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1、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和系統(tǒng)分析,安徽工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院2004年6月8日,目錄1 .環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和系統(tǒng)分析2 .數(shù)學(xué)模型的概要3 .環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的數(shù)學(xué)模型4 .污染源評價(jià)和總量管理5 .大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和影響預(yù)測6 .水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和影響預(yù)測7 .環(huán)境噪聲影響預(yù)測和評價(jià)8 .環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化9 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的數(shù)學(xué)模型3.1指數(shù)評價(jià)模型3.1.1單因子指數(shù)3.1.2多因子指數(shù)3.1.3空氣污染指數(shù)3.2環(huán)境質(zhì)量的分層聚類模型3.2.1積分值分層法3.2.2模糊綜合評價(jià)法3.3污染物的運(yùn)動(dòng)變化模型3.3.1污染物在環(huán)境介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)的基本模型3.1指數(shù)評價(jià)模型,環(huán)境質(zhì)量指數(shù)就是這樣有代表性的數(shù)量,是質(zhì)量好壞的特征
2、,既表示單一因子的,也表示多因子的環(huán)境質(zhì)量狀況。 3.1.1單因子指數(shù)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)為無量綱數(shù),表示污染物在環(huán)境中的實(shí)際濃度超過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),即超過標(biāo)準(zhǔn)的倍數(shù)。 PS的數(shù)值越大,表示這個(gè)個(gè)別的環(huán)境質(zhì)量越差。 因此,對于溶解氧和pH值,其個(gè)別水質(zhì)參數(shù)具有不同的定義式。、3.1.2多因子指數(shù)、1 .平均型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)計(jì)量權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是,各種環(huán)境因子對環(huán)境的影響不均勻,其影響應(yīng)計(jì)入各環(huán)境因子的加權(quán)系數(shù)。(3-7)、3.N.L.Nemerow (尼梅洛)指數(shù)是顯示最大值的計(jì)量權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù),3.1.3空氣污染指數(shù)、空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index,簡稱
3、API )通常希望被監(jiān)視該方法適合顯示城市短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢。 空氣污染指數(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下: (1)對應(yīng)于空氣質(zhì)量指數(shù)API 50的污染物濃度為國家空氣質(zhì)量日平均一級(jí)標(biāo)準(zhǔn);(2)對應(yīng)于API 100的污染物濃度為國家空氣質(zhì)量日平均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為了對大氣污染進(jìn)行綜合分類,首先需要分別計(jì)算每個(gè)污染因子的大氣污染指數(shù)。 參照上述大氣污染指數(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的幾個(gè)原則,各項(xiàng)目有各種等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),表3-4有大氣污染指數(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(試行) (2000年4月27日公布),大氣污染指數(shù)API的計(jì)算方法是監(jiān)測點(diǎn)各污染物濃度的日平均值和各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限制確定與該濃度值對應(yīng)時(shí)的API所在的API指數(shù)區(qū)間,按照插值法計(jì)算該污染物濃
4、度的API值。 因?yàn)?、測定的可吸入顆粒物濃度值為200g/NM3,所以API、計(jì)算環(huán)境質(zhì)量的分層聚類模型、環(huán)境質(zhì)量分層聚類模型也稱為功能評價(jià)模型,按照一定的聚類方法,比較計(jì)算的綜合指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際情況,對環(huán)境質(zhì)量特征值的表3-6積分值法的環(huán)境質(zhì)量等級(jí)、表3-7大氣環(huán)境中的污染物濃度(mg/Nm3 )和單因素評價(jià)、模糊綜合評價(jià)法、1 .環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的不確定性分析2 .模糊集合理論的介紹模糊評價(jià)法中被最基本使用的是隸屬和隸屬函數(shù)。 成員度表示要素u屬于模糊集合u的程度即模糊集合的判斷用要素對該集合的依賴度的大小來表現(xiàn)。 這不重要的是模糊集合界線,不影響元素屬于集合的判斷,所屬度的概念是一般集合
5、論和模糊集合論的重要區(qū)別。 成員函數(shù)的取值可以是區(qū)間 0,1 中的任意數(shù),成員值接近1時(shí),表示成員高,相反,所屬度的值接近0時(shí),表示所屬度低。模糊集合用符號(hào)說明成員資格,其中i表示元素ui對f的成員資格值,其中u、v、w是特定集合的箭頭,u的元素是、f是u的有限模糊子集。 3、環(huán)境質(zhì)量模糊評價(jià)中的集合,(1)環(huán)境質(zhì)量的要素集合選擇了m個(gè)污染物評價(jià)要素,按一定順序排列,形成了要素集合。 環(huán)境質(zhì)量的因素是具有m個(gè)要素的向量。 這里的污染物因子在測量時(shí)具有不同的數(shù)值,污染物因子可以取整個(gè)值,構(gòu)成了環(huán)境質(zhì)量的要素論域上的向量空間。 (2)環(huán)境質(zhì)量的評論集合環(huán)境質(zhì)量的評論集合是指進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價(jià)時(shí)使用的
6、環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該用矩陣表示,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對m個(gè)污染物因子,分別規(guī)定了n個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值。 (3)要素和評論間的關(guān)系矩陣R (4)要素論域上的模糊子集(5)評語論域上的模糊子集,ui是第I個(gè)污染因子(例如COD ),ai是所屬度,表示了該污染因子對環(huán)境污染的作用。 4、關(guān)系矩陣中元素的求解,矩陣中的元素,rij是第I類污染因子,可能位于第j級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即:第I類污染因子對j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的歸屬度。 矩陣中的矩陣元素(ri1rin )是第I種污染物因子對各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的所屬度。 矩陣中的列要素(r1j .rmj )是各種污染物因子對第j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的所屬度。 1,2m個(gè)污染因子,1,2n (評價(jià)基準(zhǔn)n級(jí)),如果
7、已知測定的環(huán)境中的CO日平均濃度值為4.5 mg/Nm3,則該值位于二、三級(jí)基準(zhǔn)(4.0和6.0 )之間,接近二級(jí)基準(zhǔn)。 用成員度描述方法的程度的方法在4.0和6.0之間成比例地求解。 這些是對應(yīng)于第一至第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的rCO,且1=0、rCO、2=0.75、rCO、3=0.25,從而可以獲得所有關(guān)系矩陣元素的值。 5 .確定環(huán)境質(zhì)量分類的模糊評價(jià)法、環(huán)境質(zhì)量的模糊評價(jià)法,回歸到已知要素論域中的模糊子集a (污染物因子的濃度水平)和評價(jià)矩陣v (各種基準(zhǔn)對因子的要求),求出向量b (環(huán)境歸屬類別)。 當(dāng)模糊向量a和模糊關(guān)系矩陣r已知時(shí),綜合評估模糊子集是B=A.R,5 .確定環(huán)境質(zhì)量分類的模糊評估
8、方法,以及計(jì)算模糊向量b的兩個(gè)計(jì)算模型:計(jì)算模型之一: m1 (8722222222222222222 bj=AHHHHHHHR )=max (min (a1,r1j).min(am,rmj ) ) (j=1,2,n )根據(jù)運(yùn)算模型的m2 2) .n ),B=A.R,河川水質(zhì)監(jiān)測值(mg/l ),階級(jí)代表值和基點(diǎn)值的對應(yīng)濃度(mg/l ),模糊集合運(yùn)算B=A.R,a=(1.375,5.50,0.39,4.60,14.4,2.60,120,0.6,0.8,1 0.038 )的0.0027,0.031,0.098,0.018,0.817,0.0041,0.0054,0.0068 ),模型2的計(jì)算:
9、M2(*,) bj=(ai * rij )=max (a1 * r1j ) . (am * r1j ) 1.145 13.49,120 )、3.3污染物的運(yùn)動(dòng)變化模型、3.3.1污染物在環(huán)境介質(zhì)上的運(yùn)動(dòng)變化的基本模型、3.3.2污染物的運(yùn)動(dòng)變化的基本模型、1 .零維模型是基于質(zhì)量維持平衡的完全混合反應(yīng)器的平衡方程式,即零維模型,一維、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的數(shù)學(xué)模型學(xué)習(xí)點(diǎn),1 )環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評價(jià)模型包括單因子指數(shù)和多因子指數(shù)兩種。 單因子指數(shù)的計(jì)算式平均型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算式計(jì)量權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算式內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算式(2)空氣污染指數(shù)API用于將一般被監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化為單一的概念性指數(shù)值形式,并逐步表現(xiàn)空氣污染的程度和空氣質(zhì)量狀況。在計(jì)算式(3)的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)
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