基于多元通径模型的生活垃圾与污水通量研究

基于多元通径模型的生活垃圾与污水通量研究

生活垃圾和生活废水是居民日常生活的产物。随着各地区人口数量的增长,经济的发展,居民消费水平的提高和生活用水量的增加,生活垃圾和生活污水产生量也会逐渐增加并对环境造成日趋严重的影响。如何在发展经济、提高人民生活水平的同时,减少生活垃圾和生活污水对环境造成的影响就成为重要的研究课题。1生活垃圾产生量与时间机会成本的关系国内外有很多关于居民生活垃圾和生活污水产生问题的研究。这些研究基于不同的理论假设和研究方法,也得出了不同的结论。灰色关联分析法比较多的用于城市垃圾的产生和预测。例如,文涛等人通过灰色关联系数分析了国内生产总值、人口数量、人均可支配年收入、人均居住面积、社会商品零售总额、燃气入户率、耗电总量、道路广场面积等因素对长沙市生活垃圾产生量的影响程度,并运用灰色对数模型和灰色抛物线模型比较预测了长沙市2007年到2015年间城市生活垃圾产生量的变化趋势。Liu和Yu同样采用灰色关联系数法,利用了1990年到2003年上海市社会经济变量和城市生活垃圾数据对影响上海市垃圾产生的诸因素进行了分析,并对上海市2010年生活垃圾产生量进行了预测。李利蓉和刘平波则将多元回归分析模型和灰色系统GM(1,1)耦合应用于城市生活污水量预测的方法,并应用该方法对某市2000年-2020年生活污水量进行了预测。也有人认为生活垃圾产生量与时间机会成本密切相关。马迁利等人认为垃圾产生的原因分为两个:收入效应,即收入上升使消费者可以购买更多的一次性商品和重复使用商品,造成居民生活垃圾的增加;替代效应,即收入上升使消费者消费和拥有商品的时间机会成本也随之上升,为节约时间机会成本,消费者倾向于购买更多的一次性商品,导致生成更多的居民生活垃圾。张慧等人则认为居民消费结构的变动会对生活垃圾产生和生活污水排放产生重要影响,她选择食品支出、衣着支出、日常用品支出和医疗保健支出代表居民消费结构作为自变量,以生活垃圾产生量和生活污水排放量代表环境因子作为因变量,通过构建多元通径模型来分析1989年-2002年间兰州市民居民家庭消费结构变动的环境效应。不同的研究假设和研究方法各有长处,本文将人口、经济、消费和生活用水看作彼此相互影响的系统,通过采用多元通径分析的方法,考察人口数量、生产总值、居民消费水平和居民生活用水供水量对生活垃圾和生活污水产生量的直接影响和间接影响,分析各因素之间的相互影响和相互作用。通径分析是针对通径系数(又称标准化回归系数)进行研究,是回归方程式的组合分析。如果因变量Y受n个自变量Xi(i=1,2,3…,n)等多种因素的影响,并且他们之间存在线性关系时,回归方程为:Y=a0+a1X1+a2X2+…+anXn+e,(1)其中ai是线性回归模型的回归系数,e是其他因素对Y的综合影响,该变量与其他自变量独立。由于通径系数是标准化回归系数,因此需要将所有自变量和因变量进行标准化。取标准化量Zi=Xi−X¯¯¯iσiΖi=Xi-X¯iσi和Zy=Y−Y¯¯¯iσyΖy=Y-Y¯iσy再进行回归便可以得到标准化回归方程:Zy=p1yZ1+p2yZ2+…+pnyZn+peye,(2)其中piy称为标准化回归系数即通径系数。通径系数是一个无量纲单位,它的大小反映了各自变量对因变量的直接影响力。通过数学证明可以知道Xi对Y的相关系数riy,即自变量Xl对Y的总影响力可以分解为两部分:一部分为通径系数piy,表示Xi对Y的直接影响;一部分为∑rijpjy,表示Xi通过Xj对Y的间接影响,即下式成立:riy=ri1p1y+ri2p2y+…+rinpny,(3)通过对(3)式进行数学变换,可建立正规矩阵方程:另外根据方差的计算规则,剩余因素对因变量的影响计算公式为:p2eyey2=1-(r1yp1y+r2yp2y+…rnypny),(5)这里称pey的平方为剩余因素对因变量y的剩余决定系数。如果剩余效应小,说明通径分析已经涵盖了主要影响因素,否则可能遗漏了主要影响因素。通过上述系数研究可以分析自变量对因变量y的直接影响和间接影响,以及他们之间的相互关系。2《中国人口自变量》因变量香港特区选取生活垃圾清运量Y1(万吨)和生活污水排放量Y2(万吨)分别代表生活垃圾和生活污水的产生量,作为因变量。自变量包括四个,分别是人口总数X1(万人)、生产总值X2(亿元)、居民消费水平X3(元)和生活用水供水X4(亿立方米)。数据来源为2007年《中国统计年鉴》公布的31个省市自治区的数据(不包括香港、澳门特别行政区和台湾省)。具体计算步骤和结果如下:2.1计算自变量指数之间的相关系数矩阵见表12.2计算方程矩阵和影响因素指标之间的相关系数矩阵见表22.3根据公式(4)解正规矩阵方程,求出通径系数矩阵(见表3)2.4根据公式(5)计算不可控因素对因变量的剩余决定系数:生活垃圾清运量为0.228;生活污水排放量为0.0372.5根据表1和表3数据计算出影响因素对因变量的直接影响力和通过传递因素的间接影响力(见表4和表5)3生活污水总量的预测因素从表2可以看出,生产总值与各地区生活垃圾清运量相关程度最高,两者间相关系数达到0.868。生活用水供水量和人口总数与生活垃圾清运量的相关程度也很高,相关系数分别为0.779和0.697。居民消费水平与生活垃圾清运量的相关程度也达到0.365。这表明人口、经济发展水平、生活用水供水和居民消费都与生活垃圾的产生量有密切关系。从直接影响力来看(见表3),生产总值对生活垃圾的清运量的通径系数达到0.651,再结合表2清楚地表明,地区的经济发展水平是生活垃圾产生的最主要直接决定因素。其次是居民生活用水供水量也对生活垃圾的产生有一定直接影响。由于各因素之间是相互作用、相互影响的,因此某一因素不仅对因变量产生直接影响力,还会通过其他因素对因变量产生间接影响力。从间接影响力来看(见表4),人口数量虽然对垃圾清运量基本上没有直接影响力(直接影响的比重为0.3%),但是却通过生产总值和居民生活用水产生很大的间接影响,间接影响力总计达到0.695,这说明人口数量的多少很大程度上间接决定了垃圾产生量的多少。同样,居民消费水平虽然对垃圾清运量直接影响非常小(直接影响的比重为12.6%),但是通过生产总值和居民生活用水也对垃圾清运量产生了一定的间接影响,其间接的影响力总计为0.319。生活用水供水量也主要是通过间接影响力来影响生活垃圾的产生量,其直接影响的比重为31.2%,而间接影响的比重达到68.8%。表2显示生活用水供水量与生活污水排放量的相关程度最高,两者间的相关系数达到0.945。生产总值和人口总数与生活污水排放量的相关性程度也非常高,相关系数分别达到0.880和0.725。即使是居民消费水平与生活污水排放量的相关性程度也达到0.426。这说明,生活用水供水、经济发展、人口和居民消费都与生活污水排放量关系密切。从直接影响力来看(见表3),生活用水供水量非常显著地直接影响生活污水的排放量,其通径系数达到0.763。生产总值和居民消费水平对生活污水排放量也有一定的直接影响,通径系数分别为0.222和0.179。再来看各因素对生活污水排放量的间接影响(见表5)。人口总数虽然对生活污水排放量几乎没有直接影响(通径系数为-0.040),但却通过生活用水供水和生产总值对生活污水排放量有很大的间接影响,间接影响力总计达到0.766。这说明从根本上来看,