基于数学建模的塑料危机治理研究

谢铭超 梁明滔 吴镇强

摘  要：塑料问题正日益困扰着人类的可持续发展，近年来引起了社会的关注。在我们的论文中，我们的团队致力于建立一个模型，以找到解决现有塑料危机的解决方案。在本论文中我们从三个指标（塑料来源，污染程度和抗变化性）建立一次性或一次性塑料制品废物的增殖模型。根据PWEM得分与人均拥有塑料的关系，可以量化塑料在环保水平上的环境容量。

关键词：乘法模型;调和点;层次分析法;熵权法

1. 引言

塑料是我们日常生活中不可或缺的一部分。从日常塑料袋到星巴克咖啡瓶，我们离不开塑料[1]。当我们来到印度尼西亚时，从浮游生物到鱼类再到吃海鲜的人们，塑料污染正在改变这里的人们的生活[2]。预计到2050年，海洋中的塑料含量将超过鱼的塑料含量。同时，塑料的浪费，垃圾掩埋和燃烧使海洋生物，空气和土壤变得有害，甚至引起一系列问题[3]。可塑性问题的严重性使我们不得不采取措施来应对环境问题。为了解决塑料废物的问题，世界各国需要改进我们的管理方法，同时减慢塑料生产的速度。

2. 模型的建立与求解

2.1 环保的塑料废物估算

要测量塑料废物的最大含量，我们可以参考生物环境容量的概念。我们将一次性塑料的最大环境容量分为三个主要方面：塑料的来源，污染程度和变更的可行性。不同领域的因素导致塑料废料量以不同方式发生变化。

乘法模型PWEM可以表示为

在公式中，α，β，γ是加权系数，S是塑料制品废物的来源，P是当前废物问题的严重性，F是这些废物的可用性。PWEM（塑料废物估算模型）是这三种方法的产物。PWEM的实际意义在于，这三个因素对塑料废料的影响不是独立的，而是相互影响的。

2.2 塑胶来源

塑料来源可以表示为：

是标准化后每种塑料的生产能力，以及 是每种塑料的贡献率。

2.3 污染度

我們使用了与塑料处理相关的四个指标来量化对塑料废物产生量的影响。我们定义了四个指标，这些指标在很大程度上反映了一个地区处理塑料废物的方式，而忽略了其他次要因素。

塑料燃烧：某个地区的塑料燃烧质量是衡量该地区塑料废物严重性的有力指标

垃圾填埋场：与塑料焚烧相比，可以在相同尺寸下进行比较河流中的塑料污染和全球平均水平的河流中的塑料污染定义了承载90%以上塑料废物的10条河流。

PWEM模型中污染程度指数的数学表达式如下：

式中，β1和β2的重量通过该国家的塑性处理方法确定。根据公式的定义，如果该地区的河流污染达到世界90%，则使用1河塑料污染等级/污染最严重的河流数，否则使用PPR/APPR。

2.4 减少塑料废物的可靠性评估

为了评估减少塑料废物的可行性，我们建立了一个基于环境安全的评估模型pdiie，可以直接或间接地分析塑料对环境的影响。

我们总结了五个方面：政策有效性，替代程度，产业结构，发展预期和污染可持续性。

使用主成分分析层次分析法，我们可以得出每个因素对政策有效性的相对重要性的权重。当P1分数越高，表明策略的有效性越高，达到环境安全水平的可能性就越大。

可替代性的程度反映了替代品的开发是否真的可以促进塑料的减少。我们介绍了△生物塑料指数，它反映了塑料替代品的可获得性以及塑料产品的消费量△塑料制品，从而获得对塑料制品的依赖程度

该配方的值越高，塑料产品的可替代性越高，环境越友好。

产业结构反映了一个国家的塑料工业和第二产业之间的关系，这表明塑料对于一个国家和地区的重要性。我们用第二产业的产值与塑料总产量之比来描述当前的经济结构。当第二产业的价值更大时，意味着该地区的环保灵活性更高。

发展期望反映了国家和地区的整体状况，与城市的发展水平和公民的教育水平有关。我们介绍了城市化水平和人类发展指数，并通过以下公式表达了未来生物塑料和塑料回收的发展期望

公式的值越高，目标支持越高，政策实施的阻力越小，期望值越高。

环境可持续性衡量塑料回收的水平。当回收率与总污染率之比较大时，表明塑料废料的回收率越高，环境保护的可持续性越好，环境安全水平也越高。

2.5 区域模型

我们选择了两个发展良好的地区，一个是美国的加利福尼亚州，另一个是中国的上海。两国在环境保护方面都取得了良好的成绩。

上海2020年，政府发布了“塑料限制令”，以限制某些地区的塑料使用。此外，还促进了废物分类，报告表明可以将51.8%的食物垃圾分类，这可以节省约17%的垃圾填埋场。

加利福尼亚州是2014年第一个通过全州塑料袋禁令的州，拥有一些世界上最先进的回收和堆肥技术系统，被称为美国“最环保”的州。

模型调整：

鉴于评估国家和地区之间的差异，我们需要调整指标。在政策方面，由于两个地区和国家级评估标准之间的差异，有必要重新应用层次分析法来重新授权指标。

案件在上海和加利福尼亚的应用：

我们收集了两个地区的数据，分别是上海市政府网站，塑料行业协会和ttps：//www.statista.com/结果表明，四个指标的权重为w = [0.2379 0.4432 0.2172 0.1017]，CR值通过了一致性检验，上海得分为0.3784，加利福尼亚得分为0.6216。

我们使用熵权重模型来计算每个指标的权重，其中w = [0.1709 0.2170 0.2437 0.1688 0.1996]。加州得分15.4001，而上海得分10.0601。

3.结论

从结果可以看出，尽管近年来实施了“塑料限制令”和废物分类措施，但尽管加利福尼亚开始实施塑料政策，但上海在政策实施效果和环境税实施方面仍未超过加利福尼亚许多年前的禁令。因此对于塑料的限制还需要有更好的政策来辅助以及需要所有人的共同努力。

参考文献

[1]  王静，周晋峰，张思远. 从塑料危机看生态文明建设与“人本的解决方案”[J]. 世界环境，2019，12（06）：29-31.

[2]  王寒冰. 全球废弃塑料瓶将酿环境危机[J]. 生态经济，2017，33（09）：6-9.

[3]  Nancy E.Rouse，Michelle A.Dibble，张福田. 美国的“塑料垃圾危机”及其治理[J]. 世界科学，1990，09（08）：44-46.