基于熵值法的上海市大气污染排放水平综合评价研究

周 瑾

华北电力大学

0 研究现状

化石能源消耗是经济增长和发展过程中的一个关键因素，但会导致污染排放以及全球变暖和气候变化，这已经成为一个全球关切的问题。几十年来，我国始终采取高速粗放型的发展模式。在此模式下，我国也正如大多数发达国家几十年前所经历的那样，为快速的经济发展付出了高昂的资源和环境代价[1]。在过去的30年里，我国经济的快速发展是以严重的环境污染为代价的[2]，近几十年来，受出口导向型制造业、国内能源消耗上升、汽车运输增加和其他与中产阶级增长相关的排放密集型经济活动的推动，我国许多地区正面临长期的空气污染[3]，大气污染作为三大污染之一，不仅对人类的健康造成威胁，同时还威胁着我国经济的可持续发展。

上海市，位于长江三角洲的核心区域，在市场经济发展中依托其相应的地理环境和物质资源优势以及国家政策的扶持，经济得到迅猛发展。作为国家重点环保城市，是我国重要的经济、科技、文化、交通及贸易中心[4]，因此更值得关注其可持续发展问题。本文对上海市大气污染排放水平进行综合评价并提出相关建议。

1 数据来源于选取

本文数据来源于上海统计年鉴[5]中的“大气环境保护”。选取了2001-2018 年的数据，收集的数据见表1。

图1 是根据表1 数据绘制的趋势图。从图1 中可以清楚地看出三个排放指标的发展趋势，工业废气排放在2001-2009 年间均是缓慢上升，但是在2009 年之后突增，在2011 年达到顶峰，之后到2016 年持续减少，近两年又有增长趋势；SO2排放在2001-2005年间小幅增加，2005年后至2015年都处于下降趋势；烟（粉）尘排放在2001-2013年十年间都处于下降趋势，仅在2013-2014 年间增长，而后至2018年持续下降。

表1 上海地区污染排放数据

图1 上海地区污染排放统计图

2 熵值法模型建立

2.1 熵值法的主要原理

熵概念是由德国物理学家R·Clausius 和L·Boltgman 首次提出的概念，此后美国数学家、网络及信息理论创始人N·wiener和C·E·shannon提出了比此更普通的信息熵概念。目前已广泛应用于工程技术、社会经济和其他领域。

熵值法是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵，根据熵的特性，可以通过计算熵值来判断某个事件的随机性及无序程度，也可以用熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响（权重）越大，其熵值越小。其中信息量越大，不确定性就越小，熵就越小；信息量越小，不确定性就越大，熵就越大。熵值法与其他综合评价方法相比，可以根据样本数据本身的信息特征判断权重，并且可信度更高[6]。本文选取熵值法进行综合评价。

2.2 模型构建

1)原始数据的收集与整理

以需要评价上海市m 年的大气污染排放状况为例，其中评价指标体系包括n 个指标。由此构成了一个由m 个样本组成，用n 个指标做综合评价的问题，从而形成评价系统的初始数据矩阵：

其中：xij代表第i年第j项评价指标的数值。

2)计算第i年第j个污染源的排放比例

3)计算第j个指标的熵

4)计算信息熵冗余度

5)计算各项指标的权值

6)计算第i年的污染水平评价值

2.3 评价结果分析

本文借助Matlab 进行分析。首先，使用等式2对表1 中的排放数据进行预处理，测量每年的污染排放水平见表2。

表2 预处理后的排放数据

此后，使用方程3、4、5 获得每个指标综合评价的权重结果，见表3。

表3 污染排放指标权重

通过使用这些权重和预处理的排放数据，使用方程6得到每年的污染排放水平，见图2。从图2可见，自2014年之后空气污染水平持续下降，可持续发展势头趋好。

图2 污染排放水平评价结果

由表3 可见，上海地区能源消费中工业废气排在首位，权重为0.417 0；其次是烟（粉）尘，权重为0.388 9；SO2排在末位，权重为0.194 1。使用表2中列出的预处理排放数据和表3中的评估权重，计算出各指标每年对污染排放水平的贡献，结果见图3。

图3 每个指标每年对污染排放水平的贡献

首先，从图3 可以看出，2001-2008 年空气污染水平始终在波动，2010-2013 年开始持续下降。其次，工业废气排放始终在污染排放水平变化中起关键性作用。这一概念意味着，减少上海地区空气污染的主要政策方向是减少工业废气排放。并且与该排放指标相比，烟（粉）尘排放的影响也不能忽视，仅二氧化硫排放的影响较小。

研究表明住宅类建筑扬尘污染较为严重，石油化工及精细化工制造业和精品钢材制造业扬尘污染严重[7]。在《上海市2018-2020 年环境保护和建设三年行动计划的通知》[8]中上海市政府已对扬尘污染提出了几点建议：大力推广装配式建筑和绿色建筑、推进绿色工地建设、深化道路扬尘污染控制。由此说明上海市已经重视烟（粉）尘污染的严重性。

3 上海市能源消费发展建议

从综合评价结果可以观察到2014-2018 年污染排放持续下降，这是一个非常乐观的现象。但是可持续发展是一条长久之路，为此我们应该继续努力，本文主要给出以下建议：

第一，工业技术进步与创新是抑制工业废气排放的重要途径。在经济发展过程中加强与工业废气排放相关的技术改造，从而改善经济增长与其发展的不良局面。同时，认真贯彻落实《上海市2018-2020 年环境保护和建设三年行动计划的通知》中关于持续加强扬尘污染控制所制订的措施。

第二，各级政府要明确环境保护的责任，充分发挥政府对企业环境责任的限制和监督作用，建立企业发展的严格环境评价标准和经济发展的综合评价体系。另一方面，企业必须树立可持续发展的概念，坚持绿色发展，不断提高独立创新功能，特别是环境保护技术创新，利用先进技术解决环境污染问题。