环境管理的技术方法ppt课件

第四章,环境管理的技术方法,第一节,环境管理技术方法的基础保证,环境管理,人类社会,自然环境,物质流,环境社会系统,物质载体,自然科学,工程科学,环境标准 环境统计,环境监测,目的和任务,特点和分类,程序与方法,质量保证,一、环境监测,是环境管理工作的一个重要组成部分，它通过技术手段测定环境质量要素的代表值以把握环境质量的状况，这是获取环境管理基础数据的基础性工作。,（一）环境监测的目的和任务,污染源的监测,环境质量的监测,（二）环境监测的特点和分类,时序性,监测对象的综合 监测手段的综合,分类,研究性监测 污染事故监测 仲裁监测,环境要素监测污染源的监测,特殊目的监测,常规监测,（三）环境监测的程序和方法,确定监测项目,现场调查,资料收集,监测点布设,采样时间和方法的确定,结果报告,数据处理和分析,环境监测的程序,环境监测的方法,物理,化学,生物,人工,自动化,遥感,信息,数学技技术,技术,技术,发展,更新,（四）环境监测的质量保证,环境标准是有关保护环境、控制环境污染与破坏的各种具有法律效力的标准的总称。它是由国家按照法定程序批准的技术规范；是国家环境政策在技术方面的具体体现，也是执行各项环境法规的基本依据。,（一）环境标准基本概念,环境标准是为了保护人群健康、社会物质财富和维持生态平衡，对大气、水、土壤等环境质量、对污染源的监测方法以及其他需要所制定的标准。,中华人民共和国 环境保护标准管理办法,我国 环境标准体系,六类,二级,两种执行规定,环境质量标准 污染物排放标准 环境基础标准 环境方法标准 环境标准物质标准 环境保护仪器设备标准,国家级标准地方级标准,强制性标准推荐性标准,（二）环境标准的制定,保证人体健康,国际/国家 相关标准和协定,综合资源管理、 区域经济环境规划,制定环境标准需要的基础数据和参考资料数据,与生态环境和人类健康有关的各种科学基准值,环境质量的目前状况、污染物的背景值和长期的环境规划目标,当前国内外各种污染物处理技术水平,国家的财力水平和社会承受能力， 污染物处理成本和污染造成的资源经济损失等,国际上有关环境的协定和规定，其他国家的基准标准值； 国内其他部门的环境标准（如卫生标准、劳保规定）,科学原理,排放标准的制定:以经济上适用的污染物 综合治理技术为依据,概念和特点,统计的内容,应 用,三、环境统计,（一）环境统计的概念和特点,环境统计是用数字表现人类活动引起的环境变化及其对人类的影响的反映。环境统计包括为了取得和环境统计资料而进行的设计、调查、整理和统计分析等各项工作。,统计数字资料,统计数字报告,环境统计,结果,涉及面广 综合性强,创建阶段,介于社会/自然 技术性强,经济社会统计： 社会性、广泛性、数量性等特点,（二）环境统计的内容,联合国统计司1977年提出，环境统计的范围包括土地、自然资源、能源、人类居住区和环境污染五个方面。但对各国的环境统计没有提出统一的指导意见。,（三）环境统计在环境管理工作中的应用,环境统计分析报告,环境统计分析的结果，一般是用环境统计分析报告（包括数字、曲线和图表）的形式，向政府、企业和公众及研究人员提供的丰富的环境信息。,环境统计资料,环境统计分析,政府,企业,公众,研究人员,调查,揭 示,数据资料中包含的环境变化与经济发展的内在联系和规律,第二节,环境管理的实证方法,人类社会,自然环境,实验,调查问卷,案例研究,实地研究,无干扰,文本分析,实证研究,环境管理的规律,一、实验方法,一、实验方法,（三）环境统计的应用,（一）实验方法对于管理科学 的重要性,实 验,假 设,经 验,科 学,“实验假设实验再假设”的发展轨迹,管理也是一门科学。管理科学也要进行科学实验，其重要性相对于自然科学而言是一样的。,阅读材料：,1泰勒的铁锹试验和金属切割实验,泰勒的铁锹试验,18801900年310台不同的机器，把80万磅钢铁切成碎屑，记录了50000次试验数据：总结出影响工作效率的12项因素，以及各因素间的数量关系，并设计出一把专用快速计算尺，在此基础上制订工艺规范和劳动定额 。,新工人比十年以上老工人的生产效率还高29倍,20万,$,企业获得了“比 为实验所支付的要多得多的收入”,金属切割实验,2梅奥的霍桑实验,工业文明的人类问题,“人际关系学”,“物质激励”与“精神激励” 对比试验,3勒温实验,被动参予,A组采用讲演方式,B组采用讨论加实习方式,主动参予,3,32,（三）环境统计的应用,（二）环境管理实验方法的 主要步骤,环境管理实验方法具有双重特性,管理科学实验,环境科学实验方法,企业管理 工商管理,环境化学 环境生物学 环境物理学 环境地学,环境管理实验,实验室实验 现场实验,实验 设计,提出实验问题、明确实验目的、 选择实验对象，给出实验假设。,相关实验因素的控制,预备实验,实验 实施,实验 分析,环境管理实验方法的主要步骤,阅读材料：,环境管理学的实验建议,1校园废旧一次性电池回收实验的建议,数量不多 使用周期较长 电池重量和体积不大 价值也不大,一次,电,池,传统上的回收废纸、饮料瓶、一次性餐盒的办法,大学校园最佳回收方案,上海市华东师范大学2006年一个初步问卷调查研究表明:,2其他环境管理实验的建议和说明,小区生活垃圾分类问题、公园草坪上遗留垃圾问题等,超市塑料袋问题,一次性筷子问题,下水道井盖被盗问题,城市小广告问题,废纸回收问题,破坏绿化问题,（三）环境统计的应用,（三）实验方法的注意事项,实验结果 社会调查结果,参考组、对比组,精心设计 进行实验,自愿受试、保守受试者的私人机密、对受试者无害、让受试者知情等,注意事项,注意事项,实验方法的注意事项,二、问卷调查法,调查问卷,案例研究,实地研究,文本分析,二、问卷调查法,（一）问卷调查方法概述,问卷调查方法：通过设计、发放、回收问卷，获取某些社会群体对某种社会行为、社会状况的反映的方法。研究者可以通过对这些问卷的统计分析来认识社会现象及其规律。,国际上通用的管理科学规范研究方法之一,阅读材料：,问卷调查在环境管理中的主要应用领域,1环境现状调查 2环境问题调查 3环境公众参与 4环境民意调查 5环境价值评估,环境管理领域应用问卷调查方法开展的工作：,另如： 环境市场调查、 环境产品调查、 环境政策调查 等,环境管理对策方案,问卷 设计,开展 调查,处理 数据,调查对象,内容的系统认识和分析,运用各种统计方法和相应的计算机统计软件,问卷调查方法的主要步骤,（二）调查问卷的设计,封面信,指导语,问题及答案,编码及其他资料,只提问题不给答案,调查问卷,既提问题又给答案,1问卷的结构,内容不能过于复杂,围绕研究的问题和被调查对象进,行问卷设计,问题总数不能过多，,被调查者可能出现的主观障碍,分析,和排除,和客观,障碍,与问卷设计相关的各种,明确,因素,探索 工作,设计 初稿,修改 印制,3.问卷设计的步骤,试用,6问题的数量及顺序 数量不宜太多 问卷不宜太长（20分钟内） 容易回答、感兴趣和熟悉的问题在前 客观性的问题在前 关于态度、意见、看法的主观性问题 在后,一致,4题型及答案设计 问题:填空式，是否式，多面选择 式，矩阵式，表格式等 答案:穷尽性和互斥性,5问题的语言及提问方式 简短、明确、通俗、易懂,阅读材料：,张家浜整治后生态效益的调查问卷,（三）问卷调查的实施,结构访问,自填问卷,1问卷调查方法的选择,个别发送法 邮寄填答法 集中填答法,当面访问法 电话访问法,2问卷调查的组织与实施,调查员的挑选,调查员的训练,联系被调查对象,对调查进行的质量监控,（四） 调查结果的数据处理和分析,将原始观测数据转换成清晰、规范的数字、代码，供后续定量分析使用，其主要工作是编码、分类，将数据输入计算机系统。,数据处理,利用计算机统计软件，从问卷调查得到的数据中发现变量的特征、变化规律及变量之间关联的分析过程。在数据分析中，常采用各种统计学分析方法和软件进行。,数据分析,阅读材料：,问卷调查中常用的数据统计 分析方法和软件简介,多变量 统计分析,三、实地研究方法,调查问卷,案例研究,实地研究,文本分析,三、实地研究方法,（一）实地研究方法概述,一种深入到研究对象生活背景中，以参与观察和无结构访谈的方式收集资料，并通过这些资料的定性、定量分析来理解和解释现象的研究方法。 “参与观察”，指研究者必须深入到研究对象所处的真实社会生活之中，通过看、听、问、想，甚至体验、感受、领悟等进行观察。,实地研究方法,研究者身份,作为观察者的参与者,作为参与者的观察者,实地研究方法中的研究者身份,研究方式,观察,访谈,实地研究的主要方式,正式访谈 非正式访谈,（二）实地研究的主要步骤,总结 分析,记录,取得信任 建立友善,获准 进入,选择 实地,实地研究方法的主要步骤,正式的、合法的身份以及单位的介绍信/上级领导的推荐介绍等 “关键人物”或“中间人” 帮助 研究者通过自身努力进入被研究对象的生活世界,观察记录 访谈记录,（三）实地研究方法的特点,与其他实证方法相比，实地研究既是一个资料收集和调查的过程，同时也是一个思考和形成理论的过程，这是一个非常明显的特点。,适合在真实的自然和社会条件下观察和研究人们的态度和行为； 研究的成果详细、真实、说服力强，研究者常常可以举出大量生动、具体、详细的事件说明研究结论； 方式比较灵活，弹性较大，相比实验和问卷调查，操作程序不十分严格，在过程中可进行灵活的调整； 适合研究现象发展变化的过程及其特征。,实地研究方法的优点,资料的概括性较差，以定性资料为主，一般缺少定量的分析，所得结论难以推广到更大范围； 可信度较低，由于研究者所处地位、能力、主观判断的差别，加上实地研究很难重复进行，导致研究结论难于检验； 实地研究不可避免会对被研究者施加影响； 所需要的时间长、精力多、各项花费大； 可能涉及一些社会伦理道德问题。,实地研究方法的缺点,四、无干扰研究方法,调查问卷,案例研究,实地研究,文本分析,四、无干扰研究方法,（一） 无干扰研究方法概述,研究方式,三大类无干扰研究方法,文本分析方法,历程比较 分析方法,无干扰研究方法的特征和缺点,研究的变量和对象；,研究者无法,操纵和控制所,研究者在研究之前不需,进行假设，一般也不存在先入 之见；,研究者不用直接接触 也不会干扰研究 对象,特 征,缺 点,资料收集存在多 种困难、收集到的信息 的准确程度难于核实、研究 者的研究能力和时间经费的条件对研究的影响很大、研究 结果难于比较等,（二）文本分析方法将文件中的文字和图象信息从零碎和定性形式转换成系统和定量形式的一种研究方法。与问卷调查和实地研究方法不同，文本分析方法是利用他人为了其他目的而收集或编写的研究资料，借以达到自己的研究目标。,提出 假设,变量抽取 属性分类,结果 分析,文本分析方法的步骤,资料 分析,（三）现有数据统计分析方法 该方法能够从现有的统计数据中发现问题，提出假设，通过统计分析进行检验和解释，非常有利于发现研究对象中存在的现实问题，相对而言，比较容易地做出有创新性和发现性的成果和结论。,现有的统计数据,研究报告,官方统计资料,信息调查研究机制和咨询公司的数据库,（四）历史比较分析方法通过系统地收集和客观评价以住事件的有关资料，用以验证涉及因果关系、相关关系的问题假设，起到解释当前事件和预测未来事件的作用。,“事件研究方法”,提出 假设,变量抽取 属性分类,结果 分析,历史比较分析方法的步骤,资料 分析,五、案例研究方法,五、案例研究方法,（一） 案例研究方法概述,案例研究方法通过对一个或多个案例进行调查、研究、分析、概括、总结而发现新知的过程。案例研究方法是通过对相对小的样本进行深度调查，归纳、总结现象背后的意义和基本规律，它是与实验方法，问卷调查方法相并列的一种管理科学研究方法。,案例研究目前使用的具体方法,案例研究方法,报告 检验,分析 数据,搜集 数据,选择 案例,建立 框架,案例研究方法的主要步骤,第三节,环境管理的模型方法,一、环境模拟模型,一、环境模拟模型,环境模拟模型利用定量化的指标和数学模型对环境社会系统中的人类社会活动行为及其引起环境变化情况进行模拟和模仿，以便科学和准确地描述环境社会系统的运行状况和规律，为环境管理提供技术依据。,（一） 人类社会环境行为的模拟,环境社会系统 四维空间,时序上,范围上,业,业,人口数量发展的模拟， 常用的指数模拟模型：,式中：Nt是t年的人口总数；Nt0为t0年人口基数；k为人口增长率。,能够精确模拟的人类社会行为比较少。,例：,环境要素模拟有较多成熟模拟模型，多称为环境质量模拟模型。 这些模型根据环境要素的运动、迁移、转化规律，模拟出它们在人类社会活动影响下的变化情况和趋势，为科学和定量地了解、认识人类社会活动对环境的影响提供了技术依据。,（二）环境要素的模拟,例,大气和水环境模拟模型，其理论基础都是三维的流体动力学模型：,C是污染物浓度； Ex、Ey、Ez分别为x、y、z方向上的湍流扩散系数； ux、uy、uz分别为x、y、z方向上的流速分量； K为反应速率常数。,式中：,二、环境预测模型,二、环境预测模型,环境预测依据调查或监测所得到的历史资料，运用现代科学方法和手段给出未来的环境状况和发展趋势，为防止环境进一步恶化和改善环境的对策提供依据。,（一）预测与预测模型,预测结果的正确性在很大程度上决定于预测者选用的预测方法是否恰当。 常用五大类预测方法： 统计分析方法 因果分析方法 类比分析方法 专家系统方法 物理模拟预测方法,常指环境数学模型，是用一个或一组数学方程（包括代数方程、微分方程或差分方程等）来表示所预测的环境社会因素随时间变化的形式或环境社会系统各要素之间的关系，来计算环境社会系统未来的变化与状态，达到环境预测的目的。,环境预测模型,（二）主要的环境预测模型,趋势外推预测模型,专家系统预测模型,因果关系预测模型,四大环境预测模型,类型 数学表达式 一元线性回归模型 多元线性回归模型 指数模型 生长曲线（皮尔模型） 生长曲线（皮龚珀兹模型）,1趋势外推预测模型,Q为污染源源强； C为污染物浓度； u为平均风速； y、z是分别用浓度分布标准差表示的y和z轴上的扩散参数； He是烟囱有效高度。,2.因果关系预测模型,例 大气环境质量预测最常用的高斯模型就是因果关系预测模型，在一系列条件假定后，导出标准形式为：,水环境质量预测最常用的SP模型也是因果关系预测模型：,例,V是平均流速； L为距离起点x处的BOD浓度； c为距离起点x处的DO浓度； K1和K2为BOD的耗氧和大气复氧系数； cs为河水中饱和溶解氧浓度。,3灰色预测模型,部分信息已知，另一部分信息未知的系统称为灰色系统。 由于部分信息未知，所以很难建立对信息量要求较大的因果关系预测模型，这时可采用对信息量要求较少的灰色预测模型。,例：GM(1,1)模型预测 对原始数据进行累加生成 利用生成后的数列进行建模 在预测时再通过反生成以恢复原貌， 计算预测值。,GM(1,1)模型的白化微分方程为：,4专家系统预测模型,将专家群体作为索取预测信息的对象，组织环境科学领域（有时也需要请其他科学领域）的专家运用专业知识和经验进行环境预测的方法。 专家预测法的特点在于可以对某些难以用数学模型定量化的因素考虑在内，在缺乏足够统计数据和原始资料的情况下，可以给出定量估计。,特尔斐法,形成了一套如何组织专家、充分利用专家的创造性思维进行预测的理论和方法； 不依靠一个或少数专家，而依靠专家群体（包括不同领域的专家），可以消除个别专家的局限性和片面性； 在定性分析基础上，以打分的方式作出定量预测。,现代的专家预测法的三方面飞跃：,5其他环境预测模型,三、环境评价模型,三、环境评价模型,（一）环境评价模型概述,通过一些定量化的指标来反映环境客观属性及其对人类社会需要的满足程度，并将这些定量化的指标利用数学手段构建起相应数学模型，从而定量评价和反映环境的优劣和满足人类社会需要的程度，并评价和预测人类活动对环境的影响 。,（二）环境指数评价模型,I： 单因子环境质量指数； P：污染物在环境中的浓度； S：该污染对人类影响程度标准。,1.单因子指数评价模型,单因子指数评价模型的表达式：,类型 数学表达式,2.多因子环境指数评价模型,代数叠加型 均值型 加权型 加权平均型 突出极值型,类型 数学表达式,突出极值型2 幂指数型 向量模型 均方根型 极值型,Q为多环境要素的综合评价指数； Wk为第k个环境要素的权重； N为参加评价的环境要素的数目。,3.综合指数评价模型,综合指数评价模型的表达式：,（三）其他环境评价模型,四、环境规划模型,四、环境规划模型,（一）环境规划模型概述,环境规划模型是在环境模拟、预测和评价模型的基础上，进一步选用一些反映人类社会未来活动和行为的强度、性质的定量化指标构建的数学模型。对这些模型可利用数学优化或经济优化方法计算出一组规划方案的最优解或满意解，作为在时间和空间上合理安排人类社会活动和行为的环境规划方案。,（二）主要环境规划模型,线性规划模型 非线性规划模型 动态模型 ,1.数学规划模型,线性规划模型的一般表达式为：,线性规划模型,max z为目标函数，一般指规划所要达到的最优化目标； X为决策变量向量，X（x1,x2,，xn）T，由n个决策变量构成了向量，是规划的备选方案； b为资源向量，b（b1,b2,，bn）T，由m个资源变量构成了向量； C为价值向量，C（c1,c2,，cn），由目标函数中决策变量的系数构成； A为系数矩阵，由m个线性约束条件常数构成。,图解法 单纯形法,非线性规划模型的一般表达式为：,非线性规划模型,x（x1,x2,，xn）T为n维欧氏空间En的向量，代表一组决策变量； f(x)、hi(x)、gi(x)均为决策向量x的函数,没有普遍适用的算法,动态规划模型：,动态规划模型,核心思想：“最优性原则”,适用于多阶段的环境规划问题,2.费用效益分析通过分析、计算和比较各个规划方案的费用和效益，从中选择净效益最大的方案，提供给决策者。,费用效益分析模 型建立和运行步骤,（三）其他环境规划模型,突变模型,环境博弈 模型,单目标和多目标 规划模型,确定型和不确定 性规划模型,总量控制 和分配模型,环境投入 产出模型,第四节,环境管理的信息方法,一、环境信息及其特点,一、环境信息及其特点,（一）环境信息,环境信息是在环境管理的研究和工作中应用的经收集、处理而以特定形式存在的环境知识。它们可以是数字、图像、声音，也可以是文字、影像等以及其它表达形式。,（二）环境信息的特点,二、环境管理信息系统,二、环境管理信息系统,环境信息系统环境信息系统是由工作人员、设备和环境原始信息等组成的系统，其中设备又包括计算机和网络设备、计算机及网络技术、GIS技术、各种模型库、数据库等软硬件。,环境管理信息系统 环境决策支持系统,环境管理信息系统,（一）环境管理信息系统,环境管理信息系统（Environmental Management Information Systems）简称EMIS，它是一个以系统论为指导，通过人机结合收集环境信息，通过模型对环境信息进行转换和加工，并据此进行环境评价、预测和控制，最后再通过计算机和网络等技术实现环境管理的计算机模拟系统。,环境管理信息系统的基本结构,环境管理信息系统,（二）环境决策支持系统,环境决策支持系统（Environmental Decision Support Systems）简称EDSS，是将决策支持系统引入环境规划、管理、决策的产物。决策支持系统也是一种人机交互的信息系统，是从系统观点，利用现代计算机和网络技术及决策理论和方法，对环境管理问题进行描述、组织进而协助人们完成管理决策的支持技术。,模型库管理系统,模型库,人机交互系统,数据库管理系统,数据库,知识库管理系统,知识库,问题处理系统,问题处理集成部件接口推理机,决策者,环境决策支持系统结构简图,三、环境信息系统的应用实例,三、环境信息系统的应用实例,国家环境管理辅助决策支持系统（简称NEMDSS）,一个为我国环境管理与决策部门服务的，具有多种环境管理和决策功能的大型计算机辅助决策支持系统。,基础数据管理系统,社会环境数据库,城市生态质量评价数据库,环境污染治理费用基础数据库,国家环境管理决策支持系统,国家环境质量决策数据库,国家环境宏观管理决策支持系统,统计分析,模型应用,查询检索,城市生态系统质量评价系统,预测评价,AHP权值计算,现状评价,国家环境质量决策支持系统,城市生态质量决策评价比较,国家环境质量决策模拟,环境污染治理费用应用软件,费用函数似合,费用指标函数的及时修正,维护管理系统,系统性能测试,数据库管理,NEMDSS总体结构,5个功能,应用,维护,思考题,1.简述我国的环境标准体系。 2.简述环境统计的内容。 3.简述环境管理实验方法的主要步骤。 4.调查问卷如何设计？ 5.实地研究方法的主要步骤。 6.主要的环境预测模型有哪些？ 7.费用效益分析模型建立与运行的步骤。 8.简述环境管理信息系统的组成和设计方法。,