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环境质量评价与系统分析 湖南环境生物学院环科系 彭 亮 目　录 1. 环境质量评价与系统分析 2. 数学模型概述 3. 环境质量评价的数学模型 4. 污染源评价与总量控制 5. 大气环境质量评价及影响预测 6. 水环境质量评价和影响预测 7. 环境噪声影响预测及评价 8. 环境系统最优化 9. 附录 环境质量评价的数学模型 3.1 指数评价模型 3.1.1 单因子指数 3.1.2 多因子指数 3.1.3 空气污染指数 3.2 环境质量的分级聚类模型 3.2.1 积分值分级法 3.2.2 模糊综合评价法 3.3 污染物的运动变化模型 3.3.1 污染物在环境介质中的运动变化 3.3.2 污染物运动变化的基本模型 3.1 指数评价模型 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。 3.1.1 单因子指数 环境质量指数是无量纲数,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。Ii 的数值越大表示该单项的环境质量越差。因此对溶解氧和 pH值而言, 其单项水质参数具有不同的定义式. 3.1.2 多因子指数 1.均值型多因子指数 2.计权型多因子环境质量指数 计权型多因子环境质量指数的基本出发点是认为各种环境因子对环境的影响是不等权的，其影响应该计入各环境因子的权系数。 3.1.3 空气污染指数 空气污染指数（Air Pollution Index, 简称 API）就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并用于分级表征空气污染程度和空气质量状况。这种方法适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。 空气污染指数的分级标准是：（1）空气质量指数 API 50 对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准；（2）API 100 对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准；（3）API 更高值段的分级对应于各种污染物对人体健康产生不同影响时的浓度限制。 为了对空气污染综合分级，首先需按单项污染因子计算空气污染指数。参照上述空气污染指数分级标准的一些原则，每个单项有着各自的分级标准， 空气污染指数API的计算方法 环境质量的分级聚类模型 环境质量分级聚类模型也称为功能评价模型，它按照一定的聚类方法，将计算出的综合指数与环境质量实际状况相对比，实行环境质量的表征数值的综合归类，以确定其等级。 模糊综合评价法 1．环境质量评价的不确定性分析 2．模糊集合理论简介 在模糊评价法中，最基本和使用最多的是隶属度与隶属函数。隶属度表示元素 u 属于模糊集合 U 的程度；也就是对模糊集合的判断是用元素对此集合的从属程度大小来表达的。这就使集合界线模糊不清无关紧要了，它并不会影响我们对元素属于集合的判断，隶属度的概念是普通集合论和模糊集合论的关键区别。隶属度函数的取值可以是区间 [0,1]之中的任何数，若隶属度值接近于1时，表示隶属程度高；反之，若隶属度值接近于 0时，表示隶属程度低。 模糊集用 U, V, W 作为一特定集合的标记, 设 U 的元素为 3. 环境质量模糊评价中的集合 (1) 环境质量的因素集合 选择 m 个污染物考核因子，按照一定的顺序进行排列，便形成了因素集合。环境质量的因素是一个具有m 个元素的向量。这里的污染物因子在进行测定时会有不同的数值，污染物因子可能取值的全体，构成了环境质量的因素论域上的向量空间。 (2) 环境质量的评语集合 环境质量的评语集合是指在进行环境质量评价时使用的环境质量标准。环境质量标准应该用矩阵来表示，因为评价标准对 m 个污染物因子，均分别规定了 n 个分级的标准值。写作 (3) 因素与评语之间的关系矩阵 R (4) 因素论域上的模糊子集 (5) 评语论域上的模糊子集 4.关系矩阵中元素的求解 矩阵中的元素,rij 为第 i种污染物因子,定位于第 j 级标准的可能性,即: 第 i种污染物因子对 j级标准的隶属度。矩阵中的行元素，(ri1…rin) 为第 i种污染物因子对各级标准的隶属度。矩阵中的列元素 （r1j .….rmj）为各种污染物因子对第 j 级标准的隶属度。 5.确定环境质量归类的模糊评价法 环境质量的模糊评价法归结为，已知因素论域上的模糊子集 A(污染物因子的浓度水平)和评价矩阵 V (各类标准对因子的要求)，求出向量 B (环境归属类别)。 在模糊向量 A 和模糊关系矩阵 R 已知时, 综合评价模糊子集可以表达为： B=A.R 模糊集运算 B=A.R 3.3 污染物的运动变化模型 3.3.1 污染物在环境介质中的运动变化 3.3.2 污染物运动变化的基本模型 1．零维模型 根据质量守衡可写出完全混合反应器的平衡方