（环境科学专业论文）生活垃圾卫生填埋场选址方法研究.pdf

中山大学硕上学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 基于这样的原因，本论文选择了层次分析法模型，并将其应用于填埋场 的选址方法研究中，同时将其应用于长安镇红花坑和乌沙两个垃圾填埋场的 比选实例中，得出了和专家一致的结论，从而验证了层次分析法模型在填埋 场选址方法研究上的适用性、可行性和科学性。 关键词：生活垃圾；卫生填埋场；选址；多属性决策；层次分析法 i i 中山大学硕士学位论文 生括垃圾卫生填埋场选址方法研究 s t u d yo nt h em e t h o do fs a n i t a r yl a n d f i l ls i t es e l e c t i o nf o r m u n i c i p a ls o l i dw a s t e m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：y eh a i x i a s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f c h e nb i n l u a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t y , e s p e c i a lt h et i d eo f u r b a n i z a t i o n ，t h e h u m a nb e i n gc r e a t eal o to fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e n o w a d a y s ，s a n i t a r yl a n d f i l l b e c o m e st h em o s ti m p o r t a n tm e t h o dt od e a lw i t hm u n i c i p a lw a s t ea th o m ea n d a b r o a d t h ek e yo fs a n i t a r yl a n d f i l li ss i t es e l e c t i o n ar e a s o n a b l el a n d f i l ls i t en o t o n l yd e c r e a s e st h ec o s to fc o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，b u ta l s od e c r e a s e st h e p o t e n t i a ld a n g e r o u sf o re n v i r o n m e n tp o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yf o rt h ew a t e r a tt h e p r e s e n tt i m e ，s o m ef a t a lp o l l u t i o na c c i d e n t sh a v ea p p e a r e db e c a u s eo fu n s u i t a b l e l a n d f i l ls i t es e l e c t i o n a tp r e s e n tt h et r a d i t i o n a ls i t es e l e c t i o ni n v o l v e st h r e es t e p s ： f i s t ，r e s e a r c hs o m ei n f o r m a t i o nw i t hs i t e ；t h e n ，i n v e s t i g a t es o m es i t e s ；t h i r d ， d e c i d et h ef i n a ls i t eb yt h el e a d e rw i t he x p e r i e n c e t h i st r a d i t i o n a lm o d eh a ss o m u c hs u b j e c t i v ef a c t o r ss ot h a ti tl e a d sr a n d o ma n di n c e r t i t u d ea n du n s c i e n t i f i c t h em e t h o di se a s yo fg r e a th i d d e nt r o u b l e t h e r ea r es om u c hq u a n t i t a t i v ef a c t o r sa sw e l la sq u a l i t a t i v ef a c t o r si nt h e s i t es e l e c t i o ni n f l u e n c ef a c t o r sa n di n d e xt h a ti tb e c o m e sc o m p l e x i t y b e c a u s eo f t o om u c hv a r i a b l e ，s o m ec o m p l i c a t e dm a t h e m a t i cm o d e sa r en o ta b l et ob eu s e d b ye n g i n e e r sa n dt e c h n i c i a n s ，s ot h e s es c i e n t i f i cm a t h e m a t i cm o d e sb e c o m e m e a n i n g l e s s s ow es h o u l dm a k et h em o s to fh u m a n ss u b j e c t i v ee s t i m a t i o na n d 1 1 i 中山大学硕u 上学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 e x p e r i e n c e i n b u i l d i n gt h em a t h e m a t i cm o d et os o l v em a t t e r - o f - f a c tp r o b l e m s d e s i g n e dt or e f l e c tt h ew a yp e o p l ea c t u a l l yt h i n k i n g ，t h ea n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ( a r l e ) i sap o w e r f u la n df l e x i b l ed e c i s i o nm a k i n gp r o c e s st oh e l pu ss e t p r i o r i t i e sa n dm a k et h e b e s td e c i s i o nw h e nb o t hq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a s p e c t so fal a n d f i l ls i t es e l e c t i o nn e e dt ob ec o n s i d e r e d b yr e d u c i n gc o m p l e x d e c i s i o n st oas e r i e so fo n e o n o n ec o m p a r i s o n s ，t h e ns y n t h e s i z i n gt h er e s u l t s ， a h pn o to n l yh e l p sd e c i s i o nm a k e r sa r r i v ea tt h eb e s tl a n d f i l ls i t es e l e c t i o n ，b u t a l s op r o v i d e sac l e a rr a t i o n a l et h a ti ti st h eb e s t b a s e do nt h e s er e a s o n s ，t h em e t h o do fa h pm o d ei su s e dt os t u d yo nt h e m e t h o do fs i t es e l e c t i o n ，a tt h es a m et i m e ，e x a m p l ef o rh o n g h u aa n dw u s h a l a n d f i l l si nc h a n g a n t h er e s u l ts u g g e s t st h a tt h eb e s ts i t ei sa c c o r d a n tw i t ht h e r e s u l tt h a tt h es p e c i a l i s tr e c o m m e n d s ，w h i c h p r o v e st h a tt h em e t h o do fa h p m o d e i sf e a s i b l e ，s c i e n t i f i c ，a p p l i c a b i l i t y k e yw o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e ；s a n i t a r yl a n d f i l l ；s i t es e l e c t i o n ；m u l t i p l ea t t r i b u t e d e c i s i o nm a k i n g ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) i v 中山太学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 1 1 选题背景及意义 第1 章绪论 所谓卫生填埋，就是能对渗滤液和填埋气体进行控制的填埋方式i lj 。是 一种按照工程理论和土木标准，对生活垃圾进行有控管理的一种科学工程方 法。国外有人称之为“受控填埋” z l 。卫生填埋是“利用工程手段，采取有效技 术措施，防止渗滤液及有害气体对水体和大气的污染，并将垃圾压实减容至 最小，填埋占地面积也最小。在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使 整个过程对公共卫生安全即环境污染均无危害的一种土地处理垃圾方法”【”， 涉及多个学科领域，是大量消纳城市生活垃圾的最有效也是最终的处理方 法。目前我国对生活垃圾处理主要有卫生填埋、高温堆肥、焚烧、分类收集 四种技术，但是实践表明：到目前为止，尚只有卫生填埋场具有处理和最终 处置生活垃圾的双重功能，卫生填埋场发挥着最终处置生活垃圾的保底作 用，具有战略地位n 到了1 9 5 0 年，全球已有约1 4 0 0 个城市采用该法来处 理固体废物。进入上世纪7 0 年代后，该项技术得到了广泛发展。填埋是我 国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，2 0 0 3 年底全国共有4 5 7 个生活垃圾填埋场，近8 5 的城市生活垃圾采用填埋处理【5 j 。正是由于垃圾 填埋方式在我国的相对普遍，使得垃圾填埋技术发展较快。随着我国综合国 力的增强，我国城市垃圾处理在最近1 0 年开始向标准化、规范化的方向发 展，城市生活垃圾处理水平有了较大幅度的提高。但是由于我国的垃圾处理 比西方发达国家起步较晚、投入不够，总的来说垃圾资源化处理处置的水平 还比较低。从总体上讲，当前我国的垃圾处理还处于由随意堆放到卫生填埋 的发展阶段。随着我国综合国力的近一步提高和居民环保素质的提高，对卫 生填埋技术进一步的研究是有必要和有意义的。 选址是卫生填埋场建设的重要组成部分，一个好的选址，既可以防止和 减少对周围环境的破坏，又可以减少垃圾填埋场的投资和运行费用。国外由 于社会公众的高度关注【6 ，政府都非常重视填埋场的选址，并将选址技术报 告作为重要文件向社会公开，广泛争取公众意见，并且关于公众对卫生填埋 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 场选址反应的研究也相当多n 在中国有关选址的技术要求在相关技术规定 中已有明确规定，目前中国大多数城市非常重视填埋场的选址，为填埋场的 建设和运营打下了良好的基础；但是对场址的确定还缺少系统的科学方法， 所以对卫生填埋场选址技术方法的研究就显得十分必要和有实际的应用价 值了。 1 2 国内外的研究动态和发展趋势 1 2 1 国内外对垃圾卫生填埋场的研究动态 垃圾卫生填埋是从传统的废弃物堆填发展起来的一项最终处置技术。在 处理城市垃圾的最初阶段，由于城市垃圾数量不大，人们习惯地将垃圾堆弃 或者填埋在城市四周的空旷地或低洼地。早在公元前3 0 0 0 年到公元前1 0 0 0 年，古希腊米诺文明时期，克里特岛的首府康诺索斯就曾把垃圾填入低凹的 大坑中，并进行分层覆土。 土地填埋作为固体废物的处置方法，是在本世纪初就开始使用的。第一 个城市垃圾填埋场于1 9 0 4 年在美国伊利诺伊斯州的香潘市建成，其后俄亥 俄州的丹顿( 1 9 0 6 年) ，伊阿华州的达文波特( 1 9 1 6 ) 等地也相继建成和运 行了城市垃圾填埋场。这些垃圾填埋场的建设和运行奠定了土地填埋处置技 术的最早期技术基础。 从2 0 世纪5 0 年代后，特别是美国纽约州的腊芙河谷由于历史上不合理 填埋危险废物而导致了严重公害事件以后，美国开始逐渐抛弃和改进上述传 统的填埋方式。并且美国及其他一些国家相继制定法律法规强化固体废物的 管理，改进废物的土地填埋处置技术。例如，美国在1 9 7 6 年修订并颁布了 资源保护和回收法，正式禁止继续使用传统的填埋方法。英国也于1 9 7 7 年实行了填埋场地许可标准法，用以促进传统填埋方法的完善和改进。 中国也于1 9 9 8 年开始执行中华人民共和国生活垃圾填埋污染控制标准 ( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 。美国关于卫生填埋场的选址和转运优化问题【8 - 9 1 和经济补 偿问题【”】研究也比较深入。此外，加拿大、英国、澳大利亚、新西兰、挪威、 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 法国、丹麦、德国、意大利等国己建立了大量的卫生填埋场。这些发达国家 的政府、科研机构和高等院校十分重视卫生填埋的方法和技术的研究。 1 2 1 1 国外研究现状及发展趋势： ( 1 ) 前期阶段( 2 0 世纪4 0 一5 0 年代) ：卫生填埋法很少使用，垃圾以 简单的露天堆放为主，场址选择以交通方便为准则，较少考虑环境保护。 ( 2 ) 初期阶段( 2 0 世纪5 0 7 0 年代) ：这一阶段，在进行填埋场场址的选 择时，底质、水文地质、工程地质、环境地质等各因子成为调查、分析和评 价的对象，主要表现在对场地的定性分析和评价上。 ( 3 ) 地质环境影响的机理研究阶段( z o 世纪7 0 年代后期一8 0 年代中期) ： 其主要特点是着重对单个污染组分与地下水或地层中矿物组分相互作用机 理的研究。在方法和手段上，采用了物探、同位素、示踪技术等，以及应用 溶质迁移的解析模型、数值模型、零通量面积法等进行计算，垃圾对环境的 影响分析开始从定性走向定量。 ( 4 ) 全面系统化研究阶段( 2 0 世纪8 0 年代后期开始至今) ：对填埋场的 研究更加全面、深入和系统，具体表现在：处置场设计更加系统和完善； 场地地质环境效应研究综合化和系统化：地质处置场阻隔材料性能的研究 日趋活跃；计算机人工智能系统【1 1 】引入该领域。 1 2 1 2 国内的研究及发展现状： 总体上，我国日前在该领域的研究水平相当于国外第二或第三阶段的研 究水平，但某些研究成果己经达到国外第四阶段的研究水平。 我国自2 0 世纪六十年代以来，固体废弃物填埋技术有了很大发展，特 别是近些年来固体废弃物的处置方法已经从简单的倾倒、分散的堆放向集中 处置、卫生填埋方向发展【1 2 l 。我国“七五”期间，在全国范围内开展了城市垃 圾无害化处置技术的试点研究。确认卫生填埋处置技术是最适宜我国国情的 实用处置技术之一。1 9 8 9 年，国家建设部颁布城市生活垃圾卫生填埋技术 标准( c j j l 7 8 8 ) ，这表明我国城市垃圾卫生填埋场的建设向科学化、规范 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 化、正规化的方向迈进。1 9 9 1 年9 月国家建设部和科委正式把卫生填埋处置 技术确定为我国近期推广的首选技术，并将是否建立城市垃圾的卫生填埋场 作为国家卫生城市的一个重要指标。随后与之相关的法律法规性文件相继出 现。从此我国各大中城市陆续兴建了一些大、中型城市垃圾卫生填埋场。1 9 9 5 年建设部颁布生活垃圾填埋场环境监测技术标准( g j 厂r 3 0 3 7 1 9 9 5 ) 。1 9 9 7 年，国家环保总局颁布了生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - - 1 9 9 7 ) ， 该标准是由城市生活垃圾卫生填埋技术标准( c j j l 7 8 8 ) 修改而成。2 0 0 0 年5 月2 9 日建设部颁布了城市生活垃圾处理及污染防止技术政策，2 0 0 1 年，建设部又颁布了城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准和城 市生活垃圾卫生填埋技术规范( c j j l 7 2 0 0 1 ) ，2 0 0 2 年6 月6 日国家环保 总局颁布实施了关于生活垃圾填埋污染控制标准有关问题的复函。2 0 0 3 年颁布了城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程( c j j 9 3 - - 2 0 0 3 ) ， 2 0 0 4 年修订了生活垃圾卫生填埋技术规范( c j j l 7 2 0 0 4 ) 。由于国外发达 国家填埋技术的发展，填埋场人工防渗材料高密度聚乙烯膜( h d p f ) 已被 普遍采用，随着我国经济的发展和环保投入的不断增加，高密度聚乙烯膜在 我国的垃圾卫生填埋场建设中将会得到广泛应用。为此城市生活垃圾卫生 填埋场人工防渗工程技术规范已开始编制。 现阶段我国城市垃圾处理处置工作进入了新阶段。大量初步研究成果开 始出现，主要进展如下： ( 1 ) 采用了实体物理模拟试验，应用了化学动力学、水动力学弥散理 论，建立了垃圾渗滤液成分的离子迁移和转换的准二维联合数学模型、对垃 圾填埋场环境影响程度和速度进行了模拟、计算、和预测。 ( 2 ) 较深入、系统的研究了填埋场中微生物对氮化物、有机物、金属 离子的相互作用机理。 ( 3 ) 深入、全面、系统的研究了垃圾填埋场对环境影响的评价方法， 并对某些垃圾填埋场的环境污染进行了分析评价。 ( 4 ) 探索出了一套适合于垃圾填埋场场址综合、系统的优化选择理论 和方法。 ( 5 ) 研究了填埋场土壤中污染物质在不同层次不同空隙组成土壤中的 4 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 迁移规律。 ( 6 ) 深入系统的研究了各种土体及其不同比例的混合材料对各种污染 物质的阻隔能力及各种材料衬垫的铺设方法。 ( 7 ) 研究得出了分别适合于南方和北方垃圾填埋场的不同填埋模式和 管理模式。 所有这些研究成果都为卫生填埋场的合理选址及科学规划时间提供了 依据。 1 2 2 国内外对垃圾卫生填埋场选址的研究动态 垃圾卫生填埋场场址选择的技术指标一般包括环境、经济和技术三个方 面，涉及到当地的环境保护、经济状况、交通情况、地形状况、气候条件、 水文条件、地质环境等等，是一个含诸多因素的多目标决策问题。目前，国 内外一般的作法是通过调查各项因素，得到详细资料后，进行定性的分析， 然后作出结论，但是定量研究也丌始着手进行。而定性分析注重性质( 价值) 的分析和判断，因而分析者的主观因素会影响分析的客观性；另一方面，定 性分析很注重对背景的分析，认为不同的情景会导致不同的行为。完全定性 的方法难以保证选址环节上的准确性和合理性。 目前正在研究之中的垃圾填埋场址的选址方法很多，但是归类而言就两 个方向：定量方向和非定量方向。定量方法不外乎都属于多目标决策的方法： 层次分析法、灰色关联分析法、模糊多属性决策法、多目标决策密切值法、 物元分析决策法、多目标决策模糊优选模型、基于熵值的模糊评判法。非全 定量方法主要是空间分析技术g i s 法1 1 3 - 1 5 j 和计算机系统中的专家系统法【摊1 8 】 等等。 根据垃圾卫生填埋场选址的影响因素及其权重具有模糊性的特点，绍国 霞【1 9 】提出了采用模糊多属性决策方法解决垃圾卫生填埋场选址的问题，在分 析垃圾卫生填埋场选址的主要影响因素的基础上，阐述了采用模糊多属性决 策进行垃圾填埋场场址优选的思路、原理和方法，并通过具体算例证明了该 法应用于填埋场选址的可行性与合理性。 颜维安，杭德荣，杨国静等用g i s 方法评价了部分正在使用的生活垃 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 圾填埋场选址的正确性与合理性，从宏观的角度进行分析、判断是否会对环 境产生危害性影响，探讨 7 g i s 在生活垃圾填埋场场址选择中的可行性与必 要性。张征、赫英臣、何满潮用g i s 方法在层次分析的基础上建立起了垃圾 填埋场的地理信息系统综合评判系统【2 1 】。 徐斌用多目标决策密切值法、物元分析决策法、多目标决策模糊优选模 型三种方法对铁路垃圾卫生填埋场的选址进行了应用和对比，建立了一个开 放性的选址指标体系【2 2 1 。 刘云斌根据模糊综合评判的理论方法，建立了城市生活垃圾填埋场选址 模糊综合评判系统，对填埋场的选址问题进行了探讨 2 3 1 。 1 9 9 4 年由国家环境保护局、中国科学院、国家教委等部门主持“八五” 国家科技攻关项目固体废物安全填埋场选址综合技术导则( 草案) 可视 为一个选址的专家技术系统和基本原则。 在这些方法之中，定量的方法因为数学模型在使用过程中由于要严格定 量化，导致有效信息的遗失，而g i s 和号家系统法要庞大的数据库信息作支 持，在我国目前的基本国情下，这些弊端导致了这些方法在实际应用中的障 碍，而层次分析法却能够消除这些缺点，能在填埋场的实际选址过程中得到 有效利用。 层次分析法( a h p ) 是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层 次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。这种方法的特点是在对 复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上， 利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无 结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。尤其适合于对决策结果难于 直接准确计量的场合。对于像垃圾填埋场选址问题，由于场址合理性的评价指 标有的是定量描述，有的只能是定性描述，加上层次分析法的成熟性，选择 层次分析法应用于垃圾填埋场场址选择是合理和科学的。目前为止，已有多 位学者做过相关的探讨。 最先将层次分析法引入填埋场场址选择的是刘长礼【纠等，他们以浦东垃 圾填埋场最优地段的优选为例，应用层次分析法，阐明了城市垃圾地质填埋 场场址的优选方法及其过程。这是一个开端。胡志飞【2 5 1 等以密云县为例，运 6 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 用层次分析法对城市垃圾填埋场进行优化选择，从而为垃圾填埋场场址的确 定提供了科学的决策依据。翟云波【2 6 1 等根据层次分析法的原理，对永州市生 活垃圾填埋场场址的适宜性进行评价，取得满意的结果。证明此方法是填埋 场场址适宜性评价中较好的方法和手段。程天、张彩香【2 7 】等也将层次分析法 应用于填埋场的选址，证明了该方法的简便性、科学性和合理性。 众所周知，垃圾卫生填埋场的选址问题是填埋场设计运营的第一步，也 是极其重要的环节，其选择的好坏直接关系到填埋场的成功与否，但由于选 址涉及到位置布局、交通运输、地形地质、水文气象、环境保护等等诸多因 素【2 刚，并且各因素又包含很多子因素，因而选址是一个复杂的多目标决策分 析问题，给选址带来了极大的困难。传统的选址方式主要是通过航片、卫片 以及区域地质调查资料的收集和水文工程地质勘察，然后结合已积累的经验 和既成的原则，通过定性分析作出结论，显然存在不足： 一是定性分析偏差较大，溶入过多决策者及操作过程的因素，而且操作 起来费时费资。 二是选址工作量大而繁冗，周期过长，因而优化选址方法以得到更为科 学合理的选址结果，成为保障填埋场从设计、填埋、封场、管理到再开发全 环节的迫切要求。鉴于层次分析法在多目标决策分析问题上的显著成效，本 文将其应用于垃圾卫生填埋场选址环节，可有效的解决以上问题：将经验量 化，用清晰的数学演绎改进繁杂的决策过程，使问题解决变得简单，而且繁 复的计算可通过计算机编程完成。可见，在垃圾卫生填埋场选址中运用层次 分析法是科学有效的。 1 3 论文研究内容和技术路线 1 3 1 研究内容 填埋场场址的确定程序有三个步骤： ( 1 ) 场址初选 根据城市总体规划、区域地形、工程地质和水文地质资料确定多个候选 7 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 场址。 ( 2 ) 场址推荐 对候选场址进行踏勘，并通过对场地的地形、地貌、工程地质、水文地 质、植被、水文、气象、交通运输、覆盖土源和人口分布等对比分析，征求 当地政府意见，确定2 个以上( 含2 个) 的预选场址。 ( 3 ) 场址确定 对预选场址进行技术、经济和环境的综合比较，提出首选方案，完成可 行性研究报告或选址报告，通过审查确定场址。本论文的研究对象就是该步 骤。 本论文在仔细研究垃圾填埋场场址的影响因素的基础上，从探索垃圾填 埋场的科学选址方法的角度入手，尝试性的建立了卫生填埋场场址的综合评 价指标体系，用层次分析法对长安镇的两个垃圾填埋场的适宜性用定性的方 法进行数学模拟讨算，得出最优值，选出最佳场址，旨在了解长安镇的垃圾 处理与处置的现状情况，指出填埋场选址的关键因素，并且为长安镇的垃圾 填埋场的选址提供决策依据。主要的研究内容包括以下四个方面： ( 1 ) 在总结前人对垃圾填埋场选址问题研究工作的基础上，对垃圾填 埋场场址的优选方法进行探讨，确定以层次分析法为场址选择的优选方法。 ( 2 ) 结合长安镇的实际情况，总结国内外关于建立填埋场选址技术指 标体系的研究，科学合理的选取评价指标，建立起长安镇垃圾填埋场选址的 综合评价技术指标体系。 ( 3 ) 在收集各个指标原始数据的基础上，利用层次分析法对长安镇的 两个备选场址进行场址适宜性的评价和分析，并且同时分析选址与地质因 素，选址与自然地理因素，选址与水文地质因素，选址与工程地质因素，选 址与环境学、经济学、社会学的相关关系，指出影响选址的关键因素和瓶颈 指标。 ( 4 ) 根据场址适应性评价结果，选出合理场址。 1 3 2 研究技术路线 本论文的研究方法包括： 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 ( 1 ) 文献研究：国内外相关文献的收集与研究； ( 2 ) 实地调查：对东莞市长安镇垃圾特性、去向、处置状况等进行现 场调查； ( 3 ) 指标识别：通过对垃圾卫生填埋场选址因素的研究，对指标进行 相应的识别与选择，建立起完善的指标识别体系； ( 4 ) 数学模型：运用层次分析的数学模型对指标权重进行计算，得出 最优方案； ( 5 ) 系统综合分析：对垃圾填埋场选址关键因素及相关因素进行综合 分析评判。 以长安镇为例，具体的技术路线如图1 - 1 ： 1 4 本文创新点 垃圾及其填埋场的研究 i 场址优选方法的确定 l 长安镇垃圾填埋场选址问题的 背景考察 综合评价指标体系的建立 l 综合模型研究 结果分析 图1 - 1 论文研究技术路线示意图 9 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 1 4 1 理论研究创新点 本论文从决策科学、系统工程的高度来考虑生活垃圾卫生填埋场的选址 问题，在理论上得到升华，使得分析问题更加具有前瞻性；本论文在层析分 析模型上创造性地增加了方案层，使模型更加完备；本论文在准则层采用自 然地理、水文地质、工程地质、环境学、经济学、社会学六个因素，使得准 则层更加全面、细致、深刻；本论文在予准则层将影响因素增加到2 4 个， 使得评价指标体系更加全面，使得评价结论更加准确。 1 4 2 应用研究创新点 前人在探索如何将层次分析法应用于垃圾卫生填埋场选址问题时，更多 的是考虑自然环境条件和经济成本，对社会条件，尤其是公众的反应考虑的 尤其少。但是在像长安镇这样的珠江三角洲地区，由于生活水平的提高，公 众对填埋场的经济成本的重视远远不及他们对填埋场建在自己社区的强烈 反感，最终导致暴力围堵垃圾运输车的事件。因此，本论文在建立长安镇垃 圾卫生填埋场的综合评价模型时，更多地考虑了社会因素，公众的反应因素， 据此选出来的垃圾卫生填埋场的场址更符合现实社会的实际情况。 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 第2 章填埋场场址优选方法与理论研究 2 1 多属性决策问题的基本概念 本论文研究的垃圾填埋场的选址问题就属于多属性决策问题。 多准则决策问题( m c d m ) 广义上可分为两类：多属性决策( m a d m ) 和多目标决策( m o d m ) 。多属性决策问题中的决策变量是离散的，其中的 各选方案的数量是有限的，这类问题求解的核心是对各个备选方案进行评价 后排定各个方案的优劣次序，再从中择优；多目标决策问题中的决策变量是 连续的，备选方案有无限多个，求解这类问题的关键是向量优化，即数学规 划问题。多属性决策( 或称之为有限个方案的多目标决策) 是现代决策科学的 一个重要组成部分，在工程设计、经济、管理和军事等诸多领域中有着广泛 的理论与实际应用背景，如：投资决策、项目评估、设施选址、投标招标、 产业部门发展排序、经济效益综合评价等。多属性决策问题属于离散的多目 标决策问题。一个决策过程也就是对被评价对象的各个指标通过某种方式或 某种模型的综合评价过程。因此，决策的过程也称之为多指标( 属性) 评价过 程【2 9 l 。 多属性决策问题的最优化问题是几个属性值同时比较大小，其本质是向 量比大小，此时，对应于一个可行解z ；k ，x ：，矗) 的目标函数，是一个实 向量za f ( x 1 1 | f ( x ：x ，b ，) j ( 假定有p 个目标) a 多属性决策问题的解决可以分成两个步骤。第一：从可行解的结合中淘 汰劣解，找出非劣解( 有效解) ；第二：再从非劣解集合中选取一个满意解。 多属性决策是一类特殊的多准则问题，其特征就是具有有限个离散的方 案：评价准则有多个指标，方案是有限个、离散的，目标是隐含的，迭代次 数不很多，属性明确，约束不起作用，主要用于选择、评估、评价。 一个多属性决策问题由3 个要素组成： ( 1 ) 有n 个评价属性，i ( 1s ，s 胛) 。 ( 2 ) 有m 个决策方案4 ( 1 s is 肌i4 _ 又可称为各选方案( 简称为方 1 1 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 案) 。 ( 3 ) 有一个决策矩阵d ；k ) 卅。，为 爿l d s4 氏ff ， 1 ) 2 1 2 x 2 1x 2 2屯 ( 2 1 ) 山【靠- 矗z j 其中，元素表示第f 个方案4 ，第，属性 的取值，显然，d 是一个 m 行n 列的矩阵。 对于多属性决策问题来说，决策空间中只有m 个离散的点。多属性决策 的研究重点是决策矩阵d ，即一般来说，是直接根据决策矩阵d 进行判断， 选择满意方案。 2 2 数据的规范化处理 对于一个多属性决策问题，不同的属性之间一般都存在不可公度性和矛 盾性。一方面不同属性的单位不同、量纲不同、数量级不同；另一方面，属 性又分效益型、成本型、固定型、区间型等不同类型。从原始决策矩阵的数 值大小，无法进行直接决策。为了统一标准，必须对所有评价属性进行标准 化处理，将决策矩阵中的所有属性值转换为无量纲、无数量级和无属性类型 差别的标准矩阵然后进行决策。其实质是利用一定的数学变换把量纲、性质 各异的属性值转化为可以综合处理的“量化值”，一般是把各属性值都统一变 换n o ，1 1 范围内。 决策矩阵规范化的主要方法如下： 2 2 1 级差变换法 极差变换法的优点如下：属性值的规范化值在【0 ，1 】范围内；且各属性 下最好值的规范化值均为1 ，最坏值的规范化值均为o ，但变换前后的各属性 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 值不成比例；具有简便的变换式和良好的特性；因此级差变换法是目前多属性 决策及综合评价中用得最多的决策矩阵规范方法。 ( 1 ) 对于效益型属性： 理。 理。 。；墨，( f 1 ，m )0 = 。_ 一，【l2 ，。，m ) 。m f a x 一m l n ( 2 ) 成本型属性 。；! 盟，( f 小州) 。5 m a 。x x o - m i n x i ( 1 。1 ，m ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 3 ) 固定型属性： 设 为固定型属性，4 为的最佳稳定值。则有以下几种情况： 若n ，sm ：i “，则所有属性值越小越好，对按成本型属性值处 0 = 1 ( 2 4 ) 若n ，= m 蟹，则所有属性值越大越好，x , j 按效益型属性值处 ：1 + j 盟，( f ：1 ，) aj m a 。xx q ( 2 5 ) 若删n 口，_ m ；a 。，考虑到关于n ，对称的属性值的规范化值 应该相等，分两种情况讨论。 ( i ) 当。，；丢b 。+ m p ) 时； x q 苫a ，则勺：1 一也，o 。1 ，m ) ( 2 6 ) m ：a x 嘞一a j 嚣 ! 坐堕苎型垡兰塑型皇- 一 皇垩苎墨里生堡堡垄垄些查鲨旦窒 对 _ m 。a 。而一q 2 时，则 勺； 1 + e l ，o ；1 ， q l m i l “ 1 1 一i 粤l ，( f ；1 ， q l 一。1 1 l “x o 2 2 2 线性变换法 ，m ) ，m ) ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 线性变换法的优点是变换前后的属性值成比例，但是规范化值 勺= 0 ，_ ；1 不一定是同时出现的。 对效益型属性： 名= 上，( f = 1 ，m ) ( 2 1 4 ) 1 1 l a 5 对成本型属性： m l “ _ x i j ，( f = 1 ，m ) ( 2 - 1 5 ) 2 2 3 规范变换法 规范变换法的优点是能将所有属性值变换为( o ，1 ) 范围内的数，有利 于属性间的比较，但是变换后的各属性值最小值不全为0 ，最大值也不全为1 ， 此时属性间的相互比较就不太方便了，因此实际上很少使用这种规范方法。 对于效益型属性： 吼， 孙胁甲 漱 h 而 h 吼，h警 b h 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 勺= 对于成本型属性 ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 对于固定型和区间型属性，先用效益型属性的变换公式，将属性值变换 为( o ，1 ) 之间的数，再用其它方法将这些数转化为越大越优的数再用于方 案的综合排序【”i 。 2 3 多属性决策问题的数学模型 对于一个多属性决策问题，设其指标集和方案集分别用 s = 矗。，s ：，晶) ，p = p l ，p ：，p ，) 表示。方案b 对于评价指标。的观测值 为x ( f = 1 , 2 ，m ；j = 1 ，厶) 2 一，l x 称之为方案p ，关于指标s ，的指标值。对于这样 的多属性决策问题，可构造一个多指标的综合函数) 。：，每，) 。式中 万= ( m ，w 2 ，h 尸为权重向量。其中u 为评价指标s ，的权重，满足条件 h 卜o ( ，= 】，2 ，n ) 且w ，= 1 ；t = k 。，：，是方案p j 关于所有评价 指标的经过标准化处理的指标值。 构造评价函数通常所用的数学模型有三种： ( 1 ) 加权和模型 y z = 叩f ( i = 1 ，2 ，m ) ( 2 - 1 8 ) 层次分析法( a i t p ) 其实就是一种特殊的加权和模型。 ( 2 ) 加权积模型 y ；2i = l _ x j ”( fj1 ，2 ，小) ( 2 - 1 9 ) 上厣 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 ( 3 ) t o p s i s 模型( 理想解模型) t o p s i s 模型是逼近理想解的排序方法。它借助多属性问题的理想解和 负理想解给方案集p 中各个方案排序。理想解p + 是一个并不存在的虚拟的 最佳方案，它的每个属性值都是决策矩阵中该属性最好的值：而负理想解 p o 是虚拟的最差方案，它的每个属性值都是决策矩阵中该属性最差的值。 在，l 维空间中，将方案集尸中的各个备选方案a 与理想解p 和负理想p o 的距离进行比较( t o p s i s 模型所用的距离是欧氏距离) ，既靠近理想解有远 离负理想解的方案就是方案集p 中的晟佳方案；并且可以据此对各个方案进 行优劣排序 3 1 - 3 2 】。 y = 毫w ，k ，工；) ( i0 1 ，2 ，) ( 2 _ 2 0 ) 式中，k ，工；) 表示与工；的某种距离。若取欧氏距离，则为 y i = w ，b 口一工；) ( f = 1 ，2 ，一，肌) ( 2 2 1 ) 2 4 层次分析法( a h p ) 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 是美国运筹学家t s a a t y 提出的一种多目标、多准则的决策分析方法，是一种把定性和定量相结合起 来的、系统化、层次化的分析方法，它把一个复杂问题分解成组成因素，并 按支配关系形成层次结构，然后应用两两比较的方法确定决策方案的相对重 要性。层次分析法特别适用于无结构问题的建模 3 3 - 3 5 1 。 由于层次分析法在处理复杂的决策问题上的实用性和有效性，目前，层 次分析法在经济计划和管理、能源政策和分配、行为科学、军事指挥、运输、 农业、教育、人才、医疗、环境保护、冲突求解及决策预报等领域得到了广 泛的应用。 人们在进行社会的、经济的以及科学管理领域问题的系统分析中，面临 的常常是一个相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂而往往缺少定量数 据的系统。层次分析法为这类问题的决策和排序提供了一种新的简洁而实用 中山大学硕士学位论文 生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 的建模方法。运用层次分析法，大体上可按下面四个步骤进行： ( 1 ) 分析系统中各因素间的关系，建立系统的递阶层次结构； ( 2 ) 对同一层次的各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两 比较，构造两两比较的判断矩阵； ( 3 ) 由判断矩阵计算对于该准则被比较元素的相对权重，并进行判断 矩阵的一致性检验； ( 4 ) 计算各层次对于系统的总排序权重，并进行排序。 2 4 1 建立递阶层次结构 应用a h p 分析决策问题时，首先要把问题条理化、层次化，构造出一 个有层次的结构模型，在这个模型下，复杂问题被分解为元素的组成部分， 这些元素又按其属性及关系形成若干层次，上一层次的元素作为准则对下一 层次有关元素起支配作用。这些层次可以分为三类： ( 1 ) 最高层( 目标层) ：表示解决问题的目的，这一层次中只有一个 元素，一般它是分析问题的预定目标或理想结果； ( 2 ) 中间层( 准则层) ：表示采取某种措施或政策实现预定目标所涉 及的中问环节，它可以由若干个层次组成，包括所需要考虑的准则、子准则； ( 3 ) 最底层( 方案层) ：这一层次包括了为实现目标可供选择的各种 措施、手段、决策方案等。 自上而下的支配关系所形成的层次结构我们称为递阶层次结构。 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 目标层 准则层 子准则层 方案层标团困 图2 1 递阶层次结构图 递阶层次结构中的层次数与问题的复杂程度及需要分析的详尽程度有 关。一般地，层次数不受限制，每一层次中各元素所支配的元素一般小于等 于9 个，这是因为支配的元素过多会给两两比较带来困难。一个好的层次结 构对于解决问题是极为重要的，因而层次结构必须建立在决策者对所面临的 问题有全面深入认识基础上，必须有准确的层次划分，确定好层次元素间的 支配关系，以确保建立一个合理的层次结构。 一个好的递阶层次结构应具有以下特点： ( 1 ) 从上到下顺序地存在支配关系，并用直线段表示。除第一层外， 每个元素至少受上一层一个元素支配，除最后一层外，每个元素至少支配下 一层次一个元素。上下层元素的联系比同层次中元素的联系要强得多，故认 为同一层次及不相邻元素之间不存在支配关系： ( 2 ) 整个结构中层次数不受限制； ( 3 ) 最高层只有一个元素，每个元素所支配的元素一般不超过9 个， 元素过多时可进一步分组； ( 4 ) 对某些具有子层次的结构可引入虚元素，使之成为递阶层次结构。 递阶层次结构是a h p 中最简单也是最实用的层次结构形式。当一个复杂问 题仅仅用递阶层次结构难以表示，这时就要用更复杂的形式，如内部依存的 递阶层结构、反馈层次结构等，它们都是递阶层次结构的扩展形式。 1 9 中山大学硕士学位论文生活垃圾卫生填埋场选址方法研究 2 4 2 构造两两比较的判断矩阵 在递阶层次结构中，假设以上一层元素c 为准则，所支配的下一层元素 为“t ，“z ，址。我们要确定元素“- ，“：，对于准则c 的权重，分以下两种 情况： ( 1 ) 如果“，“：，“n 对c 的重要性可以定量，其权重可直接确定。 ( 2 ) 如果问题是定性的，“1 , u ：，“一对c 的重要性无法直接定量，则 用两两比较的方法来确定权重。 其方法是，针对准则c ，两个元素u i 和u i 那一个更重要，重要程度如何， 因为1 9 标度法比较符合人们进行判断时的心理习惯，层次分析法采用了1 9 标度法建立判断矩阵。 a h p 法按1 - 9 的比例标度对重要性程度