水环境保护资料课件

水环境现状调查与评价水环境现状调查与评价水污染现状调查水污染现状调查调查范围调查内容调查时间结果分析调查范围调查内容调查时间结果分析水环境现状监测水环境现状监测采样方法数据处理采样方法数据处理水环境质量评价水环境质量评价单因子评价方法综合评价方法单因子评价方法综合评价方法主要内容主要内容污染源调查与评价污染源调查与评价污染源的概念污染源的概念凡对水环境质量可以造成影响的物质和能量输入的来源，凡对水环境质量可以造成影响的物质和能量输入的来源，统称污染源；输入的物质和能量，称为污染物或污染因子。统称污染源；输入的物质和能量，称为污染物或污染因子。调查范围调查范围水环境调查范围应包括受建设项目影响较显著的地表水区域，水环境调查范围应包括受建设项目影响较显著的地表水区域，在此区域内进行的调查，要能够说明地表水环境的基本状况，在此区域内进行的调查，要能够说明地表水环境的基本状况，并能充分满足环境影响预测的要求。并能充分满足环境影响预测的要求。污染源调查与评价污染源调查与评价关于调查范围需说明的两点关于调查范围需说明的两点(1)(1)在确定某具体建设开发项目的地表水环境现状调在确定某具体建设开发项目的地表水环境现状调查范围时，应尽量按照将来达标排放的污染物进入水体后查范围时，应尽量按照将来达标排放的污染物进入水体后可能的达到水域功能应执行水质标准的范围，并考虑评价可能的达到水域功能应执行水质标准的范围，并考虑评价等级的高低等级的高低(评价等级高时调查范围取偏大值，反之取偏小评价等级高时调查范围取偏大值，反之取偏小值值)后决定。后决定。(2)(2)当拟定评价范围下界附近有敏感区当拟定评价范围下界附近有敏感区(如水源地、自如水源地、自然保护区等然保护区等)时，调查范围应考虑延长到敏感区上游边界，时，调查范围应考虑延长到敏感区上游边界，以满足预测敏感区所受影响的需要。以满足预测敏感区所受影响的需要。污染源调查与评价污染源调查与评价调查时间调查时间(1)(1)根据当地水文资料初步确定河流、湖泊、水库的丰水根据当地水文资料初步确定河流、湖泊、水库的丰水期、平水期、枯水期，同时确定最能代表这三个时期的季节期、平水期、枯水期，同时确定最能代表这三个时期的季节或月份。遇气候异常年份，要根据流量实际变化情况确定。或月份。遇气候异常年份，要根据流量实际变化情况确定。对有水库调节的河流，要注意水库放水或不施水时候量的变对有水库调节的河流，要注意水库放水或不施水时候量的变化。化。(2)(2)评价等级不同，对调查时间的要求亦有所不同。评价等级不同，对调查时间的要求亦有所不同。(3)(3)当被调查的范围内面源污染严重，丰水期水质劣于枯当被调查的范围内面源污染严重，丰水期水质劣于枯水期时，一、二级评价的各类水域须调查丰水期，若时间允水期时，一、二级评价的各类水域须调查丰水期，若时间允许，三级评价也应调查丰水期。许，三级评价也应调查丰水期。(4)(4)冰封期较长的水域，且作为生活饮用水、食品加工用冰封期较长的水域，且作为生活饮用水、食品加工用水的水源或渔业用水时，应调查冰封期的水质状况和环境水水的水源或渔业用水时，应调查冰封期的水质状况和环境水文条件。文条件。调查时间调查时间水域水域一级一级二级二级三级三级河流河流一般情况为一个水文一般情况为一个水文年的丰水期、平水期、枯水年的丰水期、平水期、枯水期；若评价时间不够，至少期；若评价时间不够，至少应调查平水期和枯水期应调查平水期和枯水期条件许可，可调查一个条件许可，可调查一个水文年的丰水期、枯水期水文年的丰水期、枯水期和平水期；一般情况可只和平水期；一般情况可只调查枯水期和平水期；若调查枯水期和平水期；若评价时间不够，可只调查评价时间不够，可只调查枯水期枯水期一般情况一般情况下，可只在下，可只在枯水期调查枯水期调查河口河口一般情况为一个潮汐一般情况为一个潮汐年的丰水期、平水期、枯水年的丰水期、平水期、枯水期；若评价时间不够，至少期；若评价时间不够，至少应调查平水期和枯水期应调查平水期和枯水期一般情况可只调查枯一般情况可只调查枯水期和平水期；若评价时水期和平水期；若评价时间不够，可只调查枯水期间不够，可只调查枯水期一般情一般情况下，可只况下，可只在枯水期调在枯水期调查查湖泊湖泊（水库）（水库）一般情况为一个水文一般情况为一个水文年的丰水期、平水期、枯水年的丰水期、平水期、枯水期；若评价时间不够，至少期；若评价时间不够，至少应调查平水期和枯水期应调查平水期和枯水期一般情况可只调查枯一般情况可只调查枯水期和平水期；若评价时水期和平水期；若评价时间不够，可只调查枯水期间不够，可只调查枯水期一般情一般情况下，可只况下，可只在枯水期调在枯水期调查查污染源调查与评价污染源调查与评价污水排放量污水排放量（m3/d）河河河河 流流流流（指排污口下游调查的河段长度）（指排污口下游调查的河段长度）（指排污口下游调查的河段长度）（指排污口下游调查的河段长度）(kn)(kn)湖湖湖湖 泊泊泊泊(以排污口为圆心、以调查半以排污口为圆心、以调查半以排污口为圆心、以调查半以排污口为圆心、以调查半径的半圆面积径的半圆面积径的半圆面积径的半圆面积)大大大大 河河河河 (150m(150m3 3/s)/s)中中中中 河河河河(15-150m(15-150m3 3/s)/s)小小小小 河河河河 15m50,00050,0001010303020204040303050504 47 72525808050,00050,00020,00020,0001010202015153030242440402.52.54 41010252520,00020,00010,00010,0005 5101010102020151530301.51.52.52.53.53.5101010,00010,0005,0005,0002 25 55 51010101025251 11.51.52 22.52.5 5,000 5,000 3 3 5 55 515151122污染源调查与评价污染源调查与评价调查内容污染源调查调查内容污染源调查(1)(1)点源点源污染源调查与评价污染源调查与评价点源的排放特点。主要包括排放形式（分散还是集中排点源的排放特点。主要包括排放形式（分散还是集中排放）；排放口的平面位置放）；排放口的平面位置(附污染源平面位置图附污染源平面位置图)及排放方式；及排放方式；排放口在断面上的位置。排放口在断面上的位置。排放数据。根据现有实测数据，统计报表以及各厂矿的排放数据。根据现有实测数据，统计报表以及各厂矿的工艺路线等选定的主要水质参数，调查其现有的排放量、排工艺路线等选定的主要水质参数，调查其现有的排放量、排放速度、排放浓度及变化情况等方面的数据。放速度、排放浓度及变化情况等方面的数据。用排水状况。主要调查取水量、用水量、循环水量、排用排水状况。主要调查取水量、用水量、循环水量、排水总量等。水总量等。废水、污水处理状况主要调查各排污单位废污水的处理废水、污水处理状况主要调查各排污单位废污水的处理设备、处理效率、处理水量及事故状况等。设备、处理效率、处理水量及事故状况等。调查内容污染源调查调查内容污染源调查(1)(1)非点源非点源a.a.工业类非点源污染源。工业类非点源污染源。原料、燃料、废料、废弃物的堆放位置原料、燃料、废料、废弃物的堆放位置(主要污染源要绘主要污染源要绘制污染源平面位置图制污染源平面位置图)、堆放面积、堆放形式、堆放面积、堆放形式(几何形状、堆几何形状、堆放厚度放厚度)、堆放点的地面铺装及其保洁程度、堆放物的遮盖方、堆放点的地面铺装及其保洁程度、堆放物的遮盖方式等；排放方式、排放去向与处理情况，说明非点源污染物式等；排放方式、排放去向与处理情况，说明非点源污染物是有组织的汇集还是无组织的漫流；是集中后直接排放还是是有组织的汇集还是无组织的漫流；是集中后直接排放还是处理后排放；是单独排放还是与生产废水或生活污水合并排处理后排放；是单独排放还是与生产废水或生活污水合并排放等；根据现有实测数据、统计报表以及根据引起非点源污放等；根据现有实测数据、统计报表以及根据引起非点源污染的原料、燃料、废料、废弃物的成分及物理、化学、生物染的原料、燃料、废料、废弃物的成分及物理、化学、生物化学性质选定调查的主要水质参数，并调查有关排放季节、化学性质选定调查的主要水质参数，并调查有关排放季节、排放时期、排放浓度及其变化等方面的数据。排放时期、排放浓度及其变化等方面的数据。污染源调查与评价污染源调查与评价调查内容污染源调查调查内容污染源调查(1)(1)非点源非点源b.b.其他非点污染源。其他非点污染源。对于山林、草原、农地非点污染源，应调查有机肥、化对于山林、草原、农地非点污染源，应调查有机肥、化肥、农药的施用量，以及流失率、流失规律、不同季节的流肥、农药的施用量，以及流失率、流失规律、不同季节的流失量等。对于城市非点源污染，应调查雨水径流特点，初期失量等。对于城市非点源污染，应调查雨水径流特点，初期城市暴雨径流的污染物数量。城市暴雨径流的污染物数量。对搜集到的和实测的污染源资料进行检查，找出相互矛对搜集到的和实测的污染源资料进行检查，找出相互矛盾和错误之处，并予以更正。资料中的缺漏应尽量填补。将盾和错误之处，并予以更正。资料中的缺漏应尽量填补。将这些资料按污染源排入地表水的顺序及水质参数的种类列成这些资料按污染源排入地表水的顺序及水质参数的种类列成表格，找受纳水体的主要污染源和主要污染物。表格，找受纳水体的主要污染源和主要污染物。污染源调查与评价污染源调查与评价调查内容环境水文条件调查调查内容环境水文条件调查(1)(1)河流河流 根据评价等级与河流的规模决定工作内容，其中根据评价等级与河流的规模决定工作内容，其中主要有：主要有：丰水期、平水期、枯水期的划分；河流平直及弯曲；横断丰水期、平水期、枯水期的划分；河流平直及弯曲；横断面、纵断面（坡度）、水位、水深、河宽、流量、流速及其面、纵断面（坡度）、水位、水深、河宽、流量、流速及其分布、水温、糙率及泥沙含量等；丰水期有无分流漫滩，枯分布、水温、糙率及泥沙含量等；丰水期有无分流漫滩，枯水期有无浅滩、沙洲和断流；北方河流还应了解结冰、封冻、水期有无浅滩、沙洲和断流；北方河流还应了解结冰、封冻、解冻等现象。如采用数学模式预测时，其具体调查内容应根解冻等现象。如采用数学模式预测时，其具体调查内容应根据评价等级及河流规模，按照水质预测模式及参数的需要决据评价等级及河流规模，按照水质预测模式及参数的需要决定。河网地区应调查各河段流向、流速、流量的关系，了解定。河网地区应调查各河段流向、流速、流量的关系，了解它们的变化特点。它们的变化特点。污染源调查与评价污染源调查与评价调查内容环境水文条件调查调查内容环境水文条件调查 (2)(2)感潮河段感潮河段 根据评价等级及河流的规模决定工作内容，其中除与河流根据评价等级及河流的规模决定工作内容，其中除与河流相同的内容外，还有感潮河段的范围，涨潮、落潮及平潮时相同的内容外，还有感潮河段的范围，涨潮、落潮及平潮时的水位、水深、流向、流速及其分布；横断面、水面坡度的的水位、水深、流向、流速及其分布；横断面、水面坡度的河潮间隙、潮差和历时等。如采用数学模式预测时，其具体河潮间隙、潮差和历时等。如采用数学模式预测时，其具体调查内容应根据评价等级及河流规模按照模式及参数的需要调查内容应根据评价等级及河流规模按照模式及参数的需要决定。决定。污染源调查与评价污染源调查与评价调查内容环境水文条件调查调查内容环境水文条件调查 (3)(3)湖泊、水库湖泊、水库 根据评价等级与湖泊和水库的规模决定根据评价等级与湖泊和水库的规模决定工作内容，其中主要有：工作内容，其中主要有：湖泊、水库的面积和形状，应附有平面图；丰水期、平水湖泊、水库的面积和形状，应附有平面图；丰水期、平水期、枯水期的划分；流入、流出的水量；停留时间；水量的期、枯水期的划分；流入、流出的水量；停留时间；水量的调度和贮量；水深；水温分层情况及水流状况调度和贮量；水深；水温分层情况及水流状况(湖流的流向和湖流的流向和流速，环流和流向、流速及稳定时间流速，环流和流向、流速及稳定时间)等。如采用数学模式预等。如采用数学模式预测时，其具体调查内容应根据评价等级及湖泊、水库的规模，测时，其具体调查内容应根据评价等级及湖泊、水库的规模，按照水质预测模式及参数的需要来决定。按照水质预测模式及参数的需要来决定。(4)(4)降雨调查降雨调查 需要预测建设项目的面源污染时，应调查需要预测建设项目的面源污染时，应调查历年的降雨资料，并根据预测的需要对资料进行统计分析。历年的降雨资料，并根据预测的需要对资料进行统计分析。污染源调查与评价污染源调查与评价污染源评价污染源评价 评价方法等标污染负荷法污染源调查与评价污染源调查与评价(5)确定某污染源的污染负荷比：确定某污染源的污染负荷比：(1)确定某污染物的等标污染负荷：确定某污染物的等标污染负荷：(2)确定某污染源总的等标污染负荷：确定某污染源总的等标污染负荷：(2)确定某污染源总的等标污染负荷：确定某污染源总的等标污染负荷：(3)确定所有污染源某污染物的等标污染负荷：确定所有污染源某污染物的等标污染负荷：(4)确定某污染源某污染物的污染负荷比：确定某污染源某污染物的污染负荷比：污染源评价污染源评价污染源调查与评价污染源调查与评价 采用等标污染负荷法，可以确定主要污染物，但容但容易造成一些毒性大，在环境中易于积累的污染物不能列入易造成一些毒性大，在环境中易于积累的污染物不能列入主要污染物，主要污染物，但这些污染物又必须要进行控制，因此通过计算确定主要污染物后，还要全面考虑和分析，确定主要污染源和污染物。水质因子选择水质因子选择 水质监测水质监测 需要调查的水质因子有三类，一类是常规水质因子，它能反映水域水质的一般状况；另一类是特征水质因子，它们能代表建设项目将来排放污水的水质特征。在某些情况下，还需调查一些其它方面的因子。(1)常规水质因子 以(GB38382002)中所列的pH值、溶解氧、高锰酸钾指数或化学耗氧量、五日生化需氧量、氨氮、酚、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总磷及水温为基础，根据水域类别、评价等级及污染源状况适当增减。水质因子选择水质因子选择 水质监测水质监测(2)特殊水质因子根据建设项目特点、水域类别及评价等级以及建设项目所属行业的特征水质因子表进行选择，具体情况可以适当删减。(3)其他方面的因子被调查水域的环境质量要求较高(如自然保护区、饮用水源地、珍稀水生生物保护区、经济鱼类养殖区等)，且评价等级为一、二级，应考虑调查水生生物和底质。其调查项目可根据具体工作要求确定，或从下列项目中选择部分内容：水生生物方面主要调查浮游动植物、藻类、底栖无脊椎动物的种类和数量、水生生物群落结构、珍稀受保护的鱼类等；底质方面主要调查与建设项目排水水质有关的易沉降积累的污染物。序号建 设 项 目水 质 参 数6焦化及煤制气COD、BOD5、水温、悬浮物、硫化物、挥发性酚、氰化物、石油类、氨氮、苯类、多环芳烃、砷、溶解氧、BaP7煤矿pH、COD、BOD5、溶液解氧、水温、砷、悬浮物、硫化物8石油开发与炼制pH、COD、BOD5、溶解氧、悬浮物、硫化物、水温、挥发性酚、氰化物、石油类、苯类、多环芳烃11化肥、农药pH、COD、BOD5、水温、悬浮物、硫化物、氟化物、挥发性酚、氰化物、砷、氨氮、磷酸盐、有机氯、有机磷12食品工业COD、BOD5、悬浮物、pH、溶解氧、挥发性酚、大肠杆菌数13染料、颜料及油漆pH（式酸、碱度）、COD、BOD5、悬浮物、挥发性酚、硫化物、氰化物、砷、铅、镉、锌、汞、六价铬、石油类、苯胺类、苯类、硝基苯类、水温14制药pH（式酸、碱度）、COD、BOD5、悬浮物、石油类、硝基苯类、硝基酚类、水温15橡胶、塑料及化纤pH（式酸、碱度）、COD、BOD5、水温、石油类、硫化物、氰化物、砷、铜、铅、锌、汞、六价铬、悬浮物、苯类、有机氯、多环芳烃、BaP16有机原料、合成脂及酸及其它有机化工pH（或酸、碱度）COD、BOD5、悬浮物、挥发性酚、氰化物、苯类、硝基苯类、有机氯、石油类、锰、油脂类、硫化物21玻璃、玻璃纤维及陶瓷制品pH、COD、悬浮物、水温、挥发性酚、氰化物、砷、铅、镉22电子、仪器、仪表ph（或酸度）、COD、BOD5、水温、苯类、氰化物、六价铬、铜、锌、镍、镉、铅、汞23人造板、木材加工pH（或酸、碱度）、COD、BOD5、悬浮物、水温、挥发性酚、木质素24皮革及到革加工pH、COD、BOD5、水温、悬浮物、硫化物、氯化物、总铬、六价铬、色度25 肉食加工、发酵、酿造、味精pH、BOD5、COD、悬浮物、水温、氨氮、磷酸盐、大肠杆菌数、含盐量26制糖pH（或碱度）、COD、BOD5、悬浮物、水温、硫化物、大肠杆菌数27合成洗涤剂pH、COD、BOD5、油、苯类、表面活性剂、悬浮物、水温、溶解氧采样方法河流采样方法河流 (1)采样断面设置一般情况下需布设对照、控制、消(削)减三种类型的断面。应在调查范围的两端、调查范围内重点保护水域及重点保护对调查范围的两端、调查范围内重点保护水域及重点保护对象附近的水域、水文特征突然变化处象附近的水域、水文特征突然变化处(如支流汇入处等如支流汇入处等)、水质、水质急剧变化处急剧变化处(如污水排入处等如污水排入处等)、重点水工构筑物、重点水工构筑物(如取水口、如取水口、桥梁涵洞桥梁涵洞)等附近、水文站附近等应布设取样断面等附近、水文站附近等应布设取样断面。还应重点考虑拟进行水质预测的需要。在建设项目拟建排污口上游500m处应设置一个对照断面。水质监测水质监测对对照照断断面面控控制制断断面面削削减减断断面面500m1500m控控制制断断面面河流监测断面设置河流监测断面设置AABBCCDDEEFF河流监测断面设置示意图河流监测断面设置示意图A-A、BB对照断面对照断面F-F削减断面削减断面C-C、D-D、E-E控制断面控制断面污染源污染源排污口排污口水流方向水流方向自来水取水口自来水取水口采样方法河流采样方法河流 (2)取样垂线的确定水质监测水质监测小河：在取样断面的主流线上设一条取样垂线。1500m等间距设置采样垂线确定采样垂线确定采样方法河流采样方法河流 (3)(3)垂线上采样点的确定垂线上采样点的确定在一条垂线上，水深大于在一条垂线上，水深大于5m5m，在水面下，在水面下0.5m0.5m处及在距河处及在距河底底0.5m0.5m处，各设一个取样点；水深为处，各设一个取样点；水深为1 15m5m时，只在水面下时，只在水面下0.5m0.5m处设一个取样点；在水深不足处设一个取样点；在水深不足1m1m时，取样点距水面不应时，取样点距水面不应小于小于0.3m0.3m，距河底也不应小于，距河底也不应小于0.3m0.3m。对于三级评价的小河，。对于三级评价的小河，不论河水深浅，一条垂线上只设一个取样点，一般情况下取不论河水深浅，一条垂线上只设一个取样点，一般情况下取样点应在水面下样点应在水面下0.5m0.5m处，距河底也不应小于处，距河底也不应小于0.3m.0.3m.水质监测水质监测采样点位确定采样点位确定7）式中：式中：pHipH实测值；实测值；pHsd评价标准中评价标准中pH的下限值；的下限值；pHsu评价标准中评价标准中pH的上限值。的上限值。评价方法污染指数法评价方法污染指数法1.1.单因子指数法单因子指数法(3)(3)对溶解氧对溶解氧式中：式中：P PDODODODO的单项水质指数；的单项水质指数；O Os s 某水温、气压条件下的饱和溶解氧浓度某水温、气压条件下的饱和溶解氧浓度(mg/L)(mg/L)；其计算公式为：；其计算公式为：Os=468/(31.6+T)Os=468/(31.6+T)，T T为水温为水温()()；D DOiOi溶解氧实测值溶解氧实测值(mg/L)(mg/L)；DODOSiSi溶解氧的评价标准限值溶解氧的评价标准限值(mg/L)(mg/L)。水质评价水质评价评价方法污染指数法评价方法污染指数法2.2.均值型指数法均值型指数法水质评价水质评价式中：式中：Cii类污染物的实测浓度，mg/L；Wi污染物的权重，Wi=1；Si各种污染物的评价标准，mg/L；n污染物种类数。评价方法污染指数法评价方法污染指数法3.3.多因子综合指数法多因子综合指数法水质评价水质评价式中：式中：A综合污染评价指数；BODi、BOD0BOD的实测值和评价标准；CODi、COD0COD的实测值和评价标准；NH3-Ni、NH3-N0NH3-N的实测值和评价标准；DOi、DO0溶解氧的实测值和评价标准。评价方法污染指数法评价方法污染指数法4.4.内梅罗指数法内梅罗指数法根据水的不同用途，拟定了相应的水质标准，作为计算水质指标的依据，然后计算各种用途的水质指标值。根据划分的水的用途，内梅罗建立了分指数：水质评价水质评价式中：式中：PIjj类水用途指数；Cii污染物的实测浓度，mg/L；Siji污染物对应j类水用途的标准，mg/L。评价方法分级评价法评价方法分级评价法水质评价水质评价1 12 23 34 4评价标准以各类标准为依据；评价代表值在评价时采用一次值，或采用多次平均值，而且必须与评价的具体目的相适应；评价记分原则分值越高，水质越好。根据标准分级的原则和各级的定义，已确定同级中的每一参数等权，而各级间的分值不等；评价步骤，根据各项参数的实测结果，得出每一参数值相应级别的分值，各项参数分数相加为总分值。水环境质量的综合评价方法水环境质量的综合评价方法综合评价是指对具有多因素、多特征的复杂对象进行综合评价是指对具有多因素、多特征的复杂对象进行全局性、整体性的评价。全局性、整体性的评价。2020世纪世纪8080年代以来，国内外学者提出了基于模糊数学、年代以来，国内外学者提出了基于模糊数学、灰色系统、物元分析、层次分析、人工神经网络法等理论灰色系统、物元分析、层次分析、人工神经网络法等理论的综合评价方法的综合评价方法 ，这些方法在评价同一区域环境或不同，这些方法在评价同一区域环境或不同的区域环境时表现出不同的优缺点，而多种评价方法的优的区域环境时表现出不同的优缺点，而多种评价方法的优化组合逐步成为发展的趋势。化组合逐步成为发展的趋势。水质评价水质评价水环境质量的综合评价方法水环境质量的综合评价方法统计学理论（主成分分析）系统分析理论（层次分析）灰色系统理论（关联分析、聚类分析等）模糊数学理论（模糊综合评价）集对分析理论可拓学理论（物元分析）人工神经网络水质评价水质评价主成分分析法原理主成分分析法原理假定有n个样本，每个样本共有p个变量，构成一个np阶的数据矩阵。水质评价水质评价记x1，x2，xP为原变量指标主成分分析法计算步骤主成分分析法计算步骤 （一）计算相关系数矩阵一）计算相关系数矩阵 rij（i，j=1，2，p）为原变量xi与xj的相关系数，rij=rji，其计算公式为：水质评价水质评价主成分分析法计算步骤主成分分析法计算步骤 （二）计算特征值与特征向量：二）计算特征值与特征向量：解特征方程，常用雅可比法（Jacobi）求出特征值，并使其按大小顺序排列 ；分别求出对应于特征值的特征向量，要求，其中 表示向量 的第j个分量。水质评价水质评价主成分分析法计算步骤主成分分析法计算步骤 计算主成分贡献率及累计贡献率 贡献率:累计贡献率:水质评价水质评价一般取累计贡献率达8595%的特征值所对应的第一、第二、第m（mp）个主成分。计算主成分载荷 各主成分的得分：水质评价水质评价主成分分析法计算步骤主成分分析法计算步骤主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例根据下表给出的数据，对某农业生态经济系统做主成分分析。水质评价水质评价主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例水质评价水质评价主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例（1）将表中的数据作标准差标准化处理，然后将它们代入公式计算相关系数矩阵。水质评价水质评价相关系数矩阵相关系数矩阵 主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例（2）由相关系数矩阵计算特征值，以及各个主成分的贡献率与累计贡献率。根据计算结果可知，第一，第二，第三主成分的累计贡献率已高达86.596%（大于85%），故只需要求出第一、第二、第三主成分z1，z2，z3即可。水质评价水质评价特征值及主成分贡献率特征值及主成分贡献率 主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例（3）对于特征值4.6610，2.0890，1.0430分别求出其特征向量e1，e2，e3，再计算各变量x1，x2，x9在主成分z1，z2，z3上的载荷。水质评价水质评价主成分载荷主成分载荷 主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例 第一主成分z1与x1，x5，x6，x7，x9呈显出较强的正相关，与x3呈显出较强的负相关，而这几个变量则综合反映了生态经济结构状况，因此可以认为第一主成分z1是生态经济结构的代表。第二主成分z2与x2，x4，x5呈显出较强的正相关，与x1呈显出较强的负相关，其中，除了x1为人口总数外，x2，x4，x5都反映了人均占有资源量的情况，因此可以认为第二主成分z2代表了人均资源量。水质评价水质评价主成分分析法应用实例主成分分析法应用实例 第三主成分z3，与x8呈显出的正相关程度最高，其次是x6，而与x7呈负相关，因此可以认为第三主成分在一定程度上代表了农业经济结构。另外，表中最后一列（占方差的百分数），在一定程度反映了三个主成分z1、z2、z3包含原变量（x1，x2，x9）的信息量多少。水质评价水质评价层次分析法原理层次分析法原理层次分析法根据问题的性质和要达到的总目标，将问层次分析法根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，从而最终使问题归结为最低层次的分析结构模型，从而最终使问题归结为最低层(供决供决策的方案、措施等策的方案、措施等)相对于最高层相对于最高层(总目标总目标)的的相对重要权相对重要权值值的确定或的确定或相对优劣次序相对优劣次序的排定。的排定。水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤运用层次分析法构造系统模型时，大体可以分为以下四个步骤：1.建立层次结构模型 2.构造判断(成对比较)矩阵 3.层次单排序及其一致性检验 4.层次总排序及其一致性检验 水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤1.建立层次结构模型 将决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对将决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，绘出层次结构图。绘出层次结构图。最高层：决策的目的、要解决的问题。最高层：决策的目的、要解决的问题。最低层：决策时的备选方案。最低层：决策时的备选方案。中间层：考虑的因素、决策的准则。中间层：考虑的因素、决策的准则。对于相邻的两层，称高层为目标层，低层为因素层。对于相邻的两层，称高层为目标层，低层为因素层。水质评价水质评价工作选择工作选择可供选择的单位可供选择的单位P P1 1 P P2 2，P Pn n 贡贡献献收收入入发发展展声声誉誉工工作作环环境境生生活活环环境境目标层目标层准则层准则层方案层方案层水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤目标层目标层O(选择旅游地选择旅游地)P2黄山黄山P1桂林桂林P3北戴河北戴河准则层准则层方案层方案层C3居住居住C1景色景色C2费用费用C4饮食饮食C5旅途旅途水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤层次分析法步骤层次分析法步骤 将决策问题分为将决策问题分为3 3个或多个层次：个或多个层次：最高层：目标层。表示解决问题的目的，即层次分析最高层：目标层。表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标。通常只有一个总目标。要达到的总目标。通常只有一个总目标。中间层：准则层、指标层、中间层：准则层、指标层、。表示采取某种措施、。表示采取某种措施、政策、方案等实现预定总目标所涉及的中间环节；政策、方案等实现预定总目标所涉及的中间环节；一般又分为准则层、指标层、策略层、约束层等。一般又分为准则层、指标层、策略层、约束层等。最低层：方案层。表示将选用的解决问题的各种措施、政最低层：方案层。表示将选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。通常有几个方案可选。策、方案等。通常有几个方案可选。每层有若干元素，层间元素的关系用相连直线表示。每层有若干元素，层间元素的关系用相连直线表示。水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤2.构造判断矩阵假设某个事件W由组成；表示第i部分在整体的地位；而表示第i部分相对于整体W而言比第j部分重要的倍数。若=，则可得：其中矩阵A中的元素aij一定满足：水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤在A两边同时乘以，即得AWnW，则可求出。水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤2.构造判断矩阵CkA1A2AjAnA1a11a12a1ja1nA2a21a22a2ja2nAiai1ai2aijainAnan1an2anjann水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤2.构造判断矩阵水质评价水质评价判断矩阵元素判断矩阵元素a aijij的标度方法的标度方法标度含义1表示两个元素相比，具有相同的重要性3表示两个元素相比，前者比后者稍重要5表示两个元素相比，前后比后者明显重要7表示两个元素相比，前者比后者强烈重要9表示两个元素相比，前者比后者极端重要2,4,6,8 表示上述相邻判断的中间值倒数若元素i与元素j的重要性之比为aij，则元素j与元素i的重要性之比为层次分析法步骤层次分析法步骤3.层次单排序层次单排序是把同层指标针通过判断矩阵计算出重要顺序。可采用幂乘法、或和积法进行计算。(1)幂乘法 水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤(2)和积法 水质评价水质评价层次分析法步骤层次分析法步骤4.一致性检验对应于判断矩阵最大特征根对应于判断矩阵最大特征根maxmax的特征向量，经归一化的特征向量，经归一化(使向量中各元素之和等于使向量中各元素之和等于1)1)后记为后记为W W。W W的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素相对重的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。能否确认层次单排序，需要进行一致性检验，所谓一致性检能否确认层次单排序，需要进行一致性检验，所谓一致性检验是指对验是指对A A确定不一致的允许范围。确定不一致的允许范围。水质评价水质评价定义一致性指标定义一致性指标:CICI=0=0，有完全的一致性，有完全的一致性CI接近于接近于0，有满意的一致性，有满意的一致性CI 越大，不一致越严重越大，不一致越严重为衡量为衡量CI 的大小，引入随机一致性指标的大小，引入随机一致性指标 RI。方法为。方法为Saaty的结果如下的结果如下随机一致性指标随机一致性指标 RIRI则可得一致性指标则可得一致性指标 随机构造随机构造500500个成对比较矩阵个成对比较矩阵维数n123456789101112131415RI000.58 0.9 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 1.54 1.56 1.57 1.59水质评价水质评价一致性检验：利用一致性指标和一致性比率一致性检验：利用一致性指标和一致性比率0.10.1及随机一致性指标的数值表，对及随机一致性指标的数值表，对 进行检验的过程。进行检验的过程。一般，当一致性比率一般，当一致性比率 的不一致程度在容许范围之内，的不一致程度在容许范围之内，有满意的一致性，通过有满意的一致性，通过一致性检验。一致性检验。可用其归一化特征向量作为权向量，否则可用其归一化特征向量作为权向量，否则要重新构造成对比较矩阵要重新构造成对比较矩阵A，对，对 aij 加以调整。加以调整。时，认为时，认为A A定义一致性比率定义一致性比率 ：水质评价水质评价5.层次总排序及其一致性检验层次总排序及其一致性检验 计算某一层次所有因素对于最高层计算某一层次所有因素对于最高层(总目标总目标)相对重要性的相对重要性的权值，称为层次总排序。权值，称为层次总排序。这一过程是从最高层次到最低层次依次进行的。这一过程是从最高层次到最低层次依次进行的。对总目标对总目标Z Z的排序为的排序为的层次单排序为的层次单排序为水质评价水质评价即即 B B 层第层第 i i 个因素对总目个因素对总目标标的权值为：的权值为：层的层次总排序为：层的层次总排序为：B层的层次层的层次总排序总排序AB水质评价水质评价当当 时，认为层次总排序通过一致性检验。时，认为层次总排序通过一致性检验。层次总排序具有满意的一致性，否则需要重新调整那些一致层次总排序具有满意的一致性，否则需要重新调整那些一致性比率高的判断矩阵的元素取值。性比率高的判断矩阵的元素取值。到此，根据最下层（决策层）的层次总排序做出最后决策。到此，根据最下层（决策层）的层次总排序做出最后决策。层次总排序的一致性检验层次总排序的一致性检验设设 层层 对上层对上层(层层)中因素中因素 的层次单排序一致性指标为的层次单排序一致性指标为 ，随机一致性指为，随机一致性指为 ，则层次总排序的一致性比率为：则层次总排序的一致性比率为：水质评价水质评价分别分别表示景色、费用、居住、饮食、旅途。分别表示苏杭、北戴河、桂林。水质评价水质评价层次分析法应用实例层次分析法应用实例（2）构造成对比较矩阵水质评价水质评价(3)计算层次单排序的权向量和一致性检验成对比较矩阵 的最大特征值表明 通过了一致性验证。故则该特征值对应的归一化特征向量水质评价水质评价对成对比较矩阵 可以求层次总排序的权向量并进行一致性检验，结果如下：计算 可知 通过一致性检验。水质评价水质评价对总目标的权值为：（4）计算层次总排序权值和一致性检验又决策层对总目标的权向量为：同理得，对总目标的权值分别为：故，层次总排序通过一致性检验。水质评价水质评价可作为最后的决策依据。故最后的决策应为去桂林桂林。又 分别表示苏杭、北戴河、桂林，即各方案的权重排序为水质评价水质评价水质评价水质评价案例2某单位拟从3名干部中选拔一名领导，选拔的标准有政策水平、工作作风、业务知识、口才、写作能力和健康状况。下面用AHP方法对3人综合评估、量化排序。建立层次结构模型目标层选一领导干部健康状况业务知识口才写作能力工作作风准则层方案层政策水平水质评价水质评价健康情况业务知识写作能力口才政策水平工作作风健康情况业务知识写作能力口才政策水平工作作风A的最大特征值相应的特征向量为：水质评价水质评价3人关于6个标准的判断矩阵为：健康情况业务知识写作能力口才水质评价水质评价政策水平工作作风由此可求得各属性的最大特征值和相应的特征向量。特征值健康情况 业务知识 写作能力 口才 政策水平 工作作风 3.02 3.02 3.56 3.05 3.00 3.21各属性的最大特征值水质评价水质评价从而有即在3人中应选择A担任领导职务。水质评价水质评价模糊评价法原理模糊评价法原理模糊评价具有多方面性、多层次性、模糊性和同一层次各因素的不同重要性的特点，克服了传统数学中对问题“非此即彼”判断的缺陷，为处理模糊现象提供了数学语言和定量方法。由模糊数学与层次分析法相结合而产生的多层次模糊综合评判(Fuzzy Comprehensive Assessment)运用模糊数学进行定量分析，通过对某此难以给出明确判断结论的问题进行模糊识别，对这类问题的解决提供了一种辅助工具。水质评价水质评价模糊评价法程序模糊评价法程序水质评价水质评价原始数据评价标准单要素评价建立要素模糊矩阵要素权重计算子系统综合评价建立子系统模糊矩阵子系统权重计算综合评价模糊评价法步骤模糊评价法步骤1确定评价指标体系确定评价指标体系设评价指标集为U，第一层为准则层，指标集为U=u1,u2,um，第二层为子准则层，指标集为U=ui1,ui2,uim，i=1,2,m，以后各层照此类推。权重是每个指标在集合中所在的比重，反映每个指标的重要程度，其合理性将影响到评价结果的合理性，本文采用组合权重模型及基于环境信息的权重模型确定权重。设权重集为W，则W=w1,w2,wn水质评价水质评价模糊评价法步骤模糊评价法步骤2 2确定评语等级评价集确定评语等级评价集即等级集合，每一个等级可对应一个模糊子集。3 3进行单因素评价，建立模糊关系矩阵进行单因素评价，建立模糊关系矩阵R R根据模糊等级子集，确定各评价指标的相对隶属度，得到模糊关系矩阵R：矩阵R中第i行第j列个元素表示某个评价指标对的隶属度。水质评价水质评价模糊评价法步骤模糊评价法步骤4 4确定评价因子的模糊权向量确定评价因子的模糊权向量5 5利用合适的合成算子将利用合适的合成算子将A A与各评价对象与各评价对象R R合成得到各评价对合成得到各评价对象的模糊综合评价结果向量象的模糊综合评价结果向量B B模糊综合评价的模型为：其中，bj是由A与R的第j列运算得到的，它表示评价指标从整体上看对vj等级模糊子集的隶属程度。水质评价水质评价模糊评价法步骤模糊评价法步骤6 6对模糊综合评价结果向量进行分析对模糊综合评价结果向量进行分析模糊综合评价的结果是一个模糊向量，不利于在生态影响后评价中进行对比评价，因此通过模糊向量单值化方法将评价结果向量综合成一个数值，使其有利于多个评价结果的对比。式中：H为模糊评价综合级别特征值，h为级别数。H值采用四舍五入法确定其级别。水质评价水质评价模糊评价法步骤模糊评价法步骤隶属函数主要有三种类型：戒上型、戒下型和中间型。越大越好型指标采用戒下型隶属函数，越小越好型指标采用戒上型的隶属函数，而对于适度指标则采用中间型的隶属函数。式中：a1，a2分别为函数的下限和上限。指标值在a1，a2内波动，小于a1就为0，大于a2就为1。水质评价水质评价模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例水质评价水质评价模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例1.权重确定(1)子系统权重确定采用层次分析法，应用MATLAB进行计算，CI0.008，CR0.1，可知具有很好的一致性，自然环境子系统、社会环境子系统和环境压力子系统的权重分别为0.633、0.107、0.26。(2)指标权重确定自然环境子系统各指标的权重为0.04、0.102、0.018、0.102、0.102、0.102、0.25、0.102、0.102、0.04、0.04。社会环境系统各指标的权重分别为：0.113、0.041、0.113、0.113、0.113、0.041、0.113、0.041、0.272、0.041。环境压力子系统各指标的权重分别为：0.029、0.029、0.076、0.076、0.076、0.076、0.205、0.205、0.076、0.076、0.076。水质评价水质评价模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例2.模糊评价(1)确定评价要素集水质评价水质评价(0.85,59.56,7.2,15.3,37,1.4,42,1.4,40,1410,42.8,1.2)=(207,2.09,280,1.41,93,28.4,0.81,0.18,12,30)=(6.43,2.46,249.3,12.4,6.4,28.7,72.7,65.6,30,460,30)模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例2.模糊评价(2)构造模糊矩阵水质评价水质评价模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例2.模糊评价(3)单要素模糊评价分别对3个环境要素进行复合运算，并对结果进行归一化处理，可得到各个要素的评判向量：B自然环境(0.0469 0.0875 0.2982 0.3032 0.2642)B社会环境(0.2643 0.1843 0.3104 0.0881 0.1540)B环境压力(0.2831 0.3606 0.1463 0.1033 0.1067)由上计算结果可知，该区域社会结构不太合理，农业人口比重偏大，第三产业不够发达；区域工业不发达，环境压力相对较小，除二氧化硫外，其他污染物排放量总体较小，存在较大的环境容量；区域自然环境状态较好，整体处于良性发展水平。水质评价水质评价模糊评价法应用实例模糊评价法应用实例2.模糊评价(4)综合评价以各单要素的评判结果作为评判向量，构成上一级的模糊关系矩阵，可表示为：则该流域上游地区梯级开发前生态环境总体状况为：(0.1316 0.1689 0.26 0.2282 0.2115)H3.22从计算结果可以看出，该区域生态环境整体质量整体较好，但个别指标较差，对整体生态环境质量造成了一定的影响。水质评价水质评价练习练习下表为某河流的水质监测资料，试用单因子指数法、综合指数法分别对水环境质量进行评价，并比较评价结果。水质评价水质评价断面pHSSCODCrBOD5挥发酚7.91 8.03 6.83 2.05 0.001 7.89 8.03 4.96 1.52 0.001 7.85 5.13 7.76 2.59 0.002 7.89 22.60 28.43 11.22 0.006 7.66 6.47 27.90 10.58 0.004 7.65 8.47 24.10 7.23 0.004 7.81 8.63 18.80 6.40 0.004 评价标准69302040.005表中，除pH无量纲外，其余因子单位均为mg/L。断面pHSSCODCrBOD5挥发酚ACiPiCiPiCiPiCiPiCiPi7.91 0.455 8.03 0.267 6.83 0.342 2.05 0.513 0.001 0.21.7777.89 0.445 8.03 0.267 4.96 0.248 1.52 0.38 0.001 0.21.547.85 0.425 5.13 0.171 7.76 0.388 2.59 0.648 0.002 0.42.0327.89 0.445 22.60 0.753 28.43 1.422 11.22 2.805 0.006 1.26.6257.66 0.33 6.47 0.216 27.90 1.395 10.58 2.643 0.004 0.85.3847.65 0.325 8.47 0.282 24.10 1.205 7.23 1.808 0.004 0.84.427.81 0.405 8.63 0.287 18.80 0.94 6.401.6 0.004 0.84.032评价标准69302040.005从评价结果可知：1、除、断面外，其余断面水质状况较好2、断面主要污染因子为COD和BOD，污染类型为有机污染3、根据A值计算结果，、断面A值偏高，与单因子评价结果一致4、断面已无环境容量，不宜在该区域内建设污染型项目，且、断面所在水域应列为重点整治区域。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。