《环境规划》第四章 环境规划的技术方法-1

1、第四章环境规划的技术方法：真空紫外在水处理与回用中的应用 研究及前景展望 ：真空紫外在水处理与回用中的应用 研究及前景展望 本章主要内容：环境评价方法环境预测与社会经济预测方法大气污染预测方法水污染预测方法固体废物、噪声污染预测方法环境规划的决策分析单目标决策分析方法多目标决策方法第一节 环境评价方法一、环境评价评价：是指根据确定的目标来测定系统的属性，并将这种属性变为可量化的价值或者主观效用（满足主体要求的程度）的行为。它是评价主体依照一定的评价标准与方法程序对评价对象进行对比评定的过程。环境评价包含的3个技术要素：评价对象与指标，评价准则，评价方法。（一）评价对象与指标评价对象：污染源与环

2、境质量。评价指标（体系）：根据评价目的而对评价对象的整体状态与属性进行刻画的一组概括性表征。 评价指标的选择设计原则： 1、科学性和简便性原则 2、重要性原则：集中体现评价对象的本质特征，具有典型性与可比性； 3、层次性原则：清晰反映指标间的隶属层次关系，体现评价对象的内涵； 4、可行性原则：易于获取数据，便于计算应用，支持指标量化，使其具有可操作性。（二）评价准则概念：环境评价中，经过各指标赋值计算后，需要与预定的要求比对评判，这类用于对照比较的要求，通常称为评价准则（或评价标准）。环境标准是体现环境保护要求、实施环境管理的重要技术规范。各类污染物排放标准和环境质量标准是环境规划的主要依据。

3、污染物排放标准和环境质量标准是环境评价中确定评价准则的基础。 （三）评价方法 概念：就具体的评价模型而言，是对评价对象的属性建立形成指标，并与评价准则进行对照评定的规则程序。 评价方法类型：单一指数法：对单个指标描述的对象进行评价；意义明确直观，方法简便易行。综合指数法：采用多个指标描述评价对象；从不同角度考察系统的状态变化，为系统提供更为全面的比较评定。模糊综合评价模型（隶属关系分布的不确定性）主成分分析评价方法（研究对象的内在联系） 污染源评价在污染源调查基础上进行的。目前对各种污染物排放的评价方法，主要包括单项评价和综合评价两类。1. 单项评价 针对污染源中某一污染物的排放浓度或负荷量等

4、，进行的有关指标（如超标率、排放量等）的评价，可以反映污染源中某一污染物的贡献作用或控制效果等。（1）超标率 某污染物超过排放标准的检出次数占该污染物检测次数的比率： Dii污染物超标率，%； fi i污染物超过排放标准的检测次数； Ni污染物的检测总次数。（2）排放强度 单位时间内某污染物排放量： Wii污染物单位时间的排放量； Cii污染物排放浓度检测值； Qi含i污染物的介质（污水、废气）排放量。 二、污染源评价 2. 综合评价 为反映污染源不同污染物的总体贡献或控制效果，对多种污染物的排放浓度或负荷量等，通过标化处理，将其转换为同一尺度下可比较（或相加）指标的评价方法。主要方法包括：等

5、标污染负荷和等标污染负荷比。 在对一个系统(如一个城市、一个区域或一个工厂)中的多个污染源及其排放的多种污染物进行评价，以确定主要污染源和主要污染物时，通常采用等标污染负荷作为统一比较的尺度，对各污染源和各污染物的环境影响大小进行比较。 （1）等标污染负荷 Pij等标污染负荷； ij第j源含i种污染物浓度，mg/m3； 0i环境质量标准值，mg/m3； Qij第j源含i种污染物介质（废气或废水）的排放量，m3/d； 10-6比例系数，使数值不致太高，便于比较书写。 j 污染源中 i 污染物的等标污染负荷Pji也可表示为： mji j 污染源中i污染物的排放量，kg/d或t/a； C0i i 污

6、染物的评价标准，mg/m3(气) 或 mg/L(水)，一般采用国家规定的环境质量标准或排放浓度标准。等标污染负荷的物理概念：把某种污染物的排放量稀释到其相应排放标准时所需的介质量。 若第j个污染源有n种污染物，则该污染源总的等标污染负荷为：若某区域有m个污染源，则该区域总的等标污染负荷为：（2）污染负荷比 某区域第j个污染源的第i类污染物，污染负荷比可用下式表示： 根据K值大小，可确定该污染源的主要污染物。对某个区域，某个污染源的污染负荷比为： 根据Kj值大小，可以确定该区域内的主要污染源。对某个区域，某种污染物的污染负荷比为： 根据Ki值大小，可以确定该区域内的主要污染物。三、环境质量评价

7、环境质量指数（environmental quality index） 将大量监测数据经统计处理后求得其代表值，以环境卫生标准（或环境质量标准）作为评价标准，把它们代入专门设计的计算式，换算成定量和客观地评价环境质量的无量纲数值，这种数量指标称为“环境质量指数”，也称“环境污染指数”。单因子评价：从环境大气、水体、土壤等环境要素角度看，对某一环境要素单一质量因子进行的环境质量评价。综合质量评价：对多个环境质量因子进行的环境质量评价。 1. 单因子评价指数 对单一环境要素的单因子进行评价的指数方法： Ii i种污染物评价指数； i i种污染物在环境介质中的浓度； Si i污染物的评价标准。 I的

8、量纲为1，表达某种污染物在环境介质中的浓度超过环境质量标准的程度，即超标倍数。 2.综合质量评价指数 弥补单因子评价指数只能以一种污染物来代表环境质量状况，难以反应环境质量全貌的不足。 综合质量评价指数是在单因子指数基础上建立起来的，对环境进行整体评价。 常见的综合指数有均值型综合质量指数和加权型综合质量指数。 （1）均值型综合质量指数 I均均值型综合质量指数； Ii单因子质量指数； n参与评价的环境质量因子数目。 此指数意味着各个因子影响相同，即权重相同。 （2）加权型综合质量指数 Wi对应第i个因子的权重系数。应有 。为了突出某些污染严重的环境因子对环境质量的影响，体现出此类因子指数的极值

9、作用，在实践中，产生了兼顾极值作用的加权型综合评价指数方法。如：内梅罗指数及其改进形式： Imax各单因子指数中的最大值；Iave各单因子指数的平均值。（3）环境质量指数分级 环境质量指数通常并不能直接描述环境质量好坏，还需要进一步建立环境质量分级，将所有计算的环境质量指数值通过分级标准进行环境质量的评价。对评价指数的分级，可参考环境质量标准或基准进行。第二节 环境预测与社会经济预测方法一、环境预测（一）环境预测的主要内容（二）环境预测遵循的基本原则（三）预测方法选择与结果分析以上内容参见第三章中关于环境预测的相应内容。二、社会经济发展预测方法 社会经济预测并不是环境预测本身的基本内容，但它们

10、直接影响着环境排放与环境质量预测的结果。（一）人口预测（二）国内生产总值(GDP)预测（三）能耗预测（四）用水预测方法（一）人口预测人口是环境规划的基本参数之一。人口预测包括对未来人口发展各个方面的预算和预报，以及为了消除不利影响提出的措施和决策。由于措施和决策涉及政策制定和社会管理方面，所以一般预测仅限于对人口未来发展趋势的预算和预报。人口预测要考虑人口自然变动的出生率、死亡率和社会变动的迁移率等参数。 城区人口发展因地而异，常见的三种增长模型为： 几何级数增长 算术平均增长 逻辑斯蒂增长几何级数增长（曲线呈指数型）预测模型： Ntt年的人口总数； Nt0 tt0年时，即预测起始年时的人口基

11、数； k 人口增长系数或人口自然增长率。 k（规划期年均出生人数规划期年均死亡人数）/规划期平均人口数 1000 还要关注：社会平均物质生产水平、文化水平、战争与和平状态、人口政策和人口年龄结构等。算术平均增长（曲线呈直线型） 预测模型： 逻辑斯蒂增长（曲线呈S型）预测模型： T城市区域的最大人口容纳量； a取决于N0的参数。（二）国内生产总值(GDP)预测 国家的宏观经济状况可以通过国内生产总值（GDP）、通货膨胀率和失业率等经济指标表示。其中，最重要的是GDP，它可以衡量整体经济状况。 国内生产总值是指一国所有常住单位在一定时期内所生产的最终物质产品和服务的价值总和。计算时不要包括中间产品

12、价值，避免重复计算。 我国GDP预测的常用经验模型： ZGDPtt年GDP值； ZGDP0t0年，即预测起始年的GDP值； aGDP年增长率，。国内生产总值（GDP）和国民生产总值（GNP）相同点：核算社会生产成果和反映宏观经济的总量指标。差异：国内生产总值（GDP）是指一个国家或地区范围内反映所有常住单位生产活动成果的指标。所谓常住单位，是指在一国经济领土内具有经济利益中心的经济单位。所谓生产活动包括三次产业在内的所有行业和部门。在价值形态上它等于国民经济各部门生产的增加值之和。它强调的是创造的增加值，是“生产”的概念。国民生产总值（GNP）是指一个国家或地区范围内的所有常住单位，在一定时期

13、内实际收到的原始收入（指劳动者报酬、生产税净额、固定资产折旧和营业盈余等）总和价值。本国常住者通过在国外投资或到国外工作所获得的收入（称之为从国外得到的要素收入），应计入本国国民生产总值。直观地讲，国民生产总值国内生产总值国外净要素收入。它强调的是获得的原始收入，是“收入”的概念。一般讲，各国的国民生产总值与国内生产总值二者相差数额不大，但如果某国在国外有大量投资和大批劳工的话，则该国的国民生产总值往往会大于国内生产总值。（三）能耗预测 目前普遍使用的能源包括原煤、原油、天然气3项，各种能耗按规定折算成每千克发热量7000 kcal的标准煤。其中，原煤折算系数0.714 kg/m3，原油1.4

14、3 kg/m3，天然气1.33 kg/m3。1. 能耗指标 （1）产品综合能耗单位产值综合能耗总能耗量/产品总产值单位产量综合能耗总能耗量/产品总产量 （2）能源利用率有效利用的能量同供给的能量之比（3）能耗弹性系数 规划期内平均能耗量增长速度与平均经济增长速度之间的对比关系。 e能耗弹性系数； E能耗增长量； E能耗量； G总产值增长量； G总产值。2. 能耗预测方法（1）人均能耗法（用于估算生活用能） 按人民生活中衣食住行对能源的需求来估算生活用能的方法。调查表明：人类维持生存的基本能耗为每年0.4（t/人）；满足基本生活需求的能耗为每年1.21.4（t/人）；适应现代生活的能耗每年超过1

15、.6（t/人）。（2）能耗弹性系数（用于估算工业用能） 能耗增长速度，e； 工业产值增长速度； e能耗弹性系数，是能耗增长速度和工业产值增长速度的比值，一般介于0.41.1之间。（四）用水预测方法1. 用水总量预测 对某一地区用水总量的供需平衡预测： ZGDPt规划期t年国内生产总值，万元/年； Kt用水系数，t万元； Qt规划期t年用水总量，万t/年。2. 生活用水总量预测对生活用水量，可通过人均生活用水定额预测： Q生活用水量； N规划年的人口数； k规划年用水普及率； q用水定额，包括城镇综合用水定额和农村生活用水定额。3. 工业用水总量预测 利用万元工业增加值用水定额，对工业用水量进行

16、预测： Q工业用水量，m3 ； Wi不同行业i在规划年的万元工业增加值取水量，m3/万元； Ai不同行业i在规划年的工业增加值，万元。4. 农业灌溉用水按作物分别进行用水预测，求其和：Q预测年农业灌溉用水量，万t/年 ；Si预测年某种作物i灌溉面积；Ki预测年某种作物i灌溉系数。第三节 大气污染预测方法一、大气污染源源强预测源强：污染物的排放速率。瞬时点源源强：点源一次排放的某污染物总量；连续点源源强：点源单位时间内的某污染物排放量。（一）源强预测的一般模型Qi第i种污染物的源强；Wi燃料的消耗量；i 净化设备对污染物的去除效率；Ki某污染物的排放因子；i污染物的编号。（二）耗煤量预测1. 工

17、业耗煤量预测常用方法：弹性系数法、回归分析法、灰色预测等。根据工业增长率，用弹性系数法计算耗煤量： Et预测年工业耗煤量，t； E0预测起始年的工业耗煤量，t； a工业产值年增长速率（aCE*；CE 是工业耗煤量弹性系数，查资料可获取；为工业总产值年平均增长率，来自国民经济发展规划）； t、t0 分别为预测年和基准年。2. 民用耗煤量预测 Es预测年取暖耗煤量，万t； S预测年取暖面积，m2； As取暖耗煤系数，万t/ m2 。（三）污染物排放量预测1. SO2排放量预测Gso2SO2排放量，t/a；W燃煤量，t/a；煤中的全硫分质量分数，。2. 烟尘排放量预测 G尘烟尘排放量，t/a； W燃

18、煤量，t/a； A煤的灰分，； 除尘效率，； B 烟气中烟尘的质量分数，。 二级除尘 1（11）（12）3. NOx与CO排放量预测 燃煤过程中，NOx与CO排放量，可根据锅炉类型和用途，以及排放系数进行预测。二、大气环境质量预测（一）箱式模型适用于城市家庭炉灶和低矮烟囱分布不均匀的面源。是研究大气污染物排放量和大气环境质量的最简单的模型。箱式方法预测大气污染物浓度的模型为：B大气污染物浓度预测值，mg/m3；Q面源源强，mg/s； L箱的边长，m；u进入箱内的平均风速，m/s；H箱高，即大气混合层高度，m；B0预测区大气环境背景浓度值，mg/m3。（二）高斯扩散模式是适用于预测环境空气质量的

19、常用方法，是在大气污染物浓度分布符合正态分布的情况下导出的。可用来求出下风向任一点的污染物浓度，求取最大落地浓度、地面轴线浓度等。关于高斯扩散模型的几点假设：污染物是被动的，进入大气后即跟随周围的空气作相同的运动； 风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直；污染物浓度在水平、垂直方向符合正态分布；污染物在输送扩散中质量守恒；污染源的源强均匀、连续。 高架点源连续扩散模式： 地面浓度公式： 地面轴线浓度： 地面最大浓度： （三）多源扩散模式需要评价的点源数目多于一个；计算浓度时应将各个源对接受点浓度的贡献进行叠加。（四）线源扩散模式可分为无限长线源和有线长线源扩散模型。平坦地形，一条平直繁忙的公路可

20、以看作无限长线源。当公路有限长时，要考虑边缘效应。（五）面源扩散模式 平原城区排气筒高度不大于40m或排放量小于0.04t/h的排放源可作为面源处理。箱模式后退虚点源模式（六）总悬浮微粒扩散模式 对大气污染物中的颗粒态污染物，应用总悬浮微粒扩散模式。倾斜烟云模式（七）灰色预测模型 GM(1,1)第四节 水污染预测方法一、水污染源预测（一）工业废水排放量预测mt预测年工业废水排放量；m0基准年工业废水排放量；rm工业废水排放量年平均增长率；t 基准年至某水平年的时间间隔。（二）工业污染物排放量预测 mi预测年某污染物排放量，t； Vi预测年工业废水排放量，10-4m3； V0基准年工业废水排放量

21、，10-4m3 ； B0 含某污染物废水工业排放标准或废水中污染物浓度，mg/L；m0基准年某污染物排放量，t。（三）生活污水量预测 qv生活污水排放量，104 m3 /年； A预测年人口，104人； F预测年人均生活污水量，L/（d.人）； 0.365 单位换算系数 。二、水环境质量预测（一）水环境质量预测要点1、确定预测目标：建设工程影响评价；流域治理、制定水质管理规划；水质预测的基本理论研究；等等。2、水质等信息的收集和分析：是水质预测的基础工作，其决定水质预测结果的可靠性。3、建立水质预测模型：进行模拟研究，包括物理模拟（河工模型）和数学模拟。（二）水质基本预测方法1.水质相关法指将水

22、质参数与影响该水质参数的主要因素建立相关关系，以此作为进行水质参数预测的方法。数据资料有限，污染源位置和污染源强不确定时，多采用此法。由于所建立的相关关系中必须忽略一些次要因素，因而使预测精度受到一定限制。常用方法包括：（1）水质流量相关法 根据监测资料建立水质水量相关关系，在有限资料条件下按照流量估算水质。（2）河流、湖泊水质的灰色预测模型灰色系统预测法就是根据过去和现在的信息，通过对原始数据系列进行一定的转换，变成生成列，这个生成列一般可用指数曲线或其它函数逼近，从而建立预测模型，用它进行预测。比如，依据19952010年黄河流域水质，通过灰色预测模型对黄河水质进行分析，然后可对黄河未来1

23、0年的发展趋势作预测分析。 （3）河流、湖泊水质的多元回归分析根据水质与其影响因素之间存在的相关关系，运用回归分析理论和方法，建立基于多元线性回归分析法的水质动态预测模型，再将该模型用于水质的动态预测。比如，可根据历年河水或湖水中污染物浓度实测值和沿河或沿湖地区工农业产值及河流或湖泊的水文资料进行多元回归分析，从而建立河流或湖泊的水质预测模型。2.水质模型法(1) 完全混合的河流水质预测模型适用于相对窄而浅的河流，稳态、均匀排污，污染物难降解，主要用于可溶性盐，悬浮固体预测。(2) 一维河流水质模型用于较宽浅的大中河流，流动稳态，污染物均匀排放，污染物质保守。可用于计算混合区长度和混合区浓度分

24、布。(3) BODDO耦合模型预测一维稳态河流中的污染物变化规律Streeter-Phelps模型； Thomas修正型Dobbins-Camp修正型；OConnor修正型(4) 湖泊水质预测模型适用于预测湖泊中污染物的浓度(5) 湖泊富营养化水质预测模型适用于预测湖泊中氮磷等营养物质浓度分布 第五节 固体废物、噪声污染预测方法一、固体废物污染预测（一）工业固体废物产生量预测1、系数预测法式中：W预测年固体废物排放量，104 t/a； P固体废物排放系数，t/t； S预测的年产品产量，104 t/a。2、回归分析法根据固体废物产生量与产品产量或工业产值的关系，建立一元回归模型：若固体废物产生量

25、受多种因素影响，还可建立多元回归模型进行预测。3、灰色预测法根据历年固体废物产生量序列建立灰色预测模型。（二）城市垃圾产生量预测与工业固体废物预测一样，城市垃圾产生量预测也常采用排放系数预测法、回归分析法和灰色预测法。例如，排放系数预测法： 式中：W生预测年城市垃圾产生总量，104 t/a ； f生排放系数，kg/(人d)；N预测年人口总数，人。（三）固体废物的环境影响预测固体废物对环境的影响是多方面的，一般需要进行模拟实验建立预测模型，再进行相应环境问题的预测。常用的一般方法可采用大气、水环境预测模型，以及因果关系分析法等。二、噪声预测（一）交通噪声预测方法多元回归预测：根据车流量、道路宽度

26、、本底噪声值和交通噪声等效声级之间关系，建立模型。灰色预测方法：根据历年噪声等效声级值，通过原始数据生成处理，建立预测模型。专业评价软件：如德国Datakustic公司编制的CadnaA计算软件，可对公路、铁路以及点声源、面声源等进行预测计算。该软件已通过我国国家环保部环境工程评估中心评审。 （二）环境噪声预测方法多元回归预测：根据车流量、固定噪声源、本底噪声和噪声等效声级之间关系，建立模型。灰色预测方法：根据历年环境噪声值，建立预测模型。对于建筑施工及生产设备噪声的预测通常是用已知的特定距离（r1）和声压级（L1）去求出声源在指定距离（r2）上的声压级（L2） 。另外再考虑额外衰减：物体阻障

27、、大气吸收作用、气候影响等综合作用可使声音进一步削弱。第六节 环境规划的决策分析一、环境决策过程及其特征（一）决策过程决策：就是指为了解决某一行动选择问题而对拟采取的行动所作出的决定。 决策是人类的固有行为之一。战国时代：田忌赛马美国著名经济和管理学家Herbert ASimon：管理就是决策环境规划决策：本着经济、社会和环境协调发展的原则，从几个经过优化的环境规划方案中选择一个作为实施方案。依照系统工程原理，环境规划的决策过程一般包括4个基本程序环节： 找出问题确定目标环境规划目标 拟订备选行动方案环境规划方案生成 比较和选择最佳行动方案狭义的决策 方案的实施即规划的执行实施反馈其中，选择方

28、案（系统评价）体现了决策过程的核心和基本内容。（二）环境规划决策的特征1.非结构化特征结构化决策（程序化决策）：决策条件清楚明白，问题判断逻辑性强；可按照某种固定的程序与方法进行决策。非结构化决策（非程序化决策）：决策条件具有模糊性和不确定性，其中的因果关系不清楚，是一次性的，非例行的决策。环境规划决策属于非结构化或半结构化决策。2.多目标特征环境规划决策不可能只考虑环境保护一个方面，必须要考虑经济社会甚至政治因素，使各个方面协调发展。多目标间存在冲突性/矛盾性、不可公度性（没有统一的度量标准），如何协调、可持续发展是决策的关键之一。3.基于价值观念的特征所谓的“价值”，可泛指规划主体对评价对

29、象所具有的作用、意义的认识和估计。环境规划决策很大程度上取决于决策者的价值观念和价值取向。不同的决策者对环保的重视程度不同、关心范围不同，会有不同的意见，因此需要对不同方案的不同结果进行评价分析，以便决策者作出满意的决策。基于价值评价来对复杂因素进行综合分析，就成为决策活动中的一个显著特征。 根据决策者风险价值观的不同，主要的风险决策方法有：悲观决策法（“小中取大”法，保守法） 又称华尔德决策准则（Wald Decision Criterion）。 决策者从最不利的角度去考虑问题，先选出每个方案在不同自然状态下的最小收益值，然后从这些最小收益值中取最大的，从而确定行动方案。乐观决策法（“大中取

30、大”法，冒险法） 决策者从最有利的角度去考虑问题，先选出每个方案在不同自然状态下的最大收益值，然后从这些大收益值中取最大的，从而确定行动方案。 折衷决策法（乐观系数法，Hurwicz Decision Criterion） 考虑到最好和最差的自然状态均有出现的可能，给最好的自然状态以一个乐观系数(01)，最差的自然状态一个悲观系数1-，然后求各方案的期望收益值，以此比较作出选择。后悔值决策法（“大中取小”法，沙万奇准则） 决策者把不同自然状态下的最大收益值作为理想目标，计算各方案的后悔值，从各方案最大后悔值中取最小者，其对应方案就是最佳方案。 后悔值：各种自然状态下的最大收益值与每个决策方法对应收益值之差。等可能