1 引言

　　我國(guó)水環(huán)境容量與總量控制技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代，并逐步應(yīng)用于水環(huán)境管理中(孟偉，2008).總量分配是實(shí)施污染物總量控制的重要步驟，是在計(jì)算環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，依據(jù)公平性、經(jīng)濟(jì)性等原則對(duì)各污染負(fù)荷進(jìn)行再次分配的過(guò)程(鄧義祥等，2009).污染物總量分配過(guò)程，是一個(gè)科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的過(guò)程，也是一個(gè)充滿不確定性的過(guò)程(Burges and Lettenmaier， 1975;張海亮，2005;Gauger et al., 2008).

　　按不確定性來(lái)源分類，不確定性可分為客觀不確定性和主觀不確定性.客觀不確定性是指由于對(duì)環(huán)境過(guò)程認(rèn)識(shí)不夠全面和細(xì)致而帶來(lái)的不確定性，例如針對(duì)模型結(jié)構(gòu)、模型參數(shù)和觀測(cè)誤差等進(jìn)行的不確定性分析就屬客觀不確定性分析.目前國(guó)內(nèi)外總量分配的不確定性分析大部分側(cè)重于客觀不確定性(鄧義祥，2003;Reckhow and Chapra， 1999;徐愛(ài)蘭等，2007;裴洪平和汪勇，2004;郭懷成等，1999;Benke et al., 2008;Xu and Gertner， 2007;Castillo et al., 2008;劉毅等，2002;齊珊珊，2007;邢可霞和郭懷成，2006;Ao et al., 2011).除客觀不確定性以外，主觀不確定性的影響也不容忽視.主觀不確定性是指由于對(duì)于同樣事件，不同主體或同一主體在不同時(shí)刻不同環(huán)境下得出相差較大甚至意見(jiàn)相反的判斷而導(dǎo)致的不確定性.主觀不確定性的根源在于人的有限理性和認(rèn)知模式的差異性，在實(shí)際的決策過(guò)程中往往表現(xiàn)為決策偏好.主觀不確定性的研究是一個(gè)較新的概念，與具有隨機(jī)性和本質(zhì)不確定性的客觀不確定性相比，主觀不確定性具有模糊性和含糊性(王彪，2013).目前，不少專家研究客觀不確定性的同時(shí)也在關(guān)注主觀不確定性對(duì)決策結(jié)果的影響(楊玉峰，2000;Yang et al., 2013;Hanss and Turrin， 2010;Zhang et al., 2011)，目前主觀不確定性對(duì)總量分配影響的分析尚不夠深入和系統(tǒng)，往往以尋求“最優(yōu)”的方案作為目標(biāo)，但對(duì)實(shí)際上可能出現(xiàn)的“非最優(yōu)”分配方案對(duì)分配結(jié)果的影響缺乏研究.在總量分配關(guān)鍵參數(shù)的決策中，必須依賴決策者的主觀性進(jìn)行決策，由于決策者個(gè)人偏好、知識(shí)結(jié)構(gòu)、信息的不確定性、信息的模糊性和信息的多樣性等眾多因素的影響可能會(huì)影響總量分配結(jié)果的可靠性和合理性(衛(wèi)寶真，2009)，因此研究決策偏好對(duì)總量分配的影響是非常有必要的.

　　2 研究區(qū)域概況

　　研究區(qū)域渤海是1個(gè)半封閉的陸架邊緣海，三面環(huán)陸，位于遼寧、河北、山東、天津3省1市之間.具體位置在北緯37°07′～41°00′、東經(jīng)117°35′～121°10′.渤海主要由遼東灣、渤海灣、萊州灣及中央海區(qū)組成，面積為7.7×104 km2，平均水深約18 m，最大水深85 m，海域面積約7.7萬(wàn) km2.渤海入海河流大約有45條，分布在海河、黃河、遼河三大流域7個(gè)水系.

　　2010年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果(按照監(jiān)測(cè)站位統(tǒng)計(jì))顯示，渤海一類水體比例為30.6%，二類水體比例為24.5%，三類水體比例為20.4%，四類水體比例為10.2%，劣四類水體比例為14.3%.各污染因子中，無(wú)機(jī)氮超過(guò)二類水體標(biāo)準(zhǔn)2.8倍，石油類超過(guò)二類水體標(biāo)準(zhǔn)4.4倍，活性磷酸鹽超過(guò)二類水體標(biāo)準(zhǔn)0.7倍，鎘、鉛、銅等重金屬分別超過(guò)二類水體標(biāo)準(zhǔn)1.2、2.3、3.8倍.

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，渤海入海河流流域內(nèi)GDP為19.6萬(wàn)億元，人口為2.37億人，耕地面積為2.2萬(wàn)km2.根據(jù)環(huán)渤海海域環(huán)境狀況調(diào)查分析研究，渤海海域的河流入�？诩爸迸旁锤呕癁�56個(gè)源，各污染源的位置分布如圖 1所示.

　　圖 1 渤海污染源的位置分布圖

　　3 研究方法

　　3.1 總量分配模型

　　采用兩步法進(jìn)行污染物總量分配.首先計(jì)算研究區(qū)域的環(huán)境容量，環(huán)境容量的計(jì)算以污染物排放量最大為目標(biāo)，不考慮污染源之間的分配關(guān)系.環(huán)境容量計(jì)算的模型表達(dá)式為：

　　目標(biāo)函數(shù)：

　　約束方程：

　　式中，X*j為第j個(gè)污染源的容量(g · s-1);n為污染源個(gè)數(shù)，本研究區(qū)域n=56;m為控制點(diǎn)位的個(gè)數(shù)，本研究區(qū)域m=137025;aij為第j個(gè)污染源在第i個(gè)控制點(diǎn)的響應(yīng)系數(shù)(mg · L-1 · s · g-1)，可由水質(zhì)模擬計(jì)算得到;Si為第i個(gè)控制點(diǎn)的水質(zhì)目標(biāo)(mg · L-1);Bi為第i個(gè)控制點(diǎn)的背景濃度(mg · L-1).

　　然后，在環(huán)境容量的計(jì)算基礎(chǔ)上，進(jìn)行污染物總量分配，總量分配的模型表達(dá)式為：

　　目標(biāo)函數(shù)：

　　約束方程：

　　式中，Xj為第j個(gè)污染源的分配量(g·s-1);Xj，min為第j個(gè)污染源的最小分配量(g · s-1);Xj，max為第j個(gè)污染源的最大分配量(g · s-1);TCRI為總量分配合理性指數(shù)：

　　式中，TCRI為總量分配合理性指數(shù);k為總量分配合理性因子的序號(hào);w為總量分配合理性因子的個(gè)數(shù)，本研究取w=6;ak為總量分配合理性因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，∑ w k=1 ak=1;Ck為總量分配合理性因子，數(shù)值越大越合理，無(wú)量綱.

　　3.2 總量分配合理性指數(shù)的構(gòu)建

　　總量分配是以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為前提，將污染物允許排放量分配到各污染源的過(guò)程.合理性指數(shù)方法的關(guān)鍵是科學(xué)地構(gòu)建總量分配合理性因子并設(shè)置對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子(金菊良等，2007).本文按6個(gè)因子設(shè)置合理性指數(shù)，即環(huán)境容量、水資源量、人口、耕地面積、GDP和現(xiàn)狀排放量.上述因子構(gòu)成多目標(biāo)分配問(wèn)題(Deng et al., 2010)，其表達(dá)形式見(jiàn)表 1.

　　表 1 總量分配合理性指數(shù)對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)因子

　　總量分配合理性因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重值可采用一般的統(tǒng)計(jì)方法，如專家打分法、熵值法、層次分析法等(王暉等，2007).本文分配因子為表 1中的6個(gè)因子，對(duì)應(yīng)的因子權(quán)重也為6個(gè).各因子權(quán)重值的確定采用專家打分法，專家主要分為3個(gè)群體，即管理人員10人、專業(yè)研究人員10人、普通公眾10人，以問(wèn)卷的形式發(fā)放到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門、科研單位、普通公眾人員進(jìn)行打分.每位專家由于個(gè)人傾向性不同，在進(jìn)行賦權(quán)時(shí)各有所側(cè)重，造成總量分配結(jié)果的差異.不同專家的類型介紹見(jiàn)表 2.

表 2 專家人員介紹

　　3.3 專家決策偏好對(duì)總量分配影響分析方法

　　決策是決策者根據(jù)自己的個(gè)人價(jià)值、目標(biāo)、預(yù)期結(jié)果、知識(shí)進(jìn)行選擇行為的過(guò)程.偏好則是一種主觀態(tài)度，影響著決策者的決策和行為(常光偉等，2001)，具有內(nèi)向性即主觀性(譙旭，2007).決策偏好是指決策者在面對(duì)幾個(gè)選項(xiàng)或備擇方案時(shí)選擇其中某一項(xiàng)的傾向.進(jìn)行決策時(shí)根據(jù)專家與專家、不同領(lǐng)域?qū)＜掖_定的權(quán)重計(jì)算的總量分配結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一定的差異性.專家決策偏好對(duì)總量分配的影響分析采用變差系數(shù)方法.變差系數(shù)法是指一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，反映了隨機(jī)變量相對(duì)于均值取值的離散程度，其公式為(章煉，1992)：

　　式中，CV為變差系數(shù);

　　為平均值;S為標(biāo)準(zhǔn)差.

　　4 結(jié)果與討論

　　4.1 總量分配合理性因子賦權(quán)分布情況分析

　　本次賦權(quán)的30名專家來(lái)自不同領(lǐng)域，執(zhí)行水質(zhì)管理時(shí)面臨的問(wèn)題也各不相同，專家們根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)信息并著重考慮各方面的因素給6個(gè)總量分配合理性因子進(jìn)行賦權(quán)，圖 2是30名專家賦權(quán)的情況分布圖.圖 2中，30名專家較重視環(huán)境容量因子，給出的最高值為0.6，平均值為0.28，但專家間給環(huán)境容量的權(quán)重值較分散.其他5個(gè)分配因子權(quán)重值相對(duì)較集中，專家間的意見(jiàn)較一致.

　　圖 2 30名專家賦權(quán)情況

　　圖 3是3組人員對(duì)6個(gè)總量分配合理性因子賦權(quán)的平均值匯總情況.圖 3中，3組人員對(duì)權(quán)重的取值意見(jiàn)基本一致，在6個(gè)因子中較其他因子更重視環(huán)境容量因子，平均值最高為0.35.環(huán)境容量平均值大小依次為，專業(yè)研究人員>管理人員>普通公眾，說(shuō)明專業(yè)研究人員賦權(quán)傾向于環(huán)境容量因子，傾向性較明顯.

　　圖 3 3組專家賦權(quán)平均值

　　4.2 總量分配結(jié)果分析

　　圖 4是根據(jù)不同專家權(quán)重系數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的污染源負(fù)荷分配總量分布情況.圖 4中，根據(jù)30名專家權(quán)重值計(jì)算的TN分配量平均值為1.64萬(wàn)t · a-1，標(biāo)準(zhǔn)差為0.16萬(wàn)t · a-1，變差系數(shù)為9%;最大值和最小值相對(duì)平均值偏離比例分別為31%和-13%.TP分配量的平均值為0.12萬(wàn)t · a-1，標(biāo)準(zhǔn)差為0.014萬(wàn)t · a-1，變差系數(shù)為12%;最大值和最小值相對(duì)平均值偏離比例分別為32%和-19%.說(shuō)明不同專家權(quán)重方案給負(fù)荷總量分配結(jié)果帶來(lái)一定的影響，雖然TN和TP整體上偏離值為9%和12%，但個(gè)別較為極端的權(quán)重系數(shù)取值導(dǎo)致分配負(fù)荷量偏離比例比較大.

　　圖 4 30名專家權(quán)重對(duì)應(yīng)的TN、TP分配總量情況

　　圖 5是根據(jù)3組專家權(quán)重系數(shù)計(jì)算的污染物分配總量的變差系數(shù)情況.圖 5中，不同分組之間變差系數(shù)的大小依次是：專業(yè)研究人員>管理人員>普通公眾.說(shuō)明專業(yè)研究人員和管理人員對(duì)總量分配權(quán)重更容易形成自己的傾向性，因此污染源之間的分配量相差可能較大;普通公眾對(duì)應(yīng)的變差系數(shù)較小，原因可能是普通公眾對(duì)某一具體分配因子的傾向性不明顯造成的.

　　圖 5 3組專家權(quán)重對(duì)應(yīng)的總量分配變差系數(shù)

　　進(jìn)一步分析專家決策對(duì)56個(gè)污染源負(fù)荷分配的影響.圖 6為56個(gè)污染源的污染負(fù)荷分配變差系數(shù)分布.圖 6中，56個(gè)污染源TN和TP的變差系數(shù)的變化具有一定的相似性，TN和TP變差系數(shù)平均值分別為0.20和0.22，最大值均為0.41.

　　圖 6 污染源負(fù)荷分配量變差系數(shù)分布

　　將分配量變差系數(shù)分為3個(gè)區(qū)間：[0.3，+∞]、[0.15，0.3)、[0，0.15)，分別代表分配量差異顯著、一般和不顯著3個(gè)水平，與此對(duì)應(yīng)的污染源個(gè)數(shù)和分配量見(jiàn)表 3. 表 3中，[0.3，+∞]區(qū)間內(nèi)分布的污染源個(gè)數(shù)占總數(shù)的43%，TN和TP分配量占比分別是21%和30%;[0，0.15)區(qū)間內(nèi)分布的污染源個(gè)數(shù)占總數(shù)的39%，TN和TP分配量占比分別為72%和64%.這說(shuō)明專家決策差異對(duì)負(fù)荷量較大的污染源影響不明顯，但對(duì)于負(fù)荷較小的污染源影響較大.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　表 3 不同變差系數(shù)區(qū)間對(duì)應(yīng)的污染源個(gè)數(shù)和分配量

　　5 結(jié)論

　　1)專家打分法是主觀性較強(qiáng)的賦權(quán)方法之一，在多個(gè)備選分配方案中應(yīng)根據(jù)該流域的具體情況選擇合理的分配方案.

　　2)從渤�？偭糠峙涞陌咐齺�(lái)看，依據(jù)各專家確定的分配因子權(quán)重值計(jì)算的總量分配結(jié)果，總體上表現(xiàn)出較好的一致性，但對(duì)于某些負(fù)荷量較小的污染源分配量變差系數(shù)較大，仍存在公平性、效率性欠缺的隱患.

　　3)從政府管理人員、專業(yè)研究人員和普通公眾分組來(lái)看，不同領(lǐng)域的專家往往表現(xiàn)出一定的傾向性，因此，專家打分問(wèn)卷應(yīng)避免過(guò)分集中于某個(gè)領(lǐng)域的專家，以克服專家偏見(jiàn)對(duì)總量分配結(jié)果所造成的影響.