基于加权秩和比的污水处理厂改造决策统计模型
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摘 要：应用基于加权秩和比分档法分析某市11座污水处理厂升级改造评价指标实测数据，可分为符合最佳分档要求的4档：I档为长桥和闵行，Ⅱ档为天山、吴淞和龙华，Ⅲ档为曲阳和泗塘，Ⅳ档为东厂、曹杨、程桥和北郊，且可根据需要进行动态分类;由于综合权重集对分析模型难以判定曹杨究竟属于Ⅲ类或Ⅳ类，多元联系数集对模型难以判断天山究竟属于Ⅱ类或Ⅲ类，三种方法对污水处理厂归屬类别也不尽相同，说明基于加权秩和比分档法模型可能更加适合污水处理厂的升级改造决策。
关键词：加权秩和比 分档法 污水处理 评价模型
中图分类号：R127 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0122-02
城市化程度的加快，加重了现有污水处理厂的压力。为继续发挥现有污水处理厂的经济效益和社会效益，需要进行升级改造。这要求我们必须优化资金投入，对改建和扩建的污水处理厂进行科学决策。为此，笔者应用基于加权秩和比的分档法分析某市11座污水处理厂升级改造评价指标实测数据，为污水处理厂改造决策建立统计模型，以指导实际工作。
1 资料和方法
1.1 一般资料
以相关位置（103m，X1）、占地面积（hm2，X2）、人口密度（100人/hm2，X3）、厂外设施评分（分，X4）、处理量差距（1000m3/d，X5）、污泥处理难易评分（分，X6）、投资率（100元/m3，X7）、投资年代长短（a，X8）、出水排入水体评分（分，X9）、运行成本（100元/m3，X10）、BOD5去除率（%，X11）、SS去除率（%，X12）、氨氮去除率（%，X13）为污水处理厂升级改造的评价指标，各指标的权重系数W分别为0.023、0.021、0.028、0.026、0.033、0.030、0.273、0.018、0.028、0.440、0.023、0.022、0.035，所得某市11座污水处理厂观测值见文献[1-2]。
1.2 统计方法
应用基于加权秩和比的分档法[3]分析某市11座污水处理厂上述评价指标的观测值。数据计算应用Excel2003完成。
2 结果
2.1 加权秩和比的计算
X1～X2、X4～X6、X9为高优指标，其余为低优指标。高优指标按照从小到大编秩，低优指标按照从大到小编秩，同一指标数值相同者编以平均秩次，之后将秩次R代入公式RSRw=ΣWR/n（n为污水处理厂数量）求得各污水处理厂的加权秩和比：东厂为0.3938，曹杨为0.3270，北郊为0.2116，闵行为0.7654，曲阳为0.5358，天山0.7290，龙华为0.6526，泗塘为0.5174，程桥为0.3071，吴淞为0.6745，长桥为0.8881。
2.2 排序与分档
按从小到大排序加权秩和比并计算累计频率，查表得概率单位值Probit，以加权秩和比为应变量，概率单位为自变量，得到两者之间的相关系数r=0.9832（P<0.05），回归方程为RSRw=-0.565278+0.214419Probit。按照合理分档数表分为7档，保留四档：即I档（类）为长桥和闵行，Ⅱ档（类）为天山、吴淞和龙华，Ⅲ档（类）为曲阳和泗塘，Ⅳ档（类）为东厂、曹杨、程桥和北郊。
Levene方差齐性检验表明，四个档次对应污水处理厂加权秩和比的总体方差之间的差异无统计学意义（F=1.1434，P=0.3957）;方差检验表明各档次对应污水处理厂加权秩和比总体均数之间的差异具有高度统计学意义（F=36.9106，P=0.00012），SNKq检验表明各档次对应污水处理厂加权秩和比总体均数两两之间的差异均有统计学意义（P均<0.05）。
3 讨论
集对分析是中国学者赵克勤先生提出的用于处理确定性和不确定性信息的系统分析理论与方法，其基本思路是：在具体问题背景下，通过分析集对的同一性、差异性和对立性，从同异反三方面综合描述事物之间的联系，从而有效地刻画事物之间的确定和不确定的对立统一关系[4]。基于污水处理厂级别的划分（确定的四个等级），某市11座污水处理厂升级改造评价指标评价指标观测值的集对分析研究表明，应用综合权重的集对分析模型判定长桥、闵行和吴淞为I类，曲阳、天山和龙华为Ⅱ类，泗塘和东厂为Ⅲ类，程桥和北郊为Ⅳ类，曹杨可归为Ⅲ类或Ⅳ类，彭亮等[1]认为该模型具有更高的准确性和合理性，为污水处理厂的升级改造决策提供了一种较为可靠的评价方法;多元联系数集对分析评价模型判定长桥、闵行和吴淞为I类，曲阳和龙华为Ⅱ类，泗塘和东厂为Ⅲ类，曹杨、程桥和北郊为Ⅳ类，天山可归为Ⅱ类或Ⅲ类，李凡修等[2]认为该模型严谨，评价结果合理、精细、分辨率高，其评价结果符合实际，为污水处理厂规划改造决策综合评价提供一种简单而适用的评价方法。
秩和比法是原中国预防医学科学院田凤调教授创立的一套统计分析方法，从计算RSR开始，确定RSR分布，进而进行各种参数与非参数统计分析，最后对RSR分析结果进行科学阐释。作者仍采用综合权重的集对分析模型中对各指标的赋权（原文归一化权重系数计算有误，已做修正），应用基于加权秩和比的分档法分析文献资料，最终将11座污水处理厂分为四类，即长桥和闵行为I类，天山、吴淞和龙华为Ⅱ类，曲阳和泗塘为Ⅲ类，东厂、曹杨、程桥和北郊为Ⅳ类。 比较而言，多元集对模型多元联系数集对分析评价模型和综合权重的集对分析模型均属于基于确定标准下的定性评价，而秩和比法属于定量评价;从最终分类结论看，不同方法所得結果不尽相同，其中综合权重的集对分析模型难以判定曹杨究竟属于Ⅲ类或Ⅳ类，多元集对模型难以判断天山究竟属于Ⅱ类或Ⅲ类，其原因可能在于两种方法的基本原理不同所致，亦或是不同指标赋权等其他所致;于本文而言，基于加权秩和比的分档法的优势在于可以对污水处理厂进行动态分类，本文之所以分为四类，是为了与既往研究结论进行比较;另外，秩和比法的优点还表现在可以消除异常值的干扰，可以解决指标值为零在统计处理中的困惑;能区分微小差异，分辨力强，在充分利用原有信息的基础上具有良好的校正作用。但秩和比法也有其缺陷，主要表现在将指标值转换为秩次时会丧失一些信息，此时应运用线性插值法[5]、参照相关分析结果和给定标准等其他秩转换法，以充分利用原指标值提供的丰富信息，获得更加客观科学的研究结果。
综上所述，应用基于加权秩和比分档法分析某市11座污水处理厂升级改造评价指标实测数据，可分为符合最佳分档要求的4档：I档为长桥和闵行，Ⅱ档为天山、吴淞和龙华，Ⅲ档为曲阳和泗塘，Ⅳ档为东厂、曹杨、程桥和北郊，且可根据需要进行动态分类;由于综合权重集对分析模型难以判定曹杨究竟属于Ⅲ类或Ⅳ类，多元联系数集对模型难以判断天山究竟属于Ⅱ类或Ⅲ类，三种方法对污水处理厂归属类别也不尽相同，说明基于加权秩和比分档法模型可能更加适合污水处理厂升级改造决策。
参考文献
[1] 彭良，李凡修，郭曦.综合权重的集对分析模型在污水处理厂改造决策中的应用[J].环境工程学报，2017，11（5）：3327-3333.
[2] 李凡修，梅平，陈武.多元集对模型在污水处理厂改造决策中应用[J].环境科学与技术，2004，27（6）：92-94.
[3] 倪德友，孙齐蕊，孙爱峰.基于相对贴近度的分档法在放射卫生监督工作质量评价中的应用[J].信息记录材料，2016，17（6）：168-170.
[4] 潘争伟，吴成国，金菊良.水资源系统评价与预测的集对分析方法[M].北京：科学出版社，2016.
[5] 黄延得，孙爱峰.秩和比法在公共场所卫生工作质量评价中的应用[J].中国现代药物应用，2007，1（8）：72-73.
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