环境质量评价方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
35
五、神经网络法
神经网络法是基于样本训练的评价方法,它力图模 拟人脑的一些基本特性如自适应性、自组织性和容 错性等，已广泛应用于模式识别、分析预测、系统 辨认及实验条件优化等方面。迄今为止的研究结 果表明，人工神经网络是处理模糊、非线性关系问 题的有力工具和手段。
基本思想
①选定样本,通过不断的正向和反向反馈,对神经网 络进行训练,直至得出满意的、与样本预期输出 相符合的计算结果;
定义及特点
灰色系统是指“部分信息已知,部分信息未 知”的“小样本”,“贫信息”的不确定性系统, 它通过对“部分”已知信息的生成、开发去 了解、认识现实世界，实现对系统运行行为 和演化规律的正确把握和描述.
灰色系统模型的特点：对试验观测数据及 其分布没有特殊的要求和限制，是一种十分 简便的新理论，具有十分宽广的应用领域。
41
污染损失率法基本原理
2、詹姆斯污染- 损害曲线
式中: Si为第i种重金属对土壤环境质量的损害值; Ci为第i种重金属的浓度; K为土壤资源的环境价值总量; ai和bi为待定参数,由第i种污染物的特性确定。
当Ci ∞时, Si 0, 说明当土壤中某种重金属浓 度很大时, 土壤环境质量完全受损.
42
后的加权公式为
Wi
Ci / Si Ci / Si
其中，C i 为第i种污染物的i平均实测浓度；S i 为第
i种污染物的背景值。
32
模糊综合评价步骤
7、综合评价
综合计算区域内总体污染隶属于评价等级的大 小，公式为：
P 综合 P(A )W i
33
三、灰色系统评价法
灰色聚类法是在模糊数学方法基础上发展 起来的，但在权重处理等方面更趋于客观合 理。灰色聚类法不丢失信息，用于环境质量 评价所得结论比较符合实际，具有一定可比 性。近年来，灰色聚类法已在大气、水质、 噪声等环境质量评价中得到应用。
模糊综合评价步骤
1、样本的构成
设有k个监测点，且各有i个污染物，每个 指标有j个环境质量等级，则能确立因素论域 U＝｛x1，x2，…xm｝的m个评价因子，评价 论域V＝｛v1，v2，…vp｝ 的p个评价标准等 级。
27
模糊综合评价步骤
2、确定隶属函数
根据环境质量分级标准，采用分段线性变 换求每单项污染指标对各评价等级的隶属函 数 XA(x) 。
污染损失率法基本原理
1、 污染损失率
任一环境中都存在多种污染物, 各种污染物造成的 损失与污染物浓度呈“S”型非线性关系, 即污染物对环 境的损害在低剂量时表现不明显, 在污染物达到临界剂 量之后, 随污染剂量的继续增加, 环境受损程度急剧增 加; 当污染剂量增加到一定程度后环境质量的受损程度 又呈缓慢增长, 达到污染损害的极限。
(axb)b 1aa bXA(x)dx
30
模糊综合评价步骤
5、计算各单项污染指标的模糊概率
根据所建立的各单项污染指标对各评价等级
的隶属函数及实测值在区间内点数计算的概率，
计算出各单项污染指标在各评价等级的模糊概率，
即
P() XA(xi)pi
i1
31
模糊综合评价步骤
6、确定单项污染物的权值。
计算出各单项污染物的分指数，即。归一化
环境质量评价方法
前言
环境质量(environmental quality)一般是 指一定范围内环境的总体或环境的某些要素 对人类生存、生活和发展的适宜程度。
环境质量评价(environmental quality assessment)，按照一定的评价标准和评 价方法对一定区域范围内的环境质量进行说 明、评定和预测。
1、单因子污染指数法 目前我国的水质监测公报中采用的便是单
因子污染指数法评价水体综合水质。 其基本思想是：在所有参与综合水质评价
的水质指标中,选择水质最差的单项指标所属类 别来确定所属水域综合水质类别。
16
（二）水质污染评价
1、单因子污染指数法
计算公式为：
Ii
Ci C oi
式中， Ii为水体中污染物i的环境质量指数；Ci为 污染物i的实测浓度； Coi为污染物i的评价标准 值。
28
模糊综合评价步骤
3、确定监测数值在各区间的概率
在研究区域内随机选择k个监测点，根据 实际情况，将每一单项污染指标的值划分为 一系列连续区间，由该单项污染指标实测值 在各区间内的点位数，确定出实测值位于各
区间内的概率 p i 。
29
模糊综合评价步骤
4、平均隶属度的确定
分别计算各污染物指标在每段区间内的部分 对于评价等级｛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。。。。｝ 的平均隶属度，其计算公式为：
13
（一）大气质量评价
值得一提的是该标准重要更新之一：新增污 染项目指标颗粒物(粒径小于等于2.5μm)，即 通常所称的PM2.5。
14
（一）大气质量评价
3、其它大气质量指数
（1）白勃考大气污染综合指数 （2）橡树岭大气质量指数(ORAQI) （3）密特大气质量指数 （4）超标指数 等等
15
（二）水质污染评价
43
2
引子
2011年12月4日19时，美使馆监测到的北京PM2.5 瞬时浓度为522ug/m3，对应空气质量指数(AQI)为上 限值500，健康提示为“指数以外”。
美使馆监测到的PM 2.5浓度数值，通过一定的公 式转换为AQI指数，对应地作出空气质量评价。其中， 污染最严重的等级为AQI达到301～500，对应的空气 质量评价为H (危险的)，而500就是AQI的最高值。
②基于训练好的神经网络,对评价样本进行综合环 境评价。
37
六、污染损失率法
污染损失率法采用一种新的评价理论, 即利用詹 姆斯污染- 损害曲线, 从污染程度与危害、损失关系 的角度来评价某环境要素的价值, 能有效地克服上述 评价方法物理意义不明显的缺陷.
污染损失率法基本原理
1、 污染损失率
任一环境中都存在多种污染物, 各种污染物造成的 损失与污染物浓度呈“S”型非线性关系, 即污染物对环 境的损害在低剂量时表现不明显, 在污染物达到临界剂 量之后, 随污染剂量的继续增加, 环境受损程度急剧增 加; 当污染剂量增加到一定程度后环境质量的受损程度 又呈缓慢增长, 达到污染损害的极限。
7
（一）大气质量评价
环境保护部于2012年2月29日批准《环境 空气质量指数（AQI）技术规定（试行）( HJ 633—2012 2016-01-01实施) 》为国家环境 保护标准。该标准依据《环境空气质量标准》，规 定了环境空气质量指数日报和实时报工作的要求和 程序。
8
（一）大气质量评价
该标准选取了CO、NO2、SO2、O3和 PM10、PM2.5六个参数计算AQI。
（2）综合污染指数（K）：其计算式如下：
K n ck ci
i1
coi
式中：ck——根据具体条件规定的水体各种污染 物浓度的统一最高允许标准。即为权重校正因子。
20
（二）水质污染评价
3、其它水质评价指数法 （1）布朗水质评价指数 （2）普拉特（L. Prati）水质评价指数 （3）内梅罗（N. L. Nemerow）水质指数 （4）（S. L. Ross）罗斯水质指数 等等
（一）大气质量评价
1. 美国PSI指数
美国于1976年9月首次公布了《污染物 标准指数(PSl)》。PSI 指数考虑CO、NO2、 SO2、氧化剂和颗粒物质五个参数，以及SO2 和颗粒物质浓度的乘积。
6
（一）大气质量评价
2.环境空气质量指数（AQI）
空气质量指数（Air Quality Index，简 称AQI）定义为定量描述空气质量状况的无量纲指 数，针对单项污染物的还规定了空气质量分指数 （Individual Air Quality Index，简称 IAQI）。利用空气质量指数可以直观地评价大气 环境质量状况并指导空气污染的控制和管理。
39
污染损失率法基本原理
2、詹姆斯污染- 损害曲线
式中: Si为第i种重金属对土壤环境质量的损害值; Ci为第i种重金属的浓度; K为土壤资源的环境价值总量; ai和bi为待定参数,由第i种污染物的特性确定。
当Ci ∞时, Si 0, 说明当土壤中某种重金属浓 度很大时, 土壤环境质量完全受损.
40
24
2、带权重的环境质量综合指数(PI综合)
1 n
PI综合
WiPIij
n i1
式中：j——环境污染要素
Wj——权重。
例如：PI综合=1/4(0.6×PI大气+0.2×PI噪声 +0.1×PI地面水+0.1×PI地下水)
25
二、模糊数学法
环境质量是一个庞大和非常复杂的综合 体,带有明显的随机性和模糊性。而模糊数学 是用数学方法研究与处理模糊现象的数学。 它把数学的应用范围从确定领域扩大到了模 糊领域。越来越多的学者将模糊数学法应用 于环境质量评价中。
m axCi Si 2
av
式中，P 综 为某地区的综合污染指数；
Ci
Si
为土壤污染物中污染指数最大值； max
Ci
Si
av
为土壤污染物中污染指数平均值。
23
（四）环境质量综合评价
1．环境质量综合指数(PI综合) 环境质量综合评价是建立在大气、地面
水、地下水和土壤等环境质量评价的基础上进 行的。采用迭加法，求出环境质量综合指数 (PI综合)： PI综合= PI地面水+ PI地下水+PI大气+ PI土壤+。。
污染物项目P的空气质量分指数（IAQIP） 按下式计算：
9
（一）大气质量评价
举例说明其计算方法： 如：测得的SO2 24小时平均 浓度为76μg/m3, 按标准表 1，SO2的空气质量分指数计 算公式为：
IA P Q 1 10 5 I5 50 0 0 0 (7 6 5) 05 0 10
10
（一）大气质量评价
空气质量指数（AQI）按下式计算： 即取各空气质量分指数的最大值。
11
空气质量指数及相关关系
12
（一）大气质量评价
由上表可知，当SO2 24小时平均浓度 为76μg/m3时， SO2空气质量指数为102， 空气质量指数级别为三级，类别为轻度污染。 按照标准，IAQI大于100为超标污染物，可 知， SO2 24小时平均浓度超标。
17
（二）水质污染评价
2、K法和P法
目前我国用的水质评价方法是综合污染 指数(K)法及水质质量系数(P)法。
18
（二）水质污染评价
（1）水质质量系数（P）：其计算式如下：
p n ci
c i 1 oi
式中：ci——各种污染物的实测含量； coi——地面水中各种污染物浓度的最高
允许标准
19
（二）水质污染评价
21
（三）土壤污染评价
1．单因子污染指数法。计Biblioteka 公式为：PiCi Si
式中，P i 为土壤中污染物i的环境质量指数；
C i 为污染物i的实测质量分数(mg·kg-1)；
S i 为污染物i的评价标准(mg·kg-1)。
22
（三）土壤污染评价
2．内梅罗综合污染指数。计算公式为：
P综 =
Ci Si
这次事件促进了公众对于自身生活环境的关注和对 于政府政策管理监督和参与的积极性，直接促成了空气 污染监测管理的新标准、政策的发布，具有一定的积极 意义。
3
目录
污染指数法 模糊数学法 灰色系统评价法 层次分析法 神经网络法 污染损失率法
一、污染指数法
将某污染物质浓度与该物质的环境 质量标准对比，比值就是污染指数。 当污染指数大于1时，表示超标。数值 越大，污染越重。在环保站，环境质量 报告书的编写多用指数法。
五、神经网络法
神经网络法是基于样本训练的评价方法,它力图模 拟人脑的一些基本特性如自适应性、自组织性和容 错性等，已广泛应用于模式识别、分析预测、系统 辨认及实验条件优化等方面。迄今为止的研究结 果表明，人工神经网络是处理模糊、非线性关系问 题的有力工具和手段。
基本思想
①选定样本,通过不断的正向和反向反馈,对神经网 络进行训练,直至得出满意的、与样本预期输出 相符合的计算结果;
定义及特点
灰色系统是指“部分信息已知,部分信息未 知”的“小样本”,“贫信息”的不确定性系统, 它通过对“部分”已知信息的生成、开发去 了解、认识现实世界，实现对系统运行行为 和演化规律的正确把握和描述.
灰色系统模型的特点：对试验观测数据及 其分布没有特殊的要求和限制，是一种十分 简便的新理论，具有十分宽广的应用领域。
41
污染损失率法基本原理
2、詹姆斯污染- 损害曲线
式中: Si为第i种重金属对土壤环境质量的损害值; Ci为第i种重金属的浓度; K为土壤资源的环境价值总量; ai和bi为待定参数,由第i种污染物的特性确定。
当Ci ∞时, Si 0, 说明当土壤中某种重金属浓 度很大时, 土壤环境质量完全受损.
42
后的加权公式为
Wi
Ci / Si Ci / Si
其中，C i 为第i种污染物的i平均实测浓度；S i 为第
i种污染物的背景值。
32
模糊综合评价步骤
7、综合评价
综合计算区域内总体污染隶属于评价等级的大 小，公式为：
P 综合 P(A )W i
33
三、灰色系统评价法
灰色聚类法是在模糊数学方法基础上发展 起来的，但在权重处理等方面更趋于客观合 理。灰色聚类法不丢失信息，用于环境质量 评价所得结论比较符合实际，具有一定可比 性。近年来，灰色聚类法已在大气、水质、 噪声等环境质量评价中得到应用。
模糊综合评价步骤
1、样本的构成
设有k个监测点，且各有i个污染物，每个 指标有j个环境质量等级，则能确立因素论域 U＝｛x1，x2，…xm｝的m个评价因子，评价 论域V＝｛v1，v2，…vp｝ 的p个评价标准等 级。
27
模糊综合评价步骤
2、确定隶属函数
根据环境质量分级标准，采用分段线性变 换求每单项污染指标对各评价等级的隶属函 数 XA(x) 。
污染损失率法基本原理
1、 污染损失率
任一环境中都存在多种污染物, 各种污染物造成的 损失与污染物浓度呈“S”型非线性关系, 即污染物对环 境的损害在低剂量时表现不明显, 在污染物达到临界剂 量之后, 随污染剂量的继续增加, 环境受损程度急剧增 加; 当污染剂量增加到一定程度后环境质量的受损程度 又呈缓慢增长, 达到污染损害的极限。
(axb)b 1aa bXA(x)dx
30
模糊综合评价步骤
5、计算各单项污染指标的模糊概率
根据所建立的各单项污染指标对各评价等级
的隶属函数及实测值在区间内点数计算的概率，
计算出各单项污染指标在各评价等级的模糊概率，
即
P() XA(xi)pi
i1
31
模糊综合评价步骤
6、确定单项污染物的权值。
计算出各单项污染物的分指数，即。归一化
环境质量评价方法
前言
环境质量(environmental quality)一般是 指一定范围内环境的总体或环境的某些要素 对人类生存、生活和发展的适宜程度。
环境质量评价(environmental quality assessment)，按照一定的评价标准和评 价方法对一定区域范围内的环境质量进行说 明、评定和预测。
1、单因子污染指数法 目前我国的水质监测公报中采用的便是单
因子污染指数法评价水体综合水质。 其基本思想是：在所有参与综合水质评价
的水质指标中,选择水质最差的单项指标所属类 别来确定所属水域综合水质类别。
16
（二）水质污染评价
1、单因子污染指数法
计算公式为：
Ii
Ci C oi
式中， Ii为水体中污染物i的环境质量指数；Ci为 污染物i的实测浓度； Coi为污染物i的评价标准 值。
28
模糊综合评价步骤
3、确定监测数值在各区间的概率
在研究区域内随机选择k个监测点，根据 实际情况，将每一单项污染指标的值划分为 一系列连续区间，由该单项污染指标实测值 在各区间内的点位数，确定出实测值位于各
区间内的概率 p i 。
29
模糊综合评价步骤
4、平均隶属度的确定
分别计算各污染物指标在每段区间内的部分 对于评价等级｛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。。。。｝ 的平均隶属度，其计算公式为：
13
（一）大气质量评价
值得一提的是该标准重要更新之一：新增污 染项目指标颗粒物(粒径小于等于2.5μm)，即 通常所称的PM2.5。
14
（一）大气质量评价
3、其它大气质量指数
（1）白勃考大气污染综合指数 （2）橡树岭大气质量指数(ORAQI) （3）密特大气质量指数 （4）超标指数 等等
15
（二）水质污染评价
43
2
引子
2011年12月4日19时，美使馆监测到的北京PM2.5 瞬时浓度为522ug/m3，对应空气质量指数(AQI)为上 限值500，健康提示为“指数以外”。
美使馆监测到的PM 2.5浓度数值，通过一定的公 式转换为AQI指数，对应地作出空气质量评价。其中， 污染最严重的等级为AQI达到301～500，对应的空气 质量评价为H (危险的)，而500就是AQI的最高值。
②基于训练好的神经网络,对评价样本进行综合环 境评价。
37
六、污染损失率法
污染损失率法采用一种新的评价理论, 即利用詹 姆斯污染- 损害曲线, 从污染程度与危害、损失关系 的角度来评价某环境要素的价值, 能有效地克服上述 评价方法物理意义不明显的缺陷.
污染损失率法基本原理
1、 污染损失率
任一环境中都存在多种污染物, 各种污染物造成的 损失与污染物浓度呈“S”型非线性关系, 即污染物对环 境的损害在低剂量时表现不明显, 在污染物达到临界剂 量之后, 随污染剂量的继续增加, 环境受损程度急剧增 加; 当污染剂量增加到一定程度后环境质量的受损程度 又呈缓慢增长, 达到污染损害的极限。
7
（一）大气质量评价
环境保护部于2012年2月29日批准《环境 空气质量指数（AQI）技术规定（试行）( HJ 633—2012 2016-01-01实施) 》为国家环境 保护标准。该标准依据《环境空气质量标准》，规 定了环境空气质量指数日报和实时报工作的要求和 程序。
8
（一）大气质量评价
该标准选取了CO、NO2、SO2、O3和 PM10、PM2.5六个参数计算AQI。
（2）综合污染指数（K）：其计算式如下：
K n ck ci
i1
coi
式中：ck——根据具体条件规定的水体各种污染 物浓度的统一最高允许标准。即为权重校正因子。
20
（二）水质污染评价
3、其它水质评价指数法 （1）布朗水质评价指数 （2）普拉特（L. Prati）水质评价指数 （3）内梅罗（N. L. Nemerow）水质指数 （4）（S. L. Ross）罗斯水质指数 等等
（一）大气质量评价
1. 美国PSI指数
美国于1976年9月首次公布了《污染物 标准指数(PSl)》。PSI 指数考虑CO、NO2、 SO2、氧化剂和颗粒物质五个参数，以及SO2 和颗粒物质浓度的乘积。
6
（一）大气质量评价
2.环境空气质量指数（AQI）
空气质量指数（Air Quality Index，简 称AQI）定义为定量描述空气质量状况的无量纲指 数，针对单项污染物的还规定了空气质量分指数 （Individual Air Quality Index，简称 IAQI）。利用空气质量指数可以直观地评价大气 环境质量状况并指导空气污染的控制和管理。
39
污染损失率法基本原理
2、詹姆斯污染- 损害曲线
式中: Si为第i种重金属对土壤环境质量的损害值; Ci为第i种重金属的浓度; K为土壤资源的环境价值总量; ai和bi为待定参数,由第i种污染物的特性确定。
当Ci ∞时, Si 0, 说明当土壤中某种重金属浓 度很大时, 土壤环境质量完全受损.
40
24
2、带权重的环境质量综合指数(PI综合)
1 n
PI综合
WiPIij
n i1
式中：j——环境污染要素
Wj——权重。
例如：PI综合=1/4(0.6×PI大气+0.2×PI噪声 +0.1×PI地面水+0.1×PI地下水)
25
二、模糊数学法
环境质量是一个庞大和非常复杂的综合 体,带有明显的随机性和模糊性。而模糊数学 是用数学方法研究与处理模糊现象的数学。 它把数学的应用范围从确定领域扩大到了模 糊领域。越来越多的学者将模糊数学法应用 于环境质量评价中。
m axCi Si 2
av
式中，P 综 为某地区的综合污染指数；
Ci
Si
为土壤污染物中污染指数最大值； max
Ci
Si
av
为土壤污染物中污染指数平均值。
23
（四）环境质量综合评价
1．环境质量综合指数(PI综合) 环境质量综合评价是建立在大气、地面
水、地下水和土壤等环境质量评价的基础上进 行的。采用迭加法，求出环境质量综合指数 (PI综合)： PI综合= PI地面水+ PI地下水+PI大气+ PI土壤+。。
污染物项目P的空气质量分指数（IAQIP） 按下式计算：
9
（一）大气质量评价
举例说明其计算方法： 如：测得的SO2 24小时平均 浓度为76μg/m3, 按标准表 1，SO2的空气质量分指数计 算公式为：
IA P Q 1 10 5 I5 50 0 0 0 (7 6 5) 05 0 10
10
（一）大气质量评价
空气质量指数（AQI）按下式计算： 即取各空气质量分指数的最大值。
11
空气质量指数及相关关系
12
（一）大气质量评价
由上表可知，当SO2 24小时平均浓度 为76μg/m3时， SO2空气质量指数为102， 空气质量指数级别为三级，类别为轻度污染。 按照标准，IAQI大于100为超标污染物，可 知， SO2 24小时平均浓度超标。
17
（二）水质污染评价
2、K法和P法
目前我国用的水质评价方法是综合污染 指数(K)法及水质质量系数(P)法。
18
（二）水质污染评价
（1）水质质量系数（P）：其计算式如下：
p n ci
c i 1 oi
式中：ci——各种污染物的实测含量； coi——地面水中各种污染物浓度的最高
允许标准
19
（二）水质污染评价
21
（三）土壤污染评价
1．单因子污染指数法。计Biblioteka 公式为：PiCi Si
式中，P i 为土壤中污染物i的环境质量指数；
C i 为污染物i的实测质量分数(mg·kg-1)；
S i 为污染物i的评价标准(mg·kg-1)。
22
（三）土壤污染评价
2．内梅罗综合污染指数。计算公式为：
P综 =
Ci Si
这次事件促进了公众对于自身生活环境的关注和对 于政府政策管理监督和参与的积极性，直接促成了空气 污染监测管理的新标准、政策的发布，具有一定的积极 意义。
3
目录
污染指数法 模糊数学法 灰色系统评价法 层次分析法 神经网络法 污染损失率法
一、污染指数法
将某污染物质浓度与该物质的环境 质量标准对比，比值就是污染指数。 当污染指数大于1时，表示超标。数值 越大，污染越重。在环保站，环境质量 报告书的编写多用指数法。