环境管理_环境管理的技术方法

第四章,环境管理的技术方法,第一节,环境管理技术方法的基础保证,环境管理,人类社会,自然环境,物质流,环境社会系统,物质载体,自然科学,工程科学,环境标准 环境统计,环境监测,目的和任务,特点和分类,程序与方法,质量保证,一、环境监测,是环境管理工作的一个重要组成部分，它通过技术手段测定环境质量要素的代表值以把握环境质量的状况，这是获取环境管理基础数据的基础性工作。,（一）环境监测的目的和任务,污染源的监测,环境质量的监测,（二）环境监测的特点和分类,时序性,监测对象的综合 监测手段的综合,分类,研究性监测 污染事故监测 仲裁监测,环境要素监测 污染源的监测,特殊目的监测,常规监测,（三）环境监测的程序和方法,环境管理的模型方法,一、环境模拟模型,一、环境模拟模型,环境模拟模型 利用定量化的指标和数学模型对环境社会系统中的人类社会活动行为及其引起环境变化情况进行模拟和模仿，以便科学和准确地描述环境社会系统的运行状况和规律，为环境管理提供技术依据。,（一） 人类社会环境行为的模拟,环境社会系统 四维空间,时序上,范围上,业,业,人口数量发展的模拟， 常用的指数模拟模型：,式中：Nt是t年的人口总数； Nt0为t0年人口基数； k为人口增长率。,能够精确模拟的人类社会行为比较少。,例：,环境要素模拟有较多成熟模拟模型，多称为环境质量模拟模型。 这些模型根据环境要素的运动、迁移、转化规律，模拟出它们在人类社会活动影响下的变化情况和趋势，为科学和定量地了解、认识人类社会活动对环境的影响提供了技术依据。,（二）环境要素的模拟,例,大气和水环境模拟模型，其理论基础都是三维的流体动力学模型：,C是污染物浓度； Ex、Ey、Ez分别为x、y、z方向上的湍流扩散系数； ux、uy、uz分别为x、y、z方向上的流速分量； K为反应速率常数。,式中：,二、环境预测模型,二、环境预测模型,环境预测 依据调查或监测所得到的历史资料，运用现代科学方法和手段给出未来的环境状况和发展趋势，为防止环境进一步恶化和改善环境的对策提供依据。,（一）预测与预测模型,预测结果的正确性在很大程度上决定于预测者选用的预测方法是否恰当。 常用五大类预测方法： 统计分析方法 因果分析方法 类比分析方法 专家系统方法 物理模拟预测方法,常指环境数学模型，是用一个或一组数学方程（包括代数方程、微分方程或差分方程等）来表示所预测的环境社会因素随时间变化的形式或环境社会系统各要素之间的关系，来计算环境社会系统未来的变化与状态，达到环境预测的目的。,环境预测模型,（二）主要的环境预测模型,趋势外推预测模型,专家系统预测模型,因果关系预测模型,四大环境预测模型,类型 数学表达式 一元线性回归模型 多元线性回归模型 指数模型 生长曲线（皮尔模型） 生长曲线（皮龚珀兹模型）,1趋势外推预测模型,Q为污染源源强； C为污染物浓度； u为平均风速； y、z是分别用浓度分布标准差表示的y和z轴上的扩散参数； He是烟囱有效高度。,2.因果关系预测模型,例 大气环境质量预测最常用的高斯模型就是因果关系预测模型，在一系列条件假定后，导出标准形式为：,水环境质量预测最常用的SP模型也是因果关系预测模型：,V是平均流速； L为距离起点x处的BOD浓度； c为距离起点x处的DO浓度； K1和K2为BOD的耗氧和大气复氧系数； cs为河水中饱和溶解氧浓度。,3灰色预测模型,部分信息已知，另一部分信息未知的系统称为灰色系统。 由于部分信息未知，所以很难建立对信息量要求较大的因果关系预测模型，这时可采用对信息量要求较少的灰色预测模型。,例：GM(1,1)模型预测 对原始数据进行累加生成 利用生成后的数列进行建模 在预测时再通过反生成以恢复原貌， 计算预测值。,GM(1,1)模型的白化微分方程为：,4专家系统预测模型,将专家群体作为索取预测信息的对象，组织环境科学领域（有时也需要请其他科学领域）的专家运用专业知识和经验进行环境预测的方法。 专家预测法的特点在于可以对某些难以用数学模型定量化的因素考虑在内，在缺乏足够统计数据和原始资料的情况下，可以给出定量估计。,特尔斐法,形成了一套如何组织专家、充分利用专家的创造性思维进行预测的理论和方法； 不依靠一个或少数专家，而依靠专家群体（包括不同领域的专家），可以消除个别专家的局限性和片面性； 在定性分析基础上，以打分的方式作出定量预测。,现代的专家预测法的三方面飞跃：,5其他环境预测模型,三、环境评价模型,三、环境评价模型,（一）环境评价模型概述,通过一些定量化的指标来反映环境客观属性及其对人类社会需要的满足程度，并将这些定量化的指标利用数学手段构建起相应数学模型，从而定量评价和反映环境的优劣和满足人类社会需要的程度，并评价和预测人类活动对环境的影响 。,（二）环境指数评价模型,I： 单因子环境质量指数； P：污染物在环境中的浓度； S：该污染对人类影响程度标准。,1.单因子指数评价模型,单因子指数评价模型的表达式：,类型 数学表达式,2.多因子环境指数评价模型,代数叠加型 均值型 加权型 加权平均型 突出极值型,类型 数学表达式,突出极值型2 幂指数型 向量模型 均方根型 极值型,Q为多环境要素的综合评价指数； Wk为第k个环境要素的权重； N为参加评价的环境要素的数目。,3.综合指数评价模型,综合指数评价模型的表达式：,（三）其他环境评价模型,四、环境规划模型,四、环境规划模型,（一）环境规划模型概述,环境规划模型是在环境模拟、预测和评价模型的基础上，进一步选用一些反映人类社会未来活动和行为的强度、性质的定量化指标构建的数学模型。对这些模型可利用数学优化或经济优化方法计算出一组规划方案的最优解或满意解，作为在时间和空间上合理安排人类社会活动和行为的环境规划方案。,（二）主要环境规划模型,线性规划模型 非线性规划模型 动态模型 ,1.数学规划模型,线性规划模型的一般表达式为：,线性规划模型,max z为目标函数，一般指规划所要达到的最优化目标； X为决策变量向量，X（x1,x2,，xn）T，由n个决策变量构成了向量，是规划的备选方案； b为资源向量，b（b1,b2,，bn）T，由m个资源变量构成了向量； C为价值向量，C（c1,c2,，cn），由目标函数中决策变量的系数构成； A为系数矩阵，由m个线性约束条件常数构成。,图解法 单纯形法,非线性规划模型的一般表达式为：,非线性规划模型,x（x1,x2,，xn）T为n维欧氏空间En的向量，代表一组决策变量； f(x)、hi(x)、gi(x)均为决策向量x的函数,没有普遍适用的算法,动态规划模型：,动态规划模型,核心思想：“最优性原则”,适用于多阶段的环境规划问题,2.费用效益分析 通过分析、计算和比较各个规划方案的费用和效益，从中选择净效益最大的方案，提供给决策者。,费用效益分析模 型建立和运行步骤,（三）其他环境规划模型,突变模型,环境博弈 模型,单目标和多目标 规划模型,确定型和不确定 性规划模型,总量控制 和分配模型,环境投入 产出模型,第四节,环境管理的信息方法,一、环境信息及其特点,一、环境信息及其特点,（一）环境信息,环境信息是在环境管理的研究和工作中应用的经收集、处理而以特定形式存在的环境知识。 它们可以是数字、图像、声音，也可以是文字、影像等以及其它表达形式。,（二）环境信息的特点,二、环境管理信息系统,二、环境管理信息系统,环境信息系统 环境信息系统是由工作人员、设备和环境原始信息等组成的系统，其中设备又包括计算机和网络设备、计算机及网络技术、GIS技术、各种模型库、数据库等软硬件。,环境管理信息系统 环境决策支持系统,环境管理信息系统,（一）环境管理信息系统,环境管理信息系统（Environmental Management Information Systems）简称EMIS，它是一个以系统论为指导，通过人机结合收集环境信息，通过模型对环境信息进行转换和加工，并据此进行环境评价、预测和控制，最后再通过计算机和网络等技术实现环境管理的计算机模拟系统。,环境管理信息系统的基本结构,环境管理信息系统,（二）环境决策支持系统,环境决策支持系统（Environmental Decision Support Systems）简称EDSS，是将决策支持系统引入环境规划、管理、决策的产物。决策支持系统也是一种人机交互的信息系统，是从系统观点，利用现代计算机和网络技术及决策理论和方法，对环境管理问题进行描述、组织进而协助人们完成管理决策的支持技术。,模型库管理系统,模型库,人机交互系统,数据库管理系统,数据库,知识库管理系统,知识库,问题处理系统,问题处理集成部件接口推理机,决策者,环境决策支持系统结构简图,三、环境信息系统的应用实例,三、环境信息系统的应用实例,国家环境管理辅助决策支持系统（简称NEMDSS）,一个为我国环境管理与决策部门服务的，具有多种环境管理和决策功能的大型计算机辅助决策支持系统。,基础数据管理系统,社会环境数据库,城市生态质量评价数据库,环境污染治理费用基础数据库,国家环境管理决策支持系统,国家环境质量决策数据库,国家环境宏观管理决策支持系统,统计分析,模型应用,查询检索,城市生态系统质量评价系统,预测评价,AHP权值计算,现状评价,国家环境质量决策支持系统,城市生态质量决策评价比较,国家环境质量决策模拟,环境污染治