环境管理研究方法与案例分析.ppt

区域水环境演变的综合评价方法研究 以上海市为例casestudyonthemethodologytoassessingareawaterenvironmentalchangeinshanghai 资源与环境科学学院环境科学系2005年10月 教学目标goals 本案例通过对上海市地表水环境质量现状和历史评价方法的介绍 让学生了解水质评价方法的具体应用和创新思想 通过讲解区域水质指数 区域水资源丰度指数的应用 及上海市近20年来地表水水质变化趋势 使学生对上海市地表水环境及其演化有较深入的了解 通过对基于 点线网面 四层结构的区域水质评价的理论与方法 水质评价数据与区域社会经济发展数据相耦合的技术与方法的课堂讨论 使学生了解目前这一领域的研究前沿和趋势 本案例教学以教师课堂讲解为主 学生参与讨论为辅 提纲outline 研究背景background研究方法methodology水环境现状评价statusassessment水环境历史评价historyassessment研究前景researchprospect科学问题与讨论questionsanddiscussions 研究背景 1 background 上海水环境概况属于太湖流域 城市化河网水系大小河流32000多条河道总长30000余公里河流水面积约占全市总面积的8 2 主要水体为黄浦江 苏州河 淀山湖上海市水资源普查 研究背景 2 background 研究区域15个水利片及片外区16个行政区县 单位 研究背景 3 background 监测断面共3239个监测断面市 区 镇 村四级河道的监测断面15个水利片及片面区的监测断面各行政区县的监测断面 各水利片布设的水质监测断面数量 单位 个 各行政区县布设的水质监测断面数量 单位 个 研究背景 4 background 监测项目及相关数据监测项目包括bod5 codcr nh3 n codmn do 石油类 挥发酚 水温 ph值和cl 与水质相关数据有 河流长度 监测断面距河口距离 控制河长 控制断面宽度 水质单因子指数评价方法评价公式 pi 单因子指数 ci 各水质指标实测平均浓度值 mg l c0 各水质指标评价标准的四类 mg l 研究方法 1 methodology 研究方法 2 methodology 有机污染指数 a值 评价公式评价指标l 各水质指标实测平均浓度值 mg l c 各水质指标评价标准 主要选取gb3838 88中的 类标准 氨氮依据上海市地面水环境质量标准的四级 mg l 研究方法 2 methodology 有机污染指数a值评价分级标准采用黄浦江水质评价分级标准 研究方法 3 methodology 水质按类分级综合评价方法水质分级 地面水环境质量分级 mg l 研究方法 3 methodology 水质按类分级综合评价方法水质级别评分 水质级别与分值 研究方法 3 methodology 水质按类分级综合评价方法水质评价结果表达式s a n1 n2 n3 n4 n5 n6 m s1 s2 s 综合评价级别 a 水质综合评价分值 水质类别 按地面水环境质量标准 n1 n2 n3 n4 n5 n6 分别达到 和 类 即劣于 类 水质标准的评价项目数 m 评价项目中 水质最差的一项对应的水质类别 s1 s2 水质最差的评价项目名称 研究方法 4 methodology 区域水质指数水质指数 也称区域水质指数 是综合反映某一区域水体水质的指标 其基本思路是根据某一区域内所有监测断面的的水量指标来对水质监测指标进行加权平均 水质指数的物理意义是某一特定区域所有水体均匀混和后的水质监测值 水质指数给出了区域水质状况的定量化表征 通过水质指数 可以比较不同区域之间的水质状况 并可根据定量化的数据识别和比较某一大区域内部水质状况的空间分异特征 研究方法 4 methodology 区域水质指数水质指标 参照水质按类分级综合评价中有关内容 分别对每个监测断面各项目污染因子bod5 codcr nh3 n cod n do 石油类 挥发酚 以及单因子综合评价 综合评分级别 根据其类别和级别赋于相应的分值 类 类 类 类 类 劣于 类6个类别的分值分别为15 13 11 8 5和1分 1级 2级 3级 4级 5级 6级共6个等级的分值分别为15 13 11 8 5和1分 水量指标 水量指标暂用水面积来表示 每一监测断面所控制的水面积即为其控制河长与河宽的乘积 研究方法 4 methodology 区域水质指数设某一区域s内共k个子区域 各子区域s1 s2 s3 sk内的监测断面个数n1 n2 n3 nk 第k个子区域sk内各个监测断面的控制河长为lk1 lk2 lk3 lknk 宽度为wk1 wk2 wk3 wknk 综合评分级别对应的分值为ik1 ik2 ik3 iknk 区域水质指数第k个子区域sk水质指数及分指数可用下式计算 整体区域s的水质指数及分指数可用下式计算 研究方法 4 methodology 研究方法 5 methodology 区域水资源丰度指数水质指数用定量化的数据说明了不同区域间水体的水质差异 但无法说明两个水量差异较大的区域在水环境方面本质性的区别 区域水资源丰度指数 是综合反映某一区域水环境水质与水量的指标 可以用来比较不同区域水环境和水资源状况 水资源丰度指数的物理意义是某一特定区域单位面积上的水质与水量状况 也即单位区域面积上的水环境水资源状况 水资源丰度指数给出了区域水环境水资源状况的定量化表征 可以比较不同区域之间的水环境水资源状况 包括水质和水量两个方面 并可根据定量化的数据识别和比较某一大区域内部水环境水资源状况的空间分异特征 还可用于不同地域之间的水环境水资源状况的对比分析 研究方法 4 methodology 区域水资源丰度指数水质指标 同水质指数 水量指标 同水质指数 区域面积 水利片或行政区面积 研究方法 4 methodology 区域水资源丰度指数设某一区域s内共k个子区域 各子区域s1 s2 s3 sk内的监测断面个数n1 n2 n3 nk 第k个子区域sk内各个监测断面的控制河长为lk1 lk2 lk3 lknk 宽度为wk1 wk2 wk3 wknk 综合评分级别对应的分值为ik1 ik2 ik3 iknk 区域水资源丰度指数第k个子区域sk 面积为sk 水资源丰度指数可用下式计算 整体区域s 面积为s 水资源丰度指数用下式计算 研究方法 4 methodology 现状评价 1 statusassessment 评价数据来源 上海市水资源普查数据来源 1999年水资源普查水质监测数据数据数量 共3000个监测断面 bod等7项监测指标 丰水和枯水2次监测值 及相应的控制河长 断面宽度 距河口距离等 数据总量约60 000个 数据分类 按行政区 水利片 河道等级分类 数据处理 利用excelvba处理 现状评价 2 statusassessment 水利片水质评价区域水质指数评价结果区域水资源丰度指数评价结果水利片水质指数排序水利片水资源丰度指数排序 行政区水资源指数 行政区水质指数 现状评价 3 statusassessment 水利片水质评价区域水质指数评价结果区域水资源丰度指数评价结果水利片水质指数排序水利片水资源丰度指数排序 水利片水资源指数 水利片水质指数 历史评价 1 statusassessment 水质历史变化研究意义水质历史变化 是指在一定社会经济发展水平下 由于人类活动的持续影响所产生的在大区域或流域范围内所表现出来的具有一定方向性的水质变化 在宏观层次和大尺度空间上研究社会经济发展与水质变化的关系和影响 是全球变化研究的重要内容 对于研究陆地水水质变化 以及更进一步探讨水与社会关系是非常有意义的 水质历史变化的趋势及原因进行研究 不仅具有重要的科学意义 也是上海市今后进行宏观水资源管理 水污染防治等工作的科学依据 历史评价 2 historyassessment 上海市水质 定义什么是 上海市水质 抽象概念和具体概念上海市全市水质 上海市水质 是指黄浦江南市 杨浦2个代表断面的4项污染指标的监测平均值 评价计算后用a值表示 历史评价 3 historyassessment 水质历史评价代表断面的选取选取黄浦江杨浦 南市和松浦三个代表断面 图 1983 1999三个断面水质变化曲线 图 1983 1999全市水质变化的趋势和阶段划分 历史评价 4 historyassessment 上海市水质 评价结果全市水质变化曲线三个阶段 认为上海市地表水水质近20年的变化可以分为缓慢恶化 加速恶化和逐渐改善三个阶段转折点 1996年是水质近20年变化趋势发生逆转的转折点 历史评价 5 historyassessment 水质历史评价与社会经济发展数据的耦合降水量 采用全市平均降水量黄浦江上游来水量 采用黄浦江松浦大桥断面净泄量国内生产总值和工农业总产值 经济增长全市人口和城区人口数量 人口因素农业总产值 氮肥施用量和牧业产值 农业城市污水处理能力和基础设施建设 水环境投资和基础建设 包括 全市自来水售水总量 生活用水量 城市污水处理能力 市政基础建设投资额以上指标均采用1981 1998年数据 图 全市水质变化与有关的自然社会经济指标变化趋势对比 历史评价 6 historyassessment 水质历史评价的结论上海市地表水水质变化可分为缓慢恶化 加速恶化和逐渐改善三个阶段 1996年是水质变化趋势的转折点 水质变化主要受人类社会经济活动影响 与水文气象因素相关性较小 农牧业 生活污染是影响水质变化的主要因素 农牧业 生活污染的迅速上升趋势受到遏制 工业污染持续减少 而城市污水处理能力呈跳跃式大幅度增长 是1996年水质恶化趋势发生逆转的根本原因 上海市的高度城市化进程在1996年之后已经转变成为地表水水质改善的积极动力和重要原因 特别说明acknowledgement 本研究中现状评价和历史评价的最原始和最原创的思想来自王云老师 我的工作是将这些思想具体化 建立评价公式 计算和分析结果 本研究中用vba处理近100 000个数据 得益于徐启新老师的启发和具体编程帮助 研究前景 1 researchprospect 地理学的2个核心 区域分异和人地关系城市水环境 研究城市化区域的水环境要素与人类活动的关系 区域分异 水环境空间分异 包括自然区域 人为区域 复合区域上分异人地关系 水质变化与人类活动的耦合 水质数据 人类社会活动的数据的耦合演化研究 区域分异是研究基础 人地关系是研究目标 以动态过程的视角研究以上二者以区域水环境历史演化 或 研究领域 研究前景 2 researchprospect 前景一 城市水环境层面上的人地关系研究前景二 全球变化的城市水环境响应研究前景三 区域水环境演变与可持续发展研究具体应用 城市水环境保护与治理的宏观策略 水源地的选址 水环境功能区划 水环境治理区划 等等 科学问题与讨论 1 questionsanddiscussions 基于 点 线 网 面 四层结构的区域水质评价的理论与方法现状工作进展 设想 基于点线网面结构的水流及其自然属性评价 流 电网流 大气流 海洋潮流 物流 等动力模拟 复杂系统 混沌 等流网流质评价 脆弱性 安全 效率 等 科学问题与讨论 2 questionsanddiscussions 水质评价数据与区域社会经济发展数据相耦合的技术与方法现状工作进展基于以上两种方法的区域水环境演化的技术方法研究现状工作进展 研究设想 如何