平原区未来垃圾处置规划区的优选

1. 平原区未来垃圾处置规划区的优选

一、优选的意义和未来垃圾处置规划区优选思路
（一）优选的意义
城市的发展往往伴随着垃圾产量的同步增长，日益增长的垃圾产量需要无害化处置。垃圾填埋处置方法具有不可替代的作用，原因：①这种方法成本低，最适合我国国情。②对垃圾处置彻底，不论何种垃圾都可通过填埋处置。③通过其他方法（如焚烧、堆肥等）处置，最后剩余的末端垃圾，也要通过填埋实现最终处置。④只要填埋处置的防护措施适当，此法完全能实现垃圾的无害化、资源化和减容化。总之，在今后相当长的时期内，填埋处置仍将作为垃圾处置处理的主要方法之一。
（二）平原区未来垃圾处置规划区优选思路
选出的未来适合垃圾填埋处置的规划区—它不是具体的场地，但在该区域内能选出适合的场地。北京平原区未来垃圾处置规划区的优选思路是：先根据环境地质条件的优劣分区，然后根据地质环境条件、场地建设条件、与城市的距离、交通运输条件、环境保护条件、社会经济发展及城市发展规划等情况，结合建设部《城市生活垃圾卫生填埋技术标准》、中华人民共和国《生活垃圾填埋污染控制标准》和中华人民共和国环境保护行业标准等，利用系统工程的层次分析法，进行定量评分评价，最后根据每个区域的分值大小，对它们的适宜性进行排序。
二、优选方法介绍
（一）垃圾填埋规划区的优选步骤
要选择好一个理想的场地，一般要经历下列几个步骤。
1.规划区选择技术基本原则
规划区选择的总原则是，以合理的技术、经济方案和尽量少的投资，收到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。要实现这一目标，一般除了要考虑环境地质条件外，还要综合考虑当地经济、交通、地形、气候情况、地表水文条件等因素。根据国外发达国家成熟的研究结果和成功的处置经验和我国国情及北京市的具体实践，我们认为北京市平原区垃圾处置规划区选择的具体原则叙述如下。
（1）规划区与城市的距离。垃圾填埋场可能对城市的影响即污染大气、地下水与地表水资源及污染土壤等，从而威胁城市居民的健康。因此，堆场离城市距离越远越好。
（2）交通运输条件。从经济效益上考虑，交通条件便利的地方，运输成本低。在北京，交通运输条件一般考虑运输距离。当然，运输距离越近越便利。一般要求距离公路不超过500m。
（3）环境保护条件。
①要求场地面积及容量能保证使用10年左右，在成本上才合算。
②对地表水不造成污染或污染的可能性很小，垃圾的渗出液不排入土地或农田，因此，最好不要堆放在河流岸边。
③要求与当地居民区的距离大于500m，选择常年风向不易于携带臭味到居民区的地段。
④尽可能地利用废弃土地或使用便宜土地或荒地。
⑤远离飞机场，要求距离大于10 km。
（4）场地建设条件。
①地形越平坦越好。
②除垃圾处置区外，要求有足够大的地方建办公室和磅称房等，还需留有机动区和作业区域。
③最好有作填埋场衬垫系统的粘土或其他衬垫材料。
④建场费用越小越好，如最好已通水通电等。
（5）地质环境条件。
①地下水位埋深场地离地下水位的垂直距离等要足够大，当地不能有作为地下水源的地下水流出。
②场地地质稳定性要好，不能有边坡失稳、泥石流、地面塌陷等发生。
③隔水层粘土厚度越大越好。
④地下潜水水质越差、水量越小的地方越适宜。
⑤与供水井的距离至少大于800m，远离水源地800m以上。
⑥作为衬垫层，其渗透系数要求在10-8～10-9cm/s最好。要求土料液限含水量大于30%，塑性指数大于15。
⑦低洼湿地、河畔、沟浜等地段不能建场。
⑧包气带土层对垃圾淋滤液净化能力越大越好。
⑨专用水源地地区不宜建场。
（二）地质环境条件分区
1.地质环境条件分区参数及其标准的确定
地质环境条件分区参数及其标准的确定可见第六章第四节文字及表6-2。
2.地质环境条件分区结果
根据北京市平原区大量的地质、水文地质、工程地质等方面的钻孔资料及我们调查数据，应用上述分区标准（第六章表6-2），对北京市平原区进行分区，得到如图版Ⅷ－1（北京市平原区垃圾填埋场优选分区图）所示的分区结果：北京市平原区未来垃圾处置规划区可分为地质条件理想的地区、地质条件较好的地区、地质条件基本合格的地区和不宜填埋垃圾的地区四类。
（三）垃圾填埋规划区的定量优选方法
1.规划区的优选层次分析法
应该说，用于场区的选择方法是相当多的，比如有灰色系统理论的灰色聚类法、模糊数学中的模糊综合评判法、专家系统法和地理信息系统（GIS）等，但根据我们多年的实践经验，我们认为层次分析法既能综合处理具有递阶层次结构的场区适宜性影响因素之间的复杂的关系，又易于操作，得到比较量化的结果，方法科学而准确。
（1）层次分析法（AHP）简介。层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是美国运筹学家沙坦（T.L.Saty）于20世纪70年代提出的，本身即是一种定性与定量结合的多目标决策分析方法。特别是将决策者的经验判断给予量化，对目标（或因素）结构复杂且又缺少必要的数据的情况时更为实用。这种方法在我国各个领域的应用发展的相当迅速。其基本思路是：先根据当地的城市规划、交通运输条件、环境保护、环境地质条件等，拟定若干可选场地（段），再将这些场地（段）的适宜性影响因素与上述选择原则结合起来，构造一个如图11-1所示的层次分析图，再把各层次的各因素进行一一的量化处理，得出每一层各因素的相对权重，直至计算出方案层各个方案的相对权重，根据这些权重进行评判。
（2）层次分析法的基本原理及计算。
①基本原理。设有n件物体A1,A2，…，An，它们的质量分别为W1,W2，…，Wn。
若将它们两两地比较质量，其比值可构成n×n矩阵A:

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

A矩阵具有以下性质：若用重量向量表示，则
W＝（w1,w2，…，wn）T
若乘以A矩阵，则得到

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

即
（A-ni）W=0
由矩阵理论可知，W 为特征向量，n为特征值，若W 为未知向量，则可根据决策者对物体之间两两相比的关系，主观得出比值判断，或用Delphi法来确定这些比值，使A矩阵为已知，故判断矩阵记作： 。
根据正矩阵的理论，可以证明：若A矩阵有以下特点（设aij=wi/wj）：
①aij=1（i=j）
②aj=1/aji（i，j=1,2，…，n）
③aij=aji（i,j，…，n）
则该矩阵具有唯一非零的最大特征值λmax，且λmax=n。若给出的判断矩阵A具有上述特性，则该矩阵具有完全的一致性。然而人们在对复杂事物的各个因素采用两两比较时，不可能做到对判断的完全一致性，而存在估计误差，这必然导致特征值及特征向量也产生偏差。
这时问题由AW=nW，变成： 。这里λmax是矩阵A的最大特征值，W＇便是带有偏差的相对权重向量。这就是由判断不相容而引起的误差。为了避免误差太大，所以要检验矩阵A的一致性。当A矩阵完全一致时，因 ，存在唯一的非零A=Amax=n。而当矩阵判断存在不一致时，一般是λmax≥n。
这时

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

由于

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

故以其平均值作为检验判断矩阵的一致性指标

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

当λmax=n,CI=0时，可判定为完全一致。CI值越大，判断矩阵的完全一致性差，一般只要求CI不大于0.1，认为判断矩阵的一致性可以接受，否则必须重新进行两两比较判断。
判断矩阵的维数n越大，判断矩阵的一致性越差，故应放宽对高维判断的矩阵一致性要求。于是引入修正值R·I，见表11-2，并取更为合理的C·R为衡量判断矩阵一致性的指标。

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

表11-2 R·I与维数的关系表


标度的确定：
为了使各个因素之间进行的两两比较得到量化的判断矩阵，引入1～9的标度。心理学家研究指出：人们区分信息等级的极限能力为7±2，特制定表11-3。
表11-3 标度aij的确定表


可见n×n矩阵，只需要给出n（n-1）/2个判断数值。除表9-3的标度方法之外，还可以用其他标度方法，此处不再详述。
（3）层次模型及判断矩阵的建立。根据问题的具体情况，一般分为目标层A，制约因素层B，制约子因素层C或层次更多的结构。对于图11-1所示的层次结构，可建立如下的矩阵：
目标层A和制约因素层B的判断矩阵 制约因素层B和制约因素层C的判断矩阵

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

（4）相对权重的计算方法。一般地讲，在AHP法中计算判断矩阵的最大特征值与特征向量（即相对权重），并不需要高的精确度，故用近似方根法计算即可。

图11-1 垃圾填埋场优选分区层次结构模型图

这是一种近似计算法，其计算步骤为：
①计算判断矩阵每行所有元素的几何平均值

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

得到
②将wi归一化，即计算

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

得到 ，即为所求特征向量的近似值，这也是各因素的相对权重。
③计算判断矩阵的最大特征值λmax

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中： 为向量 的第i个元素；A＝判断矩阵。
④计算判断矩阵一致性指标，检验其一致性。
所计算的相对权重通过一致性检验后，就认为这个权重正确。各制约因素（制约子因素）对上层次因素相对权重求出来后，便可以利用下述广义目标函数定义的数学模型对适宜性进行综合评价。
2.规划区适宜性综合评价评分的数学模型
对于垃圾堆放场适宜性评价系数，我们用多目标决策的线性加权方法来描述，建立一个广义的目标函数，将垃圾堆放场适宜性评价这个大系统的各个子系统（大因素之下的各个子因素）有机地结合起来，评价其适宜性。这个广义的目标函数可表述为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：Z为某堆放场适宜性总分；i为第一层制约因素第i项影响因素，i=1,2，…，n;n为某堆放场第一层制约因素个数；Zi为第一层制约因素第i项影响因素之总分。

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：Zi为第一层制约因素第i因素之总分；i为第一层制约因素个数；j为第一层制约因素第i项影响因素的第二层子因素第j子因素j=0,1,2; L为第二层制约因素第三层子因素的第L子因素L=0,1,2，…，n; K1为第一层制约因素第i项影响因素之个数，K1=1,2，…，n; Ki00为第一层制约因素第i子因素权重；Kij0为第二层制约因素第j子因素权重；KijL为第三层制约因素第L因素权重；KijLs为第三层制约因素第L因素实际贡献权重。
从理论上讲，制约因素层次可无限细分，但对北京堆放场适宜性评价来讲，最多是三层。有的是一层，或是二层，不足三层子因素的。其对上层因素的权重分别可用Ki00=1或Kij0=1来补足。
对于最后层次子影响因素，其对上层的权重由理论权重（层次分析法计算而得）和实际权重Kij LS（用实际资料、数据、结合评判标准求得）综合而得。
若按百分制计，层次分析综合评价数学模型则为：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

利用层次分析法求得各因素权重和这个评价模型即可对堆放场适宜性进行综合评价。
3.填埋场适宜性评判标准
适宜性评价标准分两类，一是等级标准，二是各因素对场区适宜性影响的具体标准。
（1）适宜性评价的等级标准。根据有关研究成果和成功的实践经验，适宜性的等级标准采用百分制是较适合的。表11-4是填埋处置场（区）适宜性等级标准。
表11-4 适宜性等级标准


（2）适宜性评价的具体标准。某个城市垃圾填埋场场地（区）适宜性评判标准是由该城市的建设发展规划、经济发展情况（经济实力）、土地资源、环境保护要求、垃圾的成分和数量、地质环境条件等所决定的。评价标准采用相对权重的形式表示，目的是为了与广义目标函数所定义的适宜性平稳的数学模型及层次分析法计算方法的权重配套使用。下列即是适宜性评价的具体标准。
①环境地质条件（B1）。
②交通运输条件（B3）。
表11-5 环境地质条件权值确定


表11-6 交通运输条件权值确定


③境保护条件（B2）。
表11-7 境保护条件权值确定


续表


④建场条件（B4）。
表11-8 建场条件权值确定


⑤社会环境影响（B5）。
表11-9 社会环境影响权值确定