基于非线性回归和层次分析法的塑料污染研究

陈岸荻

摘 要：塑料工业的快速发展给人们带来了许多便利和巨大的经济效益，但同时也伴随着各种令人担忧的生态问题。首先，我们采用一元非线性回归模型，通过大量相关数据，考虑塑料廢弃物的来源、处理塑料所需资源的有效性和有效性等因素，以年份为自变量，通过多元拟合，我们估计一次性使用或处理塑料产品废物的最高水平，这些废物可以安全地减少，而不会对环境造成进一步损害。然后，改进传统的层次分析法，研究政府的相关政策，建立环境安全指标体系，并讨论了利用它可以减少多少塑料废弃物，达到环境安全水平。

关键词：一元非线性回归;层次分析法;环境安全;塑料污染

1 背景

目前，大多数塑料包装材料都是100%聚烯烃材料，不采用可降解配方制成。由于其优异的化学稳定性，自然分解需要大约200年的时间[1]。因此，只有大约9%的塑料产品可以回收利用，每年大约有4-12吨塑料废物进入海洋[2]。显然，塑料垃圾不仅会造成白色污染（视觉污染），还会造成水体污染，甚至危及海洋生物的生命安全。因此，加强对塑料制品的管理正逐渐成为人类的共识，也是全球塑料生产和使用面临的重要现实问题。在这种情况下，为了解决塑料废弃物的问题，我们将提出一种方法，以减缓塑料生产的流动，改善我们如何管理塑料废弃物。

2 基于一元非线性回归的塑料环保产品产量预测模型

欧美等国家被提名为亚洲国家，中国已成为全球最大的塑料生产国，占全球塑料产量的25%[4]，为此，本文将以中国为例详细回答。

首先自变量设为“年”，因变量设为“中国塑料制品数量”。然后，根据中国国家统计局提供的过去五年（2015-2019年）塑料制品数量数据，我们把这里生活垃圾的来源一般分为生活垃圾和工业垃圾。将自变量设为t年，将因变量设为可用土地资源L年，根据近5年垃圾无害化处理厂的数量和无害化处理工艺进展的相关数据，得到拟合数据的曲线，如下图所示。

为了判断拟合精度是否高，引入残差范数对拟合效果进行量化。一般来说，残差范数越小，拟合效果越好。经计算，两个数字的残差分别为1.03和1.49，说明我们的拟合是绝对准确的。

最后，当我们得到一阶导数时，我们得到了原函数的变化程度，所以计算得到的是V1和V2，我们得到：

并对两个因变量进行比较，根据两个第一素数的特点：当2020年≤x≤2030年时，我们得到：环境破坏率大于环境恢复率。相应地，最大值等于人类处理的塑料垃圾的最大量，求出最大值的一阶导数，大于零，所以：当2020年≤x≤2030年时，最大值增加。当x=2030时，最大水位取最大值6.23*t。

3 基于层次分析法减少塑料废弃物模型

传统AHP判断矩阵的量化值采用Saaty提出的1-9标度法。当评价体系中指标较多时，不仅选代次数较多，计算量较大，而且由于一致性差，判断矩阵的可靠性较差。为此，本文采用改进的层次分析法，将两个指标用三个尺度（0、1、2）进行比较，建立比较矩阵，进而确定判断矩阵。IAHP的三个尺度意义是：0表示Ci比Cj重要，1表示Cj和Ci同等重要，2表示Ci比Cj重要。该方法具有自我调节功能，不需要一致性检验。与层次分析法相比，尺度值具有合理性和良好的判断沟通性，提高了比较判断过程的准确性。

在这个问题上，我们首先利用改进的层次分析法建立了环境安全评价体系，从而找出环境安全水平。首先，选取影响因素建立评价指标体系，构建评价指标体系的思路和步骤如下：

生态环境安全评价一般遵循四个原则：一是综合性原则，评价指标反映生态环境的整体性和综合性特征;二是主导因素原则，选择代表性原则，领先最能反映生态环境的本质特征;第三，可操作性原则，指标的量化数据应便于获取和更新;第四，原则简单，指标选择有针对性，评价指标尽量少，以及尽可能简单的评估方法。

因此，在环境生态安全概念和相关文献的基础上，探索并构建了由目标层、系统层和指标层（表1）组成的层次结构的环境安全水平评价指标体系。系统层由大气系统、土壤环境和水环境系统三个生态环境安全要素组成;指标层由大气中二氧化碳含量、PM2.5含量、水资源中污染物含量等代表性指标因子组成，以及土壤所能容纳的垃圾量等本模型基于指标的易取性、独立性、针对性和可比性等原则，在一些有代表性的地方查询了经济、农业、林业、水利等相关部门的大量数据资料，通过对数据和资料的筛选和选择，选择容易获得、反映环境实际情况、便于研究区纵向比较、便于与同类地区比较的区域，以区域横向比较指标构建评价指标体系。

在数据标准化之前，使用自然对数变换来缩小变化范围。为了消除量纲差异，使数据具有可比性，进一步规范了数据范围。10年13个评价指标的原始数据矩阵经自然对数变换后为，数据矩阵为。安全趋势指数为正值，数值越大，水环境安全，范围标准化处理如下：

其次，确定各指标在指标体系中的权重，确定方法如下：通过计算和整理，各体系层环境与生态安全体系比较见表2-6（见附件：表2-6），并对系统层和指标层的各项指标进行了合理的权重分配。得到了环境生态安全系统的比较矩阵A-B、B1-C、B2-C和b3-C。环境生态安全评价体系中各指标的单级排序和总级排序见表7，各指标权重为Wi。

结果表明：13项指标中，污水排放总量权重为0.2579，一次成型塑料生产量权重为0.1641，垃圾处理量权重为0.1216，污染治理资金权重为0.1172，污水处理能力权重为0.086，土壤自恢复力权重为0.0729，排名前5位;二氧化碳等三种物质的重量较小。在对环境与生态安全进行量化时，可以剔除权重较小的三个因素，从而简化评价过程。

4 小结

根据环境生态安全评价标准和水平，我国正处于总体状态，环境系统的服务功能可能退化，环境可能受到一定程度的破坏，生态系统结构可能发生变化。一般来说，生态系统很可能保持其基本功能，但受到干扰后容易恶化，出现生态问题，并会出现阶段性的生态灾害。如果我们想使中国的生态环境总体上达到一个相对安全和良好的状态，并想使中国的环境系统在模式上达到第二个层次（环境服务功能基本完善，环境干扰较小，生态系统结构仍然完整，即使总体上是受干扰，易恢复，生态问题不明显，生态灾害少，至少提高0.2855。

参考文献

[1] BARRA R，LEONARD S A.Plastics and the circular economy：a stapdocument[R].Viet Nam：Global Environment Facility Council Meeting，2018：1-23.

[2] Ma Yanru，White Pollution and Plastic Packaging，Environmental Protection，2000.03