基于层次分析法的垃圾填埋场臭气污染选址的优化分析

黄茂凯 黄文欣 陈善智

摘  要：当今垃圾处理问题愈发引起人们注意，小的可以说是一个城市的问题，大的会涉及到国家层面。对于城市居民来说，垃圾处理带来的臭气问题才是最扰民生的，亟需行之有效的解决方案。于是，本文将从气象学、空气动力学等学科入手，联系实际的城市“热岛效应”，以及季节性气候和不可测天气情况，还有风向等问题，利用数学分析、高等数学与一些物理学的公式进行定性分析，并为城市作一定的评估，为城市垃圾填埋场选址做出较为优化的选择。

关键词：热岛效应;臭气污染;层次分析法;垃圾填埋场选址

一、背景

一年前中国“洋垃圾”限令，最近菲律宾、马来西亚的限令，迫使各个国家采取更为有效且环保的方式来对待垃圾处理问题，其中，对于城市居民来说，垃圾处理带来的臭气问题才是最扰民生的，亟需行之有效的解决方案。

在垃圾处理地的选择上，自然会有不同的地价，地价选择和臭气污染之间的优化平衡共同促进垃圾填埋场的选址。

二、建立模型求解

（一）基本模型参数

（1）城市规划一般以矩形、扇形、同心圆的规划区域，于是引入平面重心，进而给出一个重心距的概念，假设城市区域是连续的，那么城市任意一点都是收敛的。假设填埋场到重心的距离，记为r（A），A为重心偏转角。

（2）臭气传播的速度与动力阻力有关，热岛大气环流速度（Vq）=热动力（Frd）/全流程阻力（hz）

（3）风向因素固定时和雨天，那么不用考虑“热岛效应”。

（4）风向方向的强劲程度定为deg（F）。

（二）模型求解过程

假設填埋场到重心的距离，记为r（A），A为重心偏转角，单位距离人数为p，假设臭气传播速度为Vq，风向方向的风力强劲程度定为deg（F）。

1、如果常年季风风向，选择你地必须是顺风向的城郊少人区或无人区

2、以正东方向为正方向，A以正方向逆时针计算

3、可以找到一个A。使得r（A。）方向与风向相反（r（A。）方向是填埋场到重心）

4、热岛大气环流速度（Vq）=热动力（Frd）/全流程阻力（hz）

5、热动力（Frd）与温度差T成正比，可表为Frd=kT

6、假设单位时间臭气受众为Q，则Q=Vq =kT / hz

7、假设传播时间为t，在r（A。）上某段距离r。（A。），必然使得deg（F）+hz=Frd，此时则有在特定地点的受众Qc=Vq x t=kT x t / hz，其中t=r。（A。）x p / Q

结果分析：由以上模型可知，一个城市的垃圾填埋场应该选择的是顺季风风向且距离城市非环流点较近处。

三、层次分析法的模型优化

假设选址方向上有垃圾填埋场C1，C2，C3，C4选址可供选择，现采取层次分析法对选址做出最优化选择。

（一）层次分析法的模型求解

（1）由于每个垃圾填埋场的处理效果不同，根据人们对垃圾的比例和量给出不同的权重，而经过层次分析法后，总权重越大表明处理效果越好。

（2）建立层次结构

（3）建立判断矩阵，对P1，P2，P3，P4两两进行比较，生活垃圾P1与化工制品有毒气体P2之比为1/2，记为a12=1/2;生活垃圾P1与剩菜剩饭腐臭P3之比为1/3，记为a13=1/4;生活垃圾P1与生物制品腐化P4之比为1/3，记为a14=1/3;化工制品有毒气体P2与与剩菜剩饭腐臭P3之比为1/2，记为a23=1/2;化工制品有毒气体P2与生物制品腐化P4之比为1/2，记为a24=1/2;剩菜剩饭腐臭P3与生物制品腐化P4之比为1/3，记为a34=1/3;由此组成判断矩阵A。

（7）所以，该矩阵符合一致性检验，所以W可以作为大致人们丢弃废气的权向量。

（8）得到权向量W=（w1，w2，w3，w4）=（0.106，0.185，0.265，0.445）

（二）分析结果

评分结果：人们对四个垃圾填埋场的垃圾产生废气处理效果总权重评分为：S1=6.338，S2=5.89，S3=6.001，S4=6.207。按照层次分析法计算，明显应该选址垃圾填埋场C1。

深层分析：每个选址产生的运营费用是不同的，我们给出必要的费用模型。

费用模型：假设垃圾填埋场C2是选址在农田上的，而垃圾填埋场C1和垃圾填埋场C3在荒地上，垃圾填埋场C4在荒地和农田的结合处上，每个选址两万平方米。农田地价100万，一万五平方米内每平方米4元处理费，多出部分每平方米符合一次函数模型：Y=0.0020X+4;荒地地价80万，一万五平方米内每平方米3元处理费，多出部分每平方米符合一次函数模型：Y=0.0010X+3;农田地价90万，一万五平方米内每平方米3.5元处理费，多出部分每平方米符合一次函数模型：Y=0.0015X+3.5。

则它们的支出费用分别为：V1=V3=872500元，V2=1105000元，V3=988750元。

因为在选址荒地的垃圾填埋场C1和垃圾填埋场C3所需费用最少。综合垃圾填埋场应该选择垃圾填埋场C1。

参考文献

[1]  苏宏伟;蔡宏《缓解城市热岛效应的有效路径》-环境经济 - 2017