模糊评价方法在风险规划环评方案筛选中的应用＊

董璟琦 杨晓华 杨海真 钱灵艳

（1.北京师范大学环境学院，水环境模拟国家重点实验室 北京 100875；2.同济大学环境科学与工程学院 上海 200092)

1 前言

规划环境影响评价 （Environmental Planning Assessment，EPA)是指在规划编制阶段，对规划实施可能造成的环境影响进行分析、预测和评价，并提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的过程［1］。目前用于综合评价的方法不少［2，3］，但很少用于规划环评。鉴于规划环评不仅具有较大的模糊性，还包括一个必要的步骤，即要求评价者通过一定的方法设立若干替代方案进行定性分析和筛选，具有较多不确定性。由于我国规划环评开展较晚，尚处于起步阶段，因此应用于规划环评的决策分析方法目前还处于探索阶段。

本文以广西沿海石油化工产业规划环评为例，提出了将基于加权广义距离的模糊评价模型（Fuzzy Assessment Model，FAM)引入方案筛选过程的决策分析。模糊评价方法是一种基于模糊集理论的半定量数学方法［4］，目前对于环境质量分级和变化具有模糊性和连续性的环境质量评价而言，具有广泛的应用［5，6］。对于模糊性和不确定性都很强的规划环评而言，本文建立了基于加权广义距离的模糊评价模型；确定了用于规划环评方案筛选的评价指标、评价标准及评价矩阵；并用层次分析法计算出评价指标各自的权重，并利用该模型和方法用于广西沿海石化产业规划环评的多个替代方案的筛选。

2 模糊评价模型的建立

通常，环境质量评价中的模糊评价模型是对单个评价目标进行多因素多指标的评价［7］，由于各个指标标准值之间具有模糊性和连续性，利用模糊评价方法不仅可以较好地将这两种特性反映出来，也可以求出一个明确的数值作为评判。而作为一种以筛选出较优方案为目标的决策分析方法，模糊评价模型需通过引入加权广义距离，计算出代表每种方案优劣程度的隶属度，并为之排序，最终确定较优方案［8］。本文的模糊评价模型由相对隶属度矩阵、指标权重、加权广义距离、隶属度等以下4个部分构成。

2.1 相对隶属度矩阵的构建

首先构建由n个待选方案和m个评价指标构成的n×m评价矩阵：

随后对评价矩阵进行规格化处理，形成相对隶属度矩阵，对于效益型指标 （即指标值越大越优)而言：

对于成本型指标 （即指标值越小越优)而言：

其中，Xij为第i个待选方案第j项指标的属性值；rij为第i个待选方案第j项指标的相对隶属度；∨、∧分别为取大、取小运算符；∨i、∧i分别表示待选方案i＝1，2，3…n对指标j取大、取小。

由上式可得相对隶属度矩阵：

2.2 指标权重的确定

本文采用层次分析法确定指标权重。

（1)由专家对各指标两两比较的重要程度进行估计，并构造判断矩阵：

其中，fij为判断矩阵的比率标度，其数字含义如表1。

（2)权重计算［9］。将判断矩阵的各列作归一化处理：

表1 判断矩阵的比率标度及含义

所得ωi＝ （ω1，ω2，ω3，…，ωn即为n个指标的权重，且满足。

（3)计算随机一致性比率进行一致性检验。

式中n为评价指标的个数，从而求出最大特征值λmax。

查表2得相应阶数的平均随机一致性指标RI，由：

计算随机一致性比率CR，当CR＜0.1时，认为判断矩阵基本符合随机一致性指标；当CR≥0.1时，则不符合随机一致性指标，需调整使CR＜0.1。

表2 平均随机一致性指标表

2.3 加权广义距离的构建

加权广义距离可以代表方案i距离最优和最劣方案的距离，从而起到衡量方案优劣程度的作用。由于最优方案的隶属度为1，方案i对最优方案的距离可用如下加权广义距离公式表达：

其中，p为广义距离参数，p＝2时为欧氏距离，可用来表示方案之间的差异［10］，在此选p＝2。

设方案i对最优方案的相对隶属度为ui，则其对最劣方案的隶属度为1－ui，因此可以将隶属度定义为权重，得到以隶属度为权重的加权广义欧氏距离：

1.4 隶属度的建立

为了求出方案i对最优方案的隶属度ui，可以利用最小二乘法构建目标函数：

其中D2（1－ri)为方案i距离最劣方案的加权广义距离，即：

最后对n个方案的隶属度进行排序，隶属度越大表示该方案越优，从而达到对替代方案进行筛选的目的。

3 实例分析——广西石化产业规划环评情景方案筛选

3.1 广西石油化工产业概况

广西壮族自治区目前设立钦州、北海、南宁、柳州、百色、河池六个城市为石化产业重点发展城市，根据已有的《广西沿海石油化工产业中长期发展规划》（以下简称《规划》)，共计划分两期在这六个城市发展原油加工、乙烯产业链、氯碱工业等44个项目。其中钦州为主要发展城市。针对《规划》的环评主要目的是评价该规划对于当地环境资源的影响并预测分析，在此基础上提出若干可供决策者选择的环境友好型替代方案。

在6个重点城市中，目前已确定各自的重点石化产业园区。

3.2 替代方案介绍

在已形成的所有替代方案中选取三套作为本文即将筛选评价的对象，具体项目分布情况如表3所示。

表3 三套方案石化项目布局表＊

三套方案均依据各个城市的产业发展特征、环境资源限制和石化产品特性构建而来，但侧重点不尽相同。钦州市主要发展原油及其副产品，北海主要发展树脂工业，南宁具有氯碱工业园区，柳州重点发展汽车配件，而白色与河池则是醋酸工业的发展基地。方案3布局较集中，方案1、2布局较分散。本文根据一定的评价指标对3套方案进行比较筛选，最终确定最优方案。

3.3 对替代方案进行模糊评价

3.3.1 评价指标的确定

通过专家讨论确定本次评价的指标为政策指标、环境指标、产业特征、社会经济影响和产品风险，分别涵盖了每个方案的政治环境经济各个方面。根据上文所述的权重确定方法，专家对该5项指标两两比较的重要程度矩阵如表4所示。

表4 权重判断矩阵

3.3.2 指标权重的计算

根据式（6)－（8)，由表4可得指标权重向量为ω ＝ （0.083，0.257，0.13，0.032，0.497)T；根据式（9)－（10)可得最大特征值λmax＝5.24，计算一致性指标CI＝0.06，随即一致性比率CR＝0.05＜0.1，故所得权重符合随即一致性指标。

3.3.3 评价标准及评价矩阵的构建

通过专家打分确定每一个方案各个指标的属性值。设定每个指标的最高属性值为1，各个指标所需考虑的因素及评价标准如表5所示。

表5 指标包含因素及评价标准

根据上述各指标的考虑因素，由专家打分构建3×5评价矩阵：

通过该评价矩阵可以看出每套方案5个指标的优劣等级，结合各个指标的权重，就可以得出该套方案对应的优劣等级。

由式（2)－（3)得到相对隶属度矩阵：

3.3.4 求解各方案的隶属度

根据式（17)可以解得三套方案各自隶属于最优方案的隶属度排序如下：

根据表5方案分级情况可以看出，方案三为较好，方案一次之（或好)，而方案二为不好。因此，在这三套方案中，方案三为最优解。

3.4 计算结果分析

根据计算结果，我们可以看出在这三套方案中，方案三隶属于最优方案的隶属度最高，也就是我们筛选出的最优解。下面分别对这三套方案进行定性分析。方案一：该方案是本次评价工作的次优解，通过该方案的项目布局和专家对各个指标的打分情况可以看出，该方案充分考虑了各个城市和园区的规划及行业特征，以及每个城市的资源环境情况，但其产品分布比较分散，考虑到产品运输风险的高权重值，其风险指标较低的得分影响了该方案最终的隶属度排序。因此该方案在方案等级中属于“好”，但并不是最优解。方案二：该方案是本次评价工作三个方案中最差的一个，原因在于除了社会经济指标，其各项指标的得分都比较低，对于政策、环境和产业链结构的考虑都显得不够充分，同时由于其与方案一相似的分散布局，使得其风险得分最低。即从各个指标因素考虑，该方案都不如其他两个方案优，并且其方案等级处于“不好”，不应被采纳。方案三：该方案是本次评价工作的最优解。从其项目分布情况可以看出它不仅充分考虑了各个城市的规划和行业特征，其产品布局也比较集中，这就大大降低了运输风险。而另一方面，集中布局增加了特定城市的环境压力，同时也不利于区间的贫富差距，但是考虑到百色／河池两个城市在方案布局前的环境容量和资源承载力都较低，该集中布局可以认为是合理布局，且其方案等级为“较好”，建议采纳。

4 结论

本文将基于加权广义距离的模糊评价方法引入到规划环评的替代方案筛选过程中，在广西石化产业规划环评中进行了具体应用。主要结论如下：

（1)建立了基于加权广义距离的模糊评价优选模型以及规划环评方案筛选的评价指标、评价等级和评价矩阵。并且通过层次分析法对政策指标、环境指标、行业特征、社会经济、产品风险等5个评价指标计算出各自的权重。所建模型和方法使得定性方案筛选决策分析更加理性、科学、客观和具有可操作性。解决了规划环评的替代方案筛选过程的不确定性问题，具有一定的理论意义。

（2)依据评价指标对布局方案进行评价筛选，确定方案三隶属度u3＝0.69，为“较好”等级，是本次评价的最优解。评价结果与“广西沿海石油化工产业规划环境影响评价”项目中多方案比选分析的结果一致。因此，本研究具有重要的应用价值。

（3)本文所研究的多方案筛选方法对于与本项目类似的大区域行业规划环评都有一定的适用性和参考性，具有推广应用价值。

1 国家环境保护总局 .《规划环境影响评价技术导则》（试行)（HJ／T 130－2003)［HJ］

2 杨晓华，杨志峰，郦建强，陆桂华，金菊良 .区域水资源开发利用程度综合评价的最佳逼近模型［J］.系统工程理论与实践，2004，24（6)：120－125

3 金菊良，杨晓华，巍一鸣 .基于模糊优先关系矩阵的系统评价方法 .系统工程理论方法应用，2005，14（4)：364－368

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5 程声通等 .环境系统分析教程［M］.北京：化学工业出版社，2006.172－174

6 赵然杭，曹升乐，高辉国 .城市水环境承载力与可持续发展策略研究［J］.山东大学学报（工学版)，2005，35（2)：90－94

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8 刘汉昌.水利水电工程模糊评标定标方法［J］.中国农村水利水电，1999，6：28－30

9 杨海涛，完颜华，李佳等 .灰色关联法和层次分析法在工程方案优选中的应用［J］.环境科学与管理，2008.6，33（6)：69－73

11 陈守煜，李庆国，姚瑶 .一种新的模糊聚类神经网络及其在水资源评价中的应用［J］.水利学报，2005，36（6)：1－7