第三章环境质量评价

地理与环境科学学院第三章 环境质量现状评价1确定评价目标2收集与评价有关的背景资料3环境质量现状监测4背景值的预测5环境质量现状分析6评价结论与对策第一节 环境质量现状评价的基本程序第一节 环境质量现状评价的基本程序目标决定 评价区域的范围、评价参数、评价标准。确定评价目标第一节 环境质量现状评价的基本程序环境污染为主污染源、污染现状调查；生态环境破坏为主人群健康的回顾调查；美学评价为主自然景观资料的收集。资料收集第一节 环境质量现状评价的基本程序根据评价目的，确定监测因子。现状监测第一节 环境质量现状评价的基本程序分析区域主要的污染源及污染物种类数量；对环境质量状况给出总的结论并提出防治对策。分析与评价第二节 环境质量现状评价方法分类环境质量指数法概率统计法模糊数学法生物指标法一般指数类分级指数类方法分类细目逻辑概念因子特点模糊定权法模糊定级法模糊聚类发环境质量是确定的、可推理的。环境质量是随机变化的。等级与变化的界限是模糊的。生物与它生存的环境是统一整体；生物对其生活环境变化敏感（1）理化指标（2）民意测验或专家咨询得到评分值（1）理化指标（2）民意测验或专家咨询得到评分值（1）理化指标（2）民意测验或专家咨询得到评分值（1）生物的生理反应指标（2）环境中生物的种、群变化指示生物法生物指数法其他互相渗透，综合运用互相渗透，综合运用n 指数评价法第三节 环境质量现状评价技术方法 环境质量是各个环境要素优劣的综合概念。衡量环境质量优劣的因素很多，通常用环境中污染物质的含量来表达。环境质量指数就是这样一个有代表性的数，是质量好坏的表征，既可以表示单因子的，也可以表示多因子的环境质量状况。指数评价法是最早用于环境质量评价的一种方法。近十几年来，这一方法在环境质量评价中得到了广泛的应用，并有了很大的发展。根据不同评价目的的需要，环境质量指数可以设计为随环境质量提高而递增，也可设计为随污染程度的提高而递增。p 单因子指数 假设只有一种污染物作用与环境因素的情况下，其环境质量指数的公式可以写成：Si指该评价因子的评价标准；Ci 评价因子在环境中的观测值。iiiSCP P是无量纲数，表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度，即超标倍数。P值越大，环境质量越差p 多因子指数 任何一个具体的环境质量问题都不是单一污染物的问题，若某一环境因素中有多种污染物，且这些污染物之间并没有明显的激发或抑制作用，则环境质量指数为niiinniSCSCSCSCP12211均值型多因子环境质量指数nniiiSCnP11 若考虑各环境因素在某一环境中所占的比例不相等，需根据各环境要素在环境系统中各自与人类行为发生关系时所占的比列来确定其权重 计权型多因子环境质量指数iinniiSCwP1 总环境质量指数 Wi相应分类指数Ij的加权系数；n分类参数的个数；m系数。mnjiiEQImIW/11)(P1 环境质量不能满足评价标准的要求 P=1 临界状态 P300 V 重度污染 健康人群明显强烈症状,提前出现某些疾病 空气污染指数分级标准(试行)（2000年4月27日发布）空气质量描述 空气质量等级 API 二氧化硫浓度 可吸入颗粒物 严重污染 V500 2620 400 2100 中度污染 IV 300 1600 轻度污染 III200 250 350 良 II 100 150 150 优 I50 50 50 二氧化硫和可吸入颗粒物的 API 分级标准。（g/NM3）2122一、模糊现象与模糊数学基础二、模糊综合评判法的主要步骤三、模糊综合评判法的主要算子四、模糊综合评判法实例23一、模糊现象与模糊数学基础24模糊数学绪论模糊数学绪论用数学的眼光看世界，可把我们身边的现象划分为：用数学的眼光看世界，可把我们身边的现象划分为：1.确定性现象：物质的汽化、冷凝，运动的速率，这种现象确定性现象：物质的汽化、冷凝，运动的速率，这种现象的规律性靠经典数学去刻画；的规律性靠经典数学去刻画；2.随机现象：某种事物的分布，故障发生的概率，这种现象随机现象：某种事物的分布，故障发生的概率，这种现象的规律性靠概率统计去刻画的规律性靠概率统计去刻画;3.模糊现象：年轻、重、热、美、厚、薄、快、慢、大、小、模糊现象：年轻、重、热、美、厚、薄、快、慢、大、小、高、低、长、短、贵、贱、强、弱，靠模糊数学去刻画。高、低、长、短、贵、贱、强、弱，靠模糊数学去刻画。模糊现象的共同特点：外延不清晰模糊现象的共同特点：外延不清晰25产生产生1965年，年，L.A.Zadeh（扎德）（扎德）发表了文章发表了文章模糊集模糊集 (Fuzzy Sets，Information and Control,8,338-353)基本思想基本思想用属于程度（隶属度）代替属于或不属于。用属于程度（隶属度）代替属于或不属于。如某员工属于优秀的程度为如某员工属于优秀的程度为0.6,属于良好的程度属于良好的程度为为0.2，属于一般的程度为，属于一般的程度为0.1，属于较差的程度，属于较差的程度为为0.1。模糊数学绪论模糊数学绪论26模糊代数，模糊拓扑，模糊逻辑，模糊分析，模糊代数，模糊拓扑，模糊逻辑，模糊分析，模糊概率，模糊图论，模糊优化等模糊数学分支模糊概率，模糊图论，模糊优化等模糊数学分支 涉及学科涉及学科分类、识别、评判、预测、控制、排序、选择；分类、识别、评判、预测、控制、排序、选择；人工智能、信息控制、聚类分析、专家系统、人工智能、信息控制、聚类分析、专家系统、综合评判等综合评判等模糊数学绪论模糊数学绪论 应用领域应用领域27二、模糊综合评判法的主要步骤2829模糊综合评判的步骤30【引例】科研成果评价假设评价科研成果，评价指标集合 U=u1，u2，u3 =学术水平，社会效益，经济效益，其各因素权重设为 4.0,3.0,3.0A 31 确定评语集为V=VV=V1 1 ，V V2 2，V V3 3，V V4 4 =很好，好，一般，差 请该领域专家若干位，分别对此项成果每一因素进行单因素评价，例如对学术水平，有50%50%的专家认为“很好”，30%30%的专家认为“好”，20%20%的专家认为“一般”。由此得出学术水平的单因素评价结果为 0,2.0,3.0,5.01 R 2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0321RRRR全部因素的评价结果为全部因素的评价结果为32综合评价为 其中“”为模糊算子 mnmmnnmrrrrrrrrraaaR21222211121121,AB 2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.00.4 0.3 0.333三、模糊综合评判法的主要算子34 表示取大表示取大 四个主要的模糊算子(1)算子 表示取小表示取小),(M nkrarajkjmjjkjmjk,2,1,minmax)(B11 )4.03.03.0(2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 2.03.03.03.0 35(2)算子算子),(M)4.03.03.0(2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 nkrarajkjmjjkjmjk,2,1,max)(B11 08.012.012.015.0 表示相乘表示相乘36 表示相加表示相加(3)4.03.03.0(2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 3.07.08.08.0),(M nkramjjkjk,2,1,minB1 37(4)4.03.03.0(2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 11.072.029.032.0),(Mnkramjjkjk,2,1,B1 38以上四个算子在综合评价中的特点是39四、模糊综合评判法实例40414243比如用户关心电脑的以下几个指标：比如用户关心电脑的以下几个指标：“运算功能（数值、图形等）运算功能（数值、图形等）”；“存储容量（内、外存）存储容量（内、外存）”；“运行速度（运行速度（CPUCPU、主板等）、主板等）”；“外设配置（网卡、调制调解器、多媒体部件等）外设配置（网卡、调制调解器、多媒体部件等）”；“价格价格”。【例例2】用户对电脑的综合评判用户对电脑的综合评判441u=“运算功能（数值、图形等）运算功能（数值、图形等）”；2u=“存储容量（内、外存）存储容量（内、外存）”；3u=“运行速度（运行速度（CPU、主板等）、主板等）”；4u=“外设配置（网卡、调制调解器、多媒体部件等）外设配置（网卡、调制调解器、多媒体部件等）”；5u=“价格价格”。,54321uuuuuU 则则构成指标集或因素集。构成指标集或因素集。对各指标分别表示如下：对各指标分别表示如下：45评语集评语集,4321vvvvV 其中其中1v=“很受欢迎很受欢迎”；2v=“较受欢迎较受欢迎”；3v=“不太受欢迎不太受欢迎”；=“不受欢迎不受欢迎”；4v对于某个型号的电脑，请一些用户对各因素进行评价：对于某个型号的电脑，请一些用户对各因素进行评价：若对于运算功能若对于运算功能 有有20%的人认为是的人认为是“很受欢迎很受欢迎”，50%的人认为的人认为“较受欢迎较受欢迎”，30%的人认为的人认为“不太受欢迎不太受欢迎”，没有没有人认为人认为“不受欢迎不受欢迎”，则，则 的单因素评价向量为的单因素评价向量为,1u1u)0,3.0,5.0,2.0(1R46同理，对存储容量同理，对存储容量 ，运行速度，运行速度 ，外设配置，外设配置 和价格和价格2u3u4u分别作出单因素评价，得分别作出单因素评价，得5u)1.0,5.0,3.0,1.0(2R)1.0,5.0,4.0,0(3R)3.0,6.0,1.0,0(4R组合成评判矩阵组合成评判矩阵4,R3,R2,R1,R5(0.5,0.3,0.2,0.0)R 5RR47 0.02.03.05.03.06.01.00.01.05.04.00.01.05.03.01.00.03.05.02.0R据调查，近来用户对微机的要求是：工作速度快，外设配据调查，近来用户对微机的要求是：工作速度快，外设配置较齐全，价格便宜，而对运算和存储量则要求不高。于置较齐全，价格便宜，而对运算和存储量则要求不高。于是得各因素的权重分配向量：是得各因素的权重分配向量：(0.1,0.1,0.3,0.15,0.35)A 作模糊变换：作模糊变换：存储容量 运行速度 外设配置 价格运算功能 48BA R(0.1 0.1 0.3 0.15 0.35)0.02.03.05.03.06.01.00.01.05.04.00.01.05.03.01.00.03.05.02.0(0.10.2)(0.10.1)(0.30.0)(0.150.0)(0.350.5),(0.10.5)(0.10.3)(0.30.4)(0.150.1)(0.350.3),(0.10.3)(0.10.5)(0.30.5)(0.150.6)(0.350.2),(0.10.0)(0.10.1)(0.30.1)(0.150.3)(0.350.0)(0.10.10.00.00.35,0.10.10.30.10.3,0.10.10.30.150.2,0.00.10.10.150.0)15.0,3.0,3.0,35.0(计计算算如如下下：用用算算子子),(M49若进一步将结果归一化得：若进一步将结果归一化得：)14.0,27.0,27.0,32.0(B结果表明，用户对这种微机表现为结果表明，用户对这种微机表现为“最受欢迎最受欢迎”的程度为的程度为0.32，“较受欢迎较受欢迎”和和“不太受欢迎不太受欢迎”的程度为的程度为0.27，“不不受欢受欢迎迎”的程度为的程度为0.14。按最大隶属原则，结论是：按最大隶属原则，结论是：“很受欢迎很受欢迎”。50【例例3 3】学生答辩成绩的评定学生答辩成绩的评定学生姓名：学生姓名：班级：班级：所学专业：所学专业：指导教师：指导教师：评价项目（权重）评价项目（权重）优优（100）良良(85)中（中（70）差（差（55）1.调查论证（调查论证（0.10）独立查阅文献调研独立查阅文献调研 正确翻译外文资料正确翻译外文资料 提出和提出和 较好论述课题方案较好论述课题方案 收集整理信息获取知识能收集整理信息获取知识能力力90.36140.5620.0800.002.方案设计与技能方案设计与技能(0.10)正确提出设计和实验方案正确提出设计和实验方案 独立设计或实验设独立设计或实验设 备安装、调试和操作备安装、调试和操作 30.12140.5670.2810.043.分析解决问题能力分析解决问题能力(0.15)运用所学知识和技能发现与解决实际问题运用所学知识和技能发现与解决实际问题 正正 确处理实验数据确处理实验数据 对课题进行论证分析得出结对课题进行论证分析得出结论论50.20150.6050.2000.004.纪律、工作态度和工作量（纪律、工作态度和工作量（0.10）按期完成规定任务按期完成规定任务 工作量饱满工作量饱满 难度大难度大 工作工作努努 力力 遵守纪律遵守纪律 工作作风严谨扎实工作作风严谨扎实10.04100.40110.4430.12评价结果评价结果(票数票数/隶属度隶属度)评价等级评价等级515.论文质量（论文质量（0.10）综述简练完整综述简练完整 有见解有见解 理论正确理论正确 论述充分论述充分 结论严谨合理结论严谨合理 实验正确实验正确 分析处理问题科学分析处理问题科学 文字通顺文字通顺 用语准确用语准确 符号图表符号图表规范规范20.08110.44120.4800.006.有无创新有无创新（0.10）工作有无创新意识工作有无创新意识 对前人有改进和突破或有独到对前人有改进和突破或有独到 见解见解50.20140.5660.2400.007.讲解内容讲解内容(0.10)思路清晰思路清晰 语言表达准确语言表达准确 概念清楚概念清楚 论点正确论点正确 实验实验 方法科学方法科学 分析归纳合理分析归纳合理 结论严谨结论严谨 设计有应用价值设计有应用价值40.1660.24130.5220.088.仪容仪表及其它仪容仪表及其它(0.10)仪容整洁端庄仪容整洁端庄 衣着得体大方衣着得体大方 尊重师长谦虚有礼尊重师长谦虚有礼 有较好的风度气质有较好的风度气质30.1280.32120.4820.089.回答问题（回答问题（0.15）回答问题有理有据回答问题有理有据 基本概念清楚基本概念清楚 主要问题回答准主要问题回答准 确确 逻辑性强逻辑性强 态度谦虚得体态度谦虚得体50.20120.4860.2420.08综合评价结果综合评价结果综合隶属度综合隶属度0.1680.4700.3180.044综合得分综合得分81.4352【例【例4】对科技成果项目的综合评价】对科技成果项目的综合评价 有甲、乙、丙三项科研成果，现要从中有甲、乙、丙三项科研成果，现要从中评选出优秀项目。评选出优秀项目。53设评价指标集合：设评价指标集合：U U科技水平，实现可能性，经济效益科技水平，实现可能性，经济效益评语集合：评语集合：V V高，中，低高，中，低评价指标权系数向量：评价指标权系数向量：A A（0.20.2，0.30.3，0.50.5）54专家评价结果表专家评价结果表 1.06.03.07.02.01.01.02.07.0R1 03.07.00011.06.03.0R2 6.03.01.00015.04.01.03R由上表，可得甲、乙、丙三个项目各自的评价矩阵由上表，可得甲、乙、丙三个项目各自的评价矩阵R1R1、R2R2、R3R3：55计计算算如如下下：用用加加权权算算子子),(M 0.28 0.40 0.321.06.03.07.02.01.01.02.07.00.5 0.3 0.2ARB11 0.02 0.27 0.7103.07.00011.06.03.00.5 0.3 0.2ARB22 0.40 0.23 0.376.03.01.00015.04.01.00.5 0.3 0.2AB33 R评价某市环境质量 评价因素集B=大气，地表水，昼间噪音 整体环境划分为5个等级Y=清洁，尚清洁，轻污染，中污染，重污染 大气环境因子集b=总悬浮微粒，二氧化硫，氮氧化物，降尘 地表水的环境因子集b=溶解氧，BOD5，COD，挥发酚，石油类，总铅，总锌 噪音因子集b=特殊住宅区，居民区，文教区，一类混合区，二类混合区，工业集中区，交通干线两侧 单因素评价环境质量分级表见书本P41，表3-4 隶属函数的确定参照书本P42因子隶属度监测结果统计均值Ci权重=Ci/Si归一化权重aiTSP0010.612.030.369SO2000.60.40.221.470.266NOX10000.0670.3350.06可吸入颗粒物00010.251.6670.303)369.0267.000061.0()1303.0()0061.0()40.0267.0()1369.0()0303.0()0061.0()60.0267.0()0369.0()0303.0()0061.0()0267.0()0369.0()0303.0()0061.0()0267.0()0369.0()0303.0()1061.0()0267.0()0369.0(10000000014.06.000010000)303.0,061.0,267.0,369.0()(41大气ijiiIram）0.5290.383000.088（大气Im经归一化处理后，得 显然，在大气因子集中，V类的隶属度最大。生物指标法 指示生物法是指根据对环境中有机污染或某种特定污染物质敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在水体或河段污染状况的方法。选作指示种的生物是生命期较长比较固定生活于某处的生物，可在较长时期内反映所在环境的综合影响。静水中指示生物主要为底栖动物或浮游生物，流水中主要用底栖动物或着生生物，鱼类也可作为指示生物，大型无脊椎动物是应用最多的指示生物。用简单的数值表示群落内种类多样性的程度，用来判断群落或生态系统的稳定性指标。在清洁或良好环境中，生物种类多样，数量较少；在环境恶化或污染条件下，敏感种类消失，耐污种类发展，种类单纯，但数量可能很大。多样性指数可用来表示环境质量的变化。其优点是对物种名称鉴定要求不严格，应用比较方便。常用的多样性指数有以下几种：丰富度指数、辛普森多样性指数、香农多样性指数。在水质评价中上述指标多用于无脊椎动物，也可用于藻类和周丛生物。NnNndiii12logd 种类多样性指数；N 单位面积样品中收集到的各类生物的总个数；ni 单位面积样品中第i种生物的个数；S 收集到的生物种类数。污染状况d值3.0 清洁演讲完毕，谢谢观看！