环境质量综合评价

1、环境质量综合评价2022/9/231第1页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 一、模糊综合评价方法 环境质量评价需要研究的变量关系愈来愈多、愈加错综复杂，其中既有确定的可循的变化规律，又有模糊的一面。 环境质量同时具有精确与模糊、确定与不确定的特性。有的时候可以用精确的语言来表述，有的时候则需要用模糊的语言来表述，因此，环境质量评价中引入模糊评价方法是客观事物的需要，也是主观认识能力的发展。 2022/9/232第2页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四1.环境质量评价中引入模糊数学的原因 评价对象、评价方法、评价主体、评价标准都具有不确定性。其原因可

2、归纳为： （1）认识的局限引起的不确定性 受环境科学发展的局限 对复杂的环境系统和重要的因果关系缺乏认识。 受预测模式的局限 环境质量的预测模式是对实情的近似描述，它既是对环境系统的不严格的智力图象，也是物理、数学的高度抽象概括出来的具有严密结构的图式。因此，预测模式的局限性一方面表现在模式不可控制的变量中永远存在着不可确定性，另一方面表现在人们描述真实情况的能力。 受监测技术发展的局限 环境监测能力有限，根本原因是监测技术和分析手段尚不完善。 （2）环境监测数据的不充分和不可靠引起的不确定性 受采样条件的限制数据不充分 如受仪器、时间、经费等原因的限制，监测数据少，时间、空间重复率低。202

3、2/9/233第3页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 数据的代表性差 在难以得到监测数据时，经常以外推的方式得到。如某种污染物对人体健康的效应剂量曲线。 缺少历史累积数据 （3）随机性和可变性引起的不确定因素 随机性是环境要素的一种属性，如影响大气和水体稀释自净能力的湍流过程就是一个随机过程。 环境质量有其自身的演变规律，人类活动对环境质量的改变，是叠加在这个变化规律之上的。这也就体现了环境质量变化的可变性。 预测误差中的随机性。 （4）评价主体的心理因素造成的不确定性 综上所述，评价结论必然存在一定程度的不确定性。如何处理评价中的不确定性因素，不仅关系到评价结论是否全

4、面地反映环境质量的价值，而且还关系到依据评价结论所做的决策是否正确。2022/9/234第4页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 2.模糊集理论在环境质量评价中的应用 （1）模糊集合理论简介 随机性和模糊性都是不确定性。所谓随机性，是指事件的发生与否而言，但事件本身的含义是确定的，而是由于条件不充分，事件的发生与否有多种可能的不确定性，如在0,1上取值的概率分布函数就是描述这种随机性的；所谓模糊性，是指元素对集合的隶属关系而言，而事件本身的含义是不确定的，但事件的发生与否是可以确定的，因而元素对集合的隶属关系是不确定的。在0,1上取值的隶属函数就是描述这种模糊性的。模糊数

5、学就是用数学的方法来研究、处理实际当中存在的大量不确定的、模糊的问题。 2022/9/235第5页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 模糊集合 普通集合是用于描述“非此即彼”的清晰概念，因而它可用属于或不属于来确定集合的全体成员。如所有大于的实数，可用集合Axx来表示。它表明大于的实数都是A的成员，尽管A的元素无法一一列举， 但其范围是可以完全确定的。 若将上述概念改为“所有比大得多的实数”，这就变成一个模糊概念了。 因为无法划出严格分明的界限，在界限内部都属于“比1大得多的实数”， 在界限外都不属于。而只能说某数比1大得多的实数的程度高，另一数属于它的程度低。又如，判断

6、评价环境质量未污染、污染较重、污染严重等，都很难找出一个分明的界线，它们都是一些模糊概念。因此，对于模糊而言，不能用“属于和不属于”来表达。可用模糊集合A A ：0,1来表示，它表明A是论域上的一个模糊集合。2022/9/236第6页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四隶属度与隶属函数：隶属度表示元素a属于模糊集合A的程度，这样，即使集合界线模糊不清，也不影响我们对元素属于集合的判断，隶属度可以是0-1 间的任何数。隶属度的概念是普通集合论和模糊集合论的关键区别。 根据用特征函数表示普通集的方法，可用隶属函数表示模糊集。隶属函数是指在论域U到0,1上的映射u，即 u：U0,

7、1 当u(u)=1时，则u完全属于模糊集合，当u(u)0时， 则u完全不属于模糊集合，u(u)越接近1，u属于A的程度就越大。显然，当隶属度只取0，1等值时，模糊集合便退化为普通集合了，即不确定性变成了确定性。 2022/9/237第7页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四（2）环境质量综合评价的模糊数学模型 用隶属度刻划环境质量的分级界线 在环境质量评价中,“污染程度”是一个模糊概念，从而作为评价污染程度的分级标准也应是模糊的，像水质、大气、土壤的分级中常采用的数学指标作为分界线，界线两边截然分为不同级别。 例如标准把一级水的溶解氧(DO)规定为8.0mg/L。如果实际情

8、况是8.1mg/L则算作一级水，而7.9mg/L则算作非一级水，实际上8.1与7.9相差很小，所以这样分级不太客观。 用隶属度来刻划：比如可以说, DO值为8.1mg/L时隶属一级水的程度达到100%,而7.9mg/L时隶属一级水的程度为95，相应地隶属于非一级水的程度就是5，对于其他数值也可给予不同的隶属度。显然这样刻划其界线要合理的多。 为了进行模糊运算，需要确定隶属函数。以DO为例，为了便于说明问题，隶属函数取线性的，若DO指标一级水标准为8mg/L二级水标准为6mg/L，则DO属于一级水的隶属度可用隶属函数表示为：2022/9/238第8页，共24页，2022年，5月20日，16点16

9、分，星期四 1 u8 u(u)= -1/2(u-6) 6u8 0 u6 当实测值u大于8mg/L时，DO属于一级水的隶属度是100，当实测值u小于6mg/L，属于一级水的隶属度为0,如果实测值u界于两者之间，对于一级水的隶属度为0.5(u-6)。 如BOD分级标准如表8-2所示。 表8-2 BOD分级标准（单位：mg/L） 水质标准一级标准二级标准三级标准四级标准五级标准BOD1358122022/9/239第9页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 BOD对一级水质标准的隶属函数为： 1 u1 u1(u)= -1/2(u-3) 1u3 0 u3 BOD对其它级标准的隶属函

10、数为： 0 u1 u5 u2(u)= 1/2(u-1) 1u3 -1/2(u-5) 3u5 0 u3 u8 u3(u)= 1/2(u-3) 3u5 -1/3(u-8) 5u8 0 u5 u12 u4(u)= 1/3(u-5) 5u8 -1/4(u-12) 8u122022/9/2310第10页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 0 u5 u12 u5(u)= 1/4(u-8) 5u8 1 8uP%评价结果1丰9111.1344.4488.91100/枯10/44026028021002丰1218.3/225137.38100枯1317.69223/453.86100累积频

11、率法2022/9/2319第19页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 频率公式 式中：P累积频率；n总检测次数；m从大到小的累积频数。 选用若干河段上的检测资料，计算它们大于、等于某浓度的累积频率（P），可做出它们的经验频率曲线图。在实际计算中，为了方便，可以直接由图上查出各种污染物在各种概率下的浓度值，如下表。从表上，便可简便看出各种频率下的水质状况，或者大于某种浓度的出现机率。这些可表征不同污染强度的污染历时情况。如在B断面，浓度超过地面水标准时，酚的出现机会为26%，COD为12%，砷为6%。又知在80%的机会中，B断面的酚不会大于0.012毫克/升，COD不大于4

12、.0毫克/升，砷不大于0.015毫克/升，等等。这样就可以给水质评价方法中增加了可以反映污染的历时或机遇的表示方法。 2022/9/2320第20页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四2022/9/2321第21页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四确定权值的方法 在综合多种评价因子时，总是以权值反映不同评价因子重要性程度的差异。在实际生活中，人们对某事物相对某目标（或要求等）的满意、置信、可靠、有效等程度进行估计和度量时，出现了满意程度、置信程度、可靠程度、有效程度、重要程度等很多意义上的程度分析问题。然而，“满意”与“不满意”之间、“重要”与“不重要

13、”之间明确的分界，因此，“重要”、“满意”等概念都是都是模糊概念。 权值也可理解为评价因子在某评价观点下对于模糊子集A“重要”的隶属程度。隶属程度越大，表示重要性程度越高；隶属程度越小，表示重要性程度就越低。于是隶属函数也可看作是权函数，则定权过程便是对于模糊子集“重要”的隶属程度的程度分析过程。多次对不同层次加权。 2022/9/2322第22页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四（1）经验估计法 指不说明任何定权的理由和具体根据、依据的意义等而直接给出权值的方法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。（2）意义推求法 讲明定权值考虑问题的具体根据、依据的意义等再

14、直接给出权值的方法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。（3）公式计算 有明确定权公式（函数形式）和自变量含义的定权方法。特征是：给出明确的定权公式。（4）调查统计法 通过发调查表征意见后，进行统计综合的定权方法。特征是：有调查、征询意见过程。（5）序列综合法 通过比较评价因子某些性质后分别排序、根据顺序对应分数推求权值的方法。其特征是：有排序过程和根据顺序值定权。（6）因子分析法：通过因子分析过程和方法求权。特征是：用主成分分析或因子分析法。 后四种方法主要依据定量表示的定权因子定权，而经验估计法和意义推求法用于缺少定量表示的定权因子数据的场合。2022/9/2323第23页，共24页，2022年，5月20日，16点16分，星期四 6.隶隶属函数法 权值可理解为对于“重要”模糊子集的隶属