基于ELECTRE法的城市水环境治理环保公司优选

吕英军 赵荣生 马彦亮 刘小会

（1河南水投怀州水生态有限公司；2华北水利水电大学水利学院；3南水北调中线干线工程建设管理局）

1 引言

随着社会工业化加快推进、城市化的迅速发展，部分工业、生活污水直接排放、城市旧管网的渗漏等问题导致了水生态环境日益恶化，严重制约了城市环境的可持续发展。当前，水环境问题已逐步由风险变成危机，河道水体发黑发臭，水体富营养化严重影响了人居环境。2015年，国务院印发了《水污染防治行动计划》，对江河湖海进行科学治理，系统推进水污染防治、水生态保护，将水污染治理、水生态保护以及水资源再生利用作为实现城市绿水青山的关键。2016年，国务院印发了《关于全面推进河长制的意见》，将河道考核结果关联至河长的日常绩效考核中。2017 年，党的十九大报告中提出了着力解决突出环境问题，加快水污染防治。水生态环境问题得到党和国家的高度重视，改善水生态环境已成为中国城市建设的重要组成部分。据统计，截止到2018 年5 月，财政部公布的7 287 个PPP 项目中，生态建设和环境保护PPP 项目达到了7.90%。面对如此众多的环境治理项目，如何科学的选择黑臭水体治理环保公司，加快黑臭水体的治理成了亟需解决的问题。国内外学者对水环境治理已有了一定的研究，例如：王晓琴等对水环境治理工程进行评估，表明水环境治理工程对当地水环境起到了一定的改善作用。胡伟等利用模糊层次分析法对污水治理的绩效进行评估。陈燕飞等对河流水环境的可恢复性进行了评价研究。Ellen 等研究了河流水环境修复的相关方法及原理。王东等研究了河长制与流域水污染规划之间的互动关系。沈丰菊利用模糊积分模型对农村的生活污水处理模式进行了综合评价。李艳等采用熵权topsis法对农村的垃圾滤液处理方案进行了评价。

然而，城市黑臭水体的治理模式并不同于农村的黑臭水体治理模式，城市河道承受着生活污水、城市污水处理尾水、管道渗漏污水等不同水体，这就必然决定了城市水环境治理环保公司的优选应因地制宜。水环境治理环保公司的综合评价应当考虑造价方面、技术方面以及公众满意度方面。

基于此，文章在构建一套科学性强、易测量的评价指标体系的基础上，结合变异权重法和ELECTRE法的优点，筛选出技术优、效果好、成本低的黑臭水体治理公司，为城市黑臭水体防治和水环境治理工程的环保公司优选提供决策工具。

2 黑臭水体治理环保公司优选指标体系构建

城市水环境治理工程项目的可持续性受到了经济水平和地理条件的多重影响，因此，在城市水环境治理环保公司的优选过程中，环保公司的选择不仅要考虑到其技术方面的先进性，还要考虑到其对城居环境的适宜性，即综合考虑城市水环境治理环保公司的经济性、先进性和适宜性。经济性主要为环保公司开展水环境治理项目的建设成本C11、运行成本C12和占地面积C13。建设成本主要为水体处理设施的基本建设费用，以处理1 t 水体的建设成本表示；运行成本则以处理1t水体的运行成本表示；占地面积则以处理设备的占地面积表示。先进性主要由环保公司技术方面体现，由COD 去除率C21、氨氮去除率C22、总磷去除率C23以及修复周期C24和人力需求C25等5个指标反映。适宜性则由公众满意度体现，主要由水体透明度C31、水体的气味C32以及运行过程中产生的噪音C33等3个指标反映。

基于上述分析，得出环保公司优选综合评价指标体系如表1所示。

表1 环保公司优选综合评价指标体系表

3 环保公司优选模型构建

3.1 变异系数法计算指标权重

变异系数法根据指标观测数据的变异大小对指标进行赋权。指标的观测数据变异程度大，则权重也大；反之，权重越小。具体计算流程如下。

第j项评价指标标准差的计算：

第j项评价指标变异系数的计算：

指标权重的计算：

则每个指标的权重向量：W=（w1,w2,…,wm）,wj＞0，j=1,2,…,m。

3.2 构建环保公司选择ELECTRE-Ⅱ评价模型

步骤1：构建环保公司优选规范化决策矩阵。设环保公司优选决策矩阵为X=（xij）m×n，m为环保公司的数量，n为优选指标的数量，xij为第i个环保公司在第j个指标下的属性值。负向指标采用倒数化x/ij=1/xij*K，K为常数。设环保公司优选标准化决策矩阵为A=（aij）m×n，aij表示第i个环保公司在第j个指标下经过标准化处理的属性值。

步骤2：构建加权规范化决策矩阵。设加权规范化决策矩阵为V=（vij）m×n，各指标的权重向量为W=（w1,w2,…wn）。

步骤3：一致性和非一致性集合的确定。一致性集合用j+（vk,v1）表示，非一致性集合用j-（vk,v1）表示：

步骤4：一致性和非一致性矩阵的构建。一致性指数用Ckl表示：

一致性指数组成一致性矩阵：

dkl越大表示环保公司vk劣于环保公司vl的程度越大：

非一致性指数组成非一致性矩阵：

步骤5：一致性和非一致性支配矩阵的构建。一致性指数的阈值为α：

一致性支配矩阵为F：

fkl=1 时，环保公司vk不劣于环保公司vl的程度高于一致性指数的阈值α，可认为环保公司vk不劣于环保公司vl。非一致性指数的阈值为β，表示环保公司vk劣于环保公司vl的程度标准：

非一致性支配矩阵为E：

综合优势判定矩阵为H：

hkl=1即fkl=1与ekl=1同时成立，环保公司vk不劣于环保公司v1的程度高于一致性指数的阈值且环保公司vk劣于环保公司vl的程度低于非一致性指数的阈值β，即环保公司vl被淘汰。

步骤6：计算净优势值。环保公司vk的净优势值用ck表示：

ck越大，说明环保公司vk优越程度越大。

4 实例分析

4.1 工程背景

某县水环境治理和生态修复工程在筹备前期，有A、B、C、D、E5 家水环境治理环保公司通过前期审查，A 公司主要采用原位生态修复技术治理水体；B公司主要采用公司特制菌群治理水体；C公司利用磁絮凝技术治理水体；D公司主要采用曝气增氧等技术治理水体；E公司主要采用水下森林治理水体。现根据表1 中的评价指标体系，采用变异系数法和ELECTRE 法对环保公司进行优选评价。其中，定量指标以该公司实际实验数据为准，定性数据采用问卷调查法获取。公众满意度打分标准见表2，原始数据见表3。

表2 公众满意度打分标准表

表3 环保公司优选评价指标数据表

4.2 数值分析

根据表2可知，依据式（1）～（3），通过变异系数法计算得到的各项环保公司优选指标权重为：

W=（0.06 0.06 0.28 0.03 0.01 0.01 0.17 0.11 0.09 0.07 0.11）

依据上述所得权重，对指标数据规范化并构建加权规范化决策矩阵。详见表4。

表4 环保公司优选评价指标加权决策矩阵表

依据公式（6）～（7）确定环保公司优选指标集的一致性集合具体见表5。与非一致性集合，如表5所示。

表5 一致性集合和非一致性集合表

由公式（8）和公式（9）计算环保公司优选指标集的一致性矩阵C和非一致性矩阵D。

依据公式（10）和（12）分别计算得α=0.49，β=0.53。依据公式（11）和（13）构建环保公司优选的一致性支配矩阵F 和非一致性支配矩阵H。依据公式（14）得综合优势判定矩阵为H，可得环保公司A、C、D、E应被淘汰，B保留。

根据式（15）可得各个环保公司的净优势值CA=-2.40，CB=2.24，CC=1.02，CD=-2.00，CE=1.16，可得各个环保公司的优势排序为CB＞CE＞CC＞CD＞CA，故C 环保公司最适合选则。通过该环保公司综合评价的实践表明，通过变异系数和ELECTRE 法的评判模型确定最优环保公司是合理的，有效的。

5 结语

通过设定一致性和非一致性指数阈值，引入净优势值对五家城市水环境治理环保公司进行全排序，并充分考虑指标的权重。通过ELECTRE评价模型对城市水环境治理环保公司进行选择，有效提高环保公司选择的科学性与准确性。

运用ELECTRE 方法进行环保公司的优选简单明了，可以将计算过程程序化，根据环保公司的特点和决策矩阵的情况，输入不同的权值和阈值，通过程序化的计算即可获取环保公司的优选排序，ELECTRE 方法在环保公司的优选过程中具有一定的实用价值，值得推广。

在水环境治理的过程中，尝试多技术融合的方式进行污水治理，利用公司间的优势技术互相融合，形成技术优、成本低、效果好的多技术融合群，为中国水环境治理提供更优质的服务。