时间：2021-03-17 10:14:36 所属分类：农业基础科学 浏览量:
随着经济的发展，近年我国突发水污染事故频率增加，其中流域突发水污染事故约占突发环境事故的 94. 7%[1 - 2]。流域突发水污染事故具有事发突然、污染范围不确定、负面影响大、处理处置艰巨等特点[3]，因此，在流域突发水污染事故发生后，决策者快速选择高效
随着经济的发展，近年我国突发水污染事故频率增加，其中流域突发水污染事故约占突发环境事故的 94. 7%[1 - 2]。流域突发水污染事故具有事发突然、污染范围不确定、负面影响大、处理处置艰巨等特点[3]，因此，在流域突发水污染事故发生后，决策者快速选择高效、经济的应急处理技术显得尤为重要。
当前，Liu R T 等[4]运用差异驱动修正策略，建立了油类污染应急处理技术多案例推理模型。Liu J D 等[5]基于案例匹配法，利用案例结构相似度和属性相似度的案例整体相似度算法，实现了案例检索和匹配，使得到的处理技术更加科学合理。刘仁涛等[6]应用基于熵权 G1 法的案例推理技术和多属性决策模型相结合的方法，对 2011 年浙江省建德市新安江苯酚污染事件进行了分析。曲建华[7]应用基于威胁度与案例匹配相结合的方法，从应急技术评估指标体系中筛选得到最优应急处理技术。张智超[8]利用案例匹配法联合改进层次分析法和粗糙集信息熵得到应急处理技术筛选模型，对邳苍砷污染进行分析。上述研究均是利用历史案例和突发污染事故的相似性，从案例处理技术中进行筛选，从而得到最佳应急处理技术。但对于有些突发流域水污染事故，既有案例少，案例匹配法则难以实施。
在案例信息不完备时，还需要依靠专家的知识和经验来作出决策。但是受专家知识经验和主观判断影响，不同专家对指标赋值可能出现较大偏差。研究从水环境特征、应急工程技术特征、应急处理成本、社会环境影响 4 个方面建立流域突发水污染应急处理技术识别指标体系，提出了指标证据间距离函数，运用D - S证据理论合成规则，可有效解决各专家意见之间的冲突，并以此确立了应急处理技术的识别指标关系图，从而建立了应急处理技术的决策方法，为决策者确定突发水污染事故的最优应急处理技术提供了技术支持。
1 应急处理技术识别指标筛选方法
1. 1 识别指标间关系的合成方法设 Ω 为辨识框架即应急处理技术两识别指标间关系的集合，Ij( j = 1，2，3，…，N) 是 Ω 的子集，基本信任分配函数 m( Ij ) 表示专家对指标关系 Ij的信度，令: m( ) = 0 Σ N j = 1 m( Ij { ) = 1 ( 1) 式中: m( ) = 0 表示空集不产生任何信度; Σ N j = 1 m( Ij) = 1 表示一个专家对辨识框架内所有子集的信度和为 1。假设有 n 个专家，相应的基本信任分配函数为 mi ( i = 1，2，3，…，n) ，mi ( Ij) 表示第 i 个专家对指标关系的信度，则多位专家对 Ij的合成信度 m( I) 用 D - S 合成规则表示为[9 - 10] m( I) = ∏ n i = 1 1 ≤ j ≤ N ∩ Ij = I mi ( Ij ) 1 - K I ≠ 0 I = ( 2) 式中: ∏ n i = 1 1≤j≤N ∩Ij = I 表示 n 个专家对同一个指标关系 Ij的信度乘积; K = Σ ∩Ij = φ ∏ n i = 1 1≤j≤N mi ( Ij ) 表示专家所给信度的一致性，K 值越小，一致性越高，专家所给信度越可靠。
1. 2 识别指标证据间距离函数设 Ω 为辨识框架即待求权重指标的集合，其子集为 Iq和 Ip ( q，p = 1，2，3，…，Z) 。Xr和 Xk ( r，k = 1，2，3， …，v) 为两位专家所给的两组证据，表示两位专家根据知识和经验对辨识框架的所有子集的两组基本信任分配函数，分别为 mr，mk。mr ( Iq ) 表示第 r 个专家对子集 Iq的权重信度，mk ( Ip ) 表示第 k 个专家对子集 Ip的权重信度，则两证据间的距离 drk表示为[11] drk = 1 2 ( ‖mr‖2 + ‖mk‖2 槡 - 2〈mr，mk〉) ( 3) 式中: ‖mr‖2 =〈mr，mr〉; ‖mk‖2 =〈mk，mk 〉; 〈mr， mk〉= Σ Z q = 1 Σ Z p = 1 mr( Iq ) mk ( Ip ) Iq∩Ip Iq∪Ip ，其中 | Iq∩Ip | 表示 Iq∩Ip中包含辨识框架非空子集的个数，| Iq∪Ip | 表示 Iq∪Ip中包含辨识框架非空子集的个数。由此可知 drk∈[0，1]且 drk值越大，两证据间距离越大，基本信任分配函数间相似度越差，专家分歧越大; 相反，drk值越小，两证据间距离越小，基本信任分配函数间相似度越高，专家意见越统一。共有 v 个专家，则由式( 3) 可得距离矩阵 D: D = 0 d12 … d1k … d1v dr1 dr2 drk … drv dv1 dv2 … dvk … 0 ( 4) 对 1 与距离矩阵第 r 行各元素( 除对角线外) 的差求和，可表示证据 Xr被其他所有证据支持的总支持度 H( Xr) : H( Xr) = Σ v k = 1，k≠r ( 1 - drk ) ( 5) 证据 Xr的可信度 θ( Xr) 表示为 θ( Xr) = H( Xr) Σ v r = 1 H( Xr) ( 6)
1. 3 识别指标权重计算识别指标的权重用可信度表示。θ( Xr ) 值越大，证据 Xr 与其他证据的距离越近，所能得到的支持越多，决策时所占比重越大; θ( Xr) 值越小，Xr与其他证据的距离越大，越不被其他证据支持，决策时所占比重越小。则指标的权重矩阵 W 表示为 W = wI1 … wIq … wI ( ) Z = ( ) θX1 … θXr … θXv × m11 … m1q … m1Z mr1 … mrq … mrZ mv1 … mvq … m vZ ( 7) 式中: wIq表示第 q 个指标的权重; θX r表示第 r 条证据的可信度; mrq表示第 r 个专家对第 q 个指标的权重信度。在应急处理技术综合评估时，指标权重越大，表示指标越重要，对综合评分结果影响越大; 指标权重越小，表示指标重要程度越小，对综合评分结果影响越小。
2 应急处理技术决策方法
2. 1 应急处理技术识别指标体系依据流域突发水污染事故发生后相关信息和应急处理技术特点、处置成本及其影响，从水环境特征、应急工程技术特征、应急处理成本、社会环境影响 4 个方面共 20 个指标建立流域突发水污染应急处理技术识别指标体系，见图 1。在此基础上，通过对突发水污染事故历史案例、水污染治理工程技术和实验技术的资料收集与研究，构建了包含 30 余种常见污染物的流域突发水污染事故应急处理技术库。
2. 2 应急处理技术初步识别在应急处理技术识别指标体系中，温度( I11 ) 、流量( I12 ) 、pH 范围( I13 ) 、可处理浓度范围( I27 ) 、可依托工程( I28 ) 既是判断应急处理技术是否适用的基本条件，在水污染事故发生后，又可通过现场检测和流域基本信息快速确定，故作为应急处理技术初步识别指标。在水污染事故发生后，运用流域突发水污染事故应急处理技术库，根据目标污染物进行技术筛选后，利用初步识别指标对污染物的应急处理技术进行直接识别，得到符合该次污染事故条件的基本适用应急处理技术。
2. 3 应急处理技术决策指标的确定上述 2. 2 节初步识别得到的多个基本适用应急处理技术需从应急工程技术特征、应急处理成本、社会环境影响等方面做进一步决策，得到最优应急处理技术。因上述应急工程技术特征、应急处理成本、社会环境影响 3 个方面的指标相互之间存在一定的渗透、干涉等关联，研究采用指标证据间距离函数，运用 D - S 证据理论合成规则，建立起指标间的关联性，从而确定决策指标。具体步骤如下: ( 1) 将流域突发水污染应急处理技术识别指标体系中除初步识别指标外的所有指标用专家打分法确定指标间关系。专家对各指标间关系的信度进行赋值，规定“Ia→Ib”表示指标 Ia直接影响 Ib ，“Ia←Ib”表示指标 Ib直接影响 Ia ，“Ia↑Ib”表示两指标间无直接影响， “IaIb”表示两指标间关系无法确定，每个专家对两指标间 4 种关系的评分和为 1。用式( 2) 对专家的赋值结果进行合成，得到指标间关系的信度合成值。I2 与 I3 合成结果见表 1。 ( 2) 根据指标间关系的信度合成值，建立指标关系图。规定合成值 α≥0. 95，则指标间关系成立; α < 0. 95，则指标间关系不成立。识别指标关系见图 2。 ( 3) 由图 2 分析指标间关系，选择决策指标。在选择时，既要保证决策指标的独立性和全面性即选择的决策指标间互不影响且同时包含应急工程技术特征、应急处理成本、社会环境影响这三部分的指标，又要使定量指标的选择级别优于定性指标。选择的决策指标包括: 去除速率( I21 ) 、去除率 ( I23 ) 、应用情况 ( I24 ) 、物资成本( I31 ) 、废弃物处置成本( I32 ) 、人力成本( I33 ) 、运输成本( I34 ) 、残留物的环境影响( I44 ) 、废弃物的环境影响( I45 ) 。
3 案例分析
3. 1 广东北江镉污染事故 2005 年 12 月 15 日，环保部门在对广东省北江高桥断面进行监测时，发现镉浓度严重超标，最高浓度达 0. 06 mg /L，是 GB3838 - 2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水体标准的 12 倍。排查发现，污染源头是北江上游韶关冶炼厂在废水处理系统停产检修期间，违法将大量高浓度的含镉废水排入北江，导致北江受到严重污染，北江流域位置见图 3。经调查，北江 pH 在 7. 7 左右，温度在 15 ℃ 上下，平均流量约为 65 m3 /s。镉污染带将途经白石窑水电站。12 月 22 日，专家组决定在白石窑水库涡轮机进水口投加聚合氯化铝絮凝剂。经过 40 d 奋战，2006 年 1 月 26 日，镉污染警报解除[12 - 16]。本文提出的流域突发水污染最优应急处理技术决策方法用该案例进行分析验证过程如下。
登录流域突发水污染事故应急处理技术库软件，在技术查询界面输入目标污染物为镉( 界面如图 4 所示) 。进行技术筛选后，用初步识别指标包括温度、流量、pH 范围、可处理浓度范围( 可依托工程对镉污染应急处理技术进行识别) ，得到 4 种基本适用应急处理技术: 聚合氯化铝混凝技术( t1 ) 、粉末活性炭吸附技术( t2 ) 、强化聚合氯化铝铁混凝技术( t3 ) 、强化聚合氯化铝混凝技术( t4 ) 。
邀请数名专家根据事故现场情况、地理位置条件、污染物特性等因素对决策指标的权重信度赋值，赋值结果见表 2。根据表 2 中的数据，利用式( 3) ～ ( 7) 计算决策指标权重，计算结果见表 3。
3. 2 云南富宁县粗酚罐车泄漏事故 2008 年 6 月 7 日，云南省富宁县境内一辆装有 33. 6 t 粗酚( 主要成分为苯酚) 的罐车发生交通事故，导致约 18 t 的粗酚沿高速公路旁的沟渠进入者桑河，使得者桑河的苯酚浓度最高达 1 106 mg /L，超 过 GB3838 - 2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水体标准的 22 万倍，事故地点位置见图 5。者桑河下游 25 km 有广西百色水库，水库下游 20 ～ 30 km 是广西百色市的饮用水取水地。事故直接导致富宁县 4 200 人饮用水停止供应，百色市 20 万人饮用水安全受到严重威胁。事故发生后，云南、广西两政府决定使用活性炭吸附技术来消减苯酚浓度。6 月 18 日，河流未检测出挥发酚，应急处置工作结束[3]。该案例对最优应急处理技术决策方法的验证过程如下。
经查，者桑河水温约为 21 ℃，平均流量为 19. 7 m3 /s，pH 值在 7. 2 左右，事故地点下游有大坝和桥梁。在应急技术库中查找到苯酚的应急处理技术，用初步识别指标对苯胺的应急技术进行识别，得到了 4 种基本适用的应急处理技术: 粉末活性炭吸附技术( e1 ) 、酵母吸附技术( e2 ) 、高铁酸钾氧化技术( e3 ) 和 Fenton 氧化技术( e4 ) 。邀请应急处理专家在充分了解事故信息后对决策指标进行权重赋值，并用式( 3) ～ ( 7) 计算决策指标权重，决策指标权重计算结果见表 7。决策指标权重计算后，专家依据表 4 的评分标准对初步识别出的 4 个基本适用应急处理技术评分，利用式( 8) 计算得到 4 个应急处理技术的综合评估分值 M，计算结果见表 8。由表 8 的综合评估结果可知，得分最高的应急处理技术是活性炭吸附技术，其次是 Fenton 氧化技术。
4 结 论
( 1) 本研究建立了流域突发水污染应急处理技术识别指标体系，在此基础上运用 D - S 证据理论建立识别指标关系图，利用识别指标证据间距离函数确定指标权重，最终建立了流域突发水污染最优应急处理技术的决策方法。在得到最优应急处理技术的过程中，综合了多位专家意见，有效解决专家意见间的冲突性，杜绝了决策者在处理技术筛选过程中的主观性，使结果可信度更高。 ( 2) 以广东北江镉污染事故和云南富宁县粗酚罐车泄露事故作为案例，运用该决策方法，迅速、准确地筛选出事故的最优应急处理技术，验证了该方法的科学性和合理性，为决策者提供决策支持。
参考文献:
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[4] LIU R T，JIANG J P，GUO L，et al. Screening of pollution control and clean - up materials for river chemical spills using the multiple Case - Based Reasoning Method with a difference - driven revision strategy [J]. Environmental Science and Pollution Research，2016，23( 11) : 11247 - 11256.
《流域突发水污染最优应急处理技术决策模型研究》来源：《人民长江》，作者：杜 倩 颖，刘 颖，罗 玉 兰，王 沛 禹，付 雨 洁
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