进行评价, 得到指标体系必要度;
(1)集中度F的计算公式如下:
其中:Fi是对第i个指标必要性的专家评价意见的集中度;m是评价指标体 系指标数量;p是专家的数量;Ej是第i个指标第j级必要度的量值;nij表示将第i个 指标评为第j级必要度的专家人数;
(2)离散度代表专家对第i个指标评价的分散程度,计算公式如下:
(3)协调度用变异系数V和协调系数K表示;
第i个指标的变异系数Vi代表专家对第i个指标评价的协调程度,计算公式如 下:
协调系数K的计算公式如下:
(5-2)指标体系覆盖率的计算方法如下:
其中:n为初筛指标体系的指标数量,k为优化指标体系的指标数量。
(5-3)指标体系获取难度通过指标体系难度因数来体现;指标体系难度因 数的计算方法如下:
其中:Hi表示第i项指标获取的难度因数;该难度因数通过专家调查问卷打 分获得。
(5-4)指标体系稳定性的计算方法如下:
S5-2-1、参加判断、量化的专家人数为s,专家j对指标的评分集为:
Xi={x1j,x2j,…xnj}
S5-2-1、计算出专家组评分的平均数据组Y={y1,y2,…yn}作为理想数据组:
S5-2-2、计算每一个专家给出的成组数据与该组理想数据的差异程度ρj:
S5-2-3、指标体系的稳定性系数为ρ:
优度计算结果如表9所示:
表9优度计算结果
根据优度评价法的计算结果,聚类加因子分析法得到的优化指标体系3的 优度值最大,最终获得一个包含20个评价指标的最优指标体系,如表10所示:
表10场地复合污染治理效果评价指标体系
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式 中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的 人员而言,对于本领域的普通技术人员而言,在不脱离本发明的原理和精神的 情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,因此在不背离权 利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (9)
1.一种场地复合污染治理效果评估指标体系的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、构建指标体系框架,即:将场地复合污染治理效果评价指标划分为三类:环境评价、社会评价和经济评价;利用系统分析法,将指标体系分为目标层、准则层、要素层和指标层四个层面,其中目标层为场地复合污染治理效果评价指标,准则层包括环境准则、社会准则、经济准则;
S2、从要素层初步筛选出若干个评价指标,得到原始指标体系;
S3、调整原始指标体系,即:利用德尔菲法,邀请专家填写调查问卷,回收问卷后对原始指标体系进行进一步调整,然后再次向专家发放问卷,不断循环,直至专家得出一致意见;经过调整的原始指标体系成为初筛指标体系;
S4、优化初筛指标体系的结构,即:采用三种复合型指标筛选方法来对初筛指标体系进行结构优化,得到三种不同的优化指标体系;
S5、检验优化指标体系的优劣性,即:利用优度评价法,构建指标体系“优度”评价的目标函数,得出不同的优化指标体系之间的优劣性,并选出最优指标体系。
2.根据权利要求1所述的一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,其特征在于:
所述环境准则的要素层包括:生态环境、土壤与水、资源消耗;
所述社会准则的要素层包括:工人健康与安全、社区、治理弹性;
所述经济准则的要素层包括:就业与就业资本、直接经济成本和效益。
3.根据权利要求2所述的一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,其特征在于,步骤S4所述三种复合型指标筛选方法是指:灰色关联度-粗糙集法、病态指数循环分析-相关系数法、聚类加因子分析法。
4.根据权利要求2所述的一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,其特征在于,步骤S5所述优度评价法的评价指标包括:指标体系必要度、指标体系覆盖率、指标体系获取难度、指标体系稳定性。
5.根据权利要求4所述的一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,其特征在于,所述指标体系必要度的计算方法如下:
S5-1-1、将必要度划分为5个等级,即:j=1,2,3,4,5;
S5-1-2、组织p个专家对各指标的必要度进行评级;
S5-1-3、从集中度、离散度和协调度三个方面对所有指标的必要度进行评价,得到指标体系必要度;
(1)所述集中度F的计算公式如下:
其中:Fi是对第i个指标必要性的专家评价意见的集中度;m是评价指标体系指标数量;p是专家的数量;Ej是第i个指标第j级必要度的量值;nij表示将第i个指标评为第j级必要度的专家人数;
(2)所述离散度代表专家对第i个指标评价的分散程度,计算公式如下:
(3)所述协调度用变异系数V和协调系数K表示;
第i个指标的变异系数Vi代表专家对第i个指标评价的协调程度,计算公式如下:
协调系数K的计算公式如下:
9.根据权利要求4所述的一种场地复合污染治理效果综合评估指标体系的构建方法,其特征在于,步骤S5所述最优指标体系如下:
所述生态环境对应的评价指标包括:可吸入无机物排放量、碳排放强度、臭氧消耗和酸化潜值;
所述土壤与水对应的评价指标包括:土地有机质和土壤pH、总营养元素含量(包括土壤和水)、土壤与地下水中目标污染物的残留浓度和化学需氧量;
所述资源消耗对应的评价指标包括:土壤填埋空间占用、淡水消耗量和中国资源消耗潜值;
所述工人健康与安全对应的评价指标包括:修复期间事故概率、修复期间污染物暴露风险;
所述社区对应的评价指标包括:社区的参与度与满意度;
所述治理弹性对应的评价指标包括:应对气温变化影响与应对变化的经济状况;
所述直接/间接的成本或收益对应的评价指标包括:直接财务成本和收益、提升土地价值以促进未来的发展或投资;
所述就业与就业资本对应的评价指标包括:治理项目本身创造的工作岗位与治理地块再利用新增的工作岗位。
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