水体富营养化评价方法比较分析

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灰色决策是指在事件、对策、目标和效果统 一的前提下,对明显含有灰元的系统进行 决策。而F-G决策是对于一个决策集具有 Fuzzy性的灰色系统,对应不同目标,构造 不同的隶属函数,使事件和对策组成的局 势集通过映射而获得.效果测度。
2.8 模糊数学法
模糊数学法是采用隶属函数来描述水质的分 界,体现了实际界限的模糊性,避免了以往 水质分级不连续的弱点,使评价结果更接近 客观实际。权重的大小根据超标多少确定, 考虑了各项参数在总体污染中的作用差异, 而且最终结果不仅能够反映出水体的水质级 别,还能反映出该水体对应于各级水质的隶 属情况(陈秋平,胥思勤,2014)。
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2.11 灰色层次决策法
李祚泳等(1992)利用了灰色层次决策法进 行了湖泊富营养化的综合评价。
灰色层次决策,一般分为统计决策层(A层)、 专业作业层(B层)和管理决策层(C层)。
当A、B、C三级决策得到后,A、B级联合决 策可采用保险决策作出,即比较A、B两级的 决策权,先大中取小、再小中取大。AB与C 级的联合决策,可用AB与C比较,采用大中取 小方式作出。
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2.6 灰色系统理论法 步骤: 1 确定事件集、对策集、目标集 将湖泊水体富营养化状况划分为5个等级构成 对策集;参加评价的5个污染参数构成目标集。 2 计算目标效果测度 对某污染指标k,每一局势Sij都有一个效果值, 效果值全体构成效果测度矩阵。基于非时间 序列的单点数据,采用不同的白化函数作为 目标效果测度的计算公式。
• 我国部分湖泊污染源主要来自湖外点源和 非点源排放及湖内底泥的释放。
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1 背景介绍
• 在自然状态下,湖泊的这种演变过程是极 为缓慢的,往往需要几千年,甚至更长的 时间才能完成。但在人类活动的影响下, 这种演化过程大大加快,富营养化引起的 环境问题日益严重。因此有必要建立一种 科学、统一的评价方法,以便加强对湖泊 的管理,保护湖泊生态环境。
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2.6 灰色系统理论法 •
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2.6 灰色系统理论法 •
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2.7 多目标的Fuzzy-Grey决策评价
F-G决策是对于一个对策集具有Fuzzy性的灰 色系统,对应不同目标,构造不同隶属函 数,使事件和对策组成的局势集通过映射 而获得效果测度。应用灰色概念,在各种 可能的对策方案中,挑选出一个效果最佳 方案(李祚泳,邓新民,1990)。
3
中富营 养
6.0
0.05
1.00
0.010
4 富营养 10.0
0.10
1.50
0.030
重富营
5

15.0
0.20 .
2.00
0.065
补充
• 单项指标法主要包括物理指标、化学指标 和生物指标。富营养化因素很多且影响机制 复杂,因此单项指标法并不能充分反映富营 养化水平。
• 潜在性富营养化评价方法是根据DIN、活性 磷酸盐含量、氮磷比结合国家海水水质标准, 参照生物培养实验结果,对水质富营养化情 况做出分级。
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2.12 模糊评价模型
冯玉国(1992)考虑到湖泊富营养化评价具 有的模糊性和灰色性,因此模糊数学和灰色 系统理论方的应用引起了人们的关注。但已 有些方法也存在一些问题,如有的方法计算 较繁,评价结果趋于均化,分辨率低等。 它将C设为n个湖泊组成的样本级,每个样本 有m项评价指标,于是有m×n阶的实测指标 矩阵,再按照湖泊富营养化评价标准,则有 m×t阶标准值矩阵,进而确定t×n阶隶属度 矩阵。
年代初提出的;
物源分析法
用实数区间内的数值表示 各指标的级别,差别较大
未知(极少使用)
(冯玉国,1Hale Waihona Puke Baidu96)
模糊评价模型 不详
.陈守煜于1991年提出 (冯玉国,1992)
4 实例分析
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4 实例分析
殷守敬等(2018)提出一种将地面观测数据 空间插值与遥感反演结合的湖泊富营养化 评价方法与业务化运行模式。对叶绿素a等 可反演参数利用遥感影像反演,并利用实 测值校正获得高精度反演结果;对总磷等 不易反演参数采用空间插值获取全湖区数 据,采用综合营养指数法对巢湖富营养化 状态进行反演,获得2015年5月12日巢湖富 营养化状态空间分布情况。结果表明,巢 湖全湖为轻度和中度富营养化状态,呈现 出西半湖高于东半湖的总体空间分布趋势。
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1 背景介绍
➢湖泊(水库)营养状态分级:
营养状态指数
水体营养状态等级
TLI(∑)<30
贫营养(Oligotropher)
30≤TLI(∑)≤50
中营养(Mesotropher)
TLI(∑)>50
富营养 (Eutropher)
50<TLI(∑)≤60
轻度富营养(light eutropher)
60<TLI(∑)≤70
灰色评价模型 所建模有机结理果的准确性基于冯 关联玉分国析19原96理年得根出据灰色(冯玉国,1996)
灰色聚类法
指结果标不权同重的不同会导致邓 概念聚拓龙广教来授根据“灰箱(陈娟”朱,2新庆00峰庚4),和廖张秀丽淑,
层次分析法是美国运筹学
灰色层次决策法
评价时未考虑生物指标
家 、 匹 兹 堡 大 学 的(李祚泳,邓新民 T.L.Saaty 教 授 等 人 在 七 十和张辉军,1992)
• 模糊评价数学模型的建立:
1 建立评价对象的因素集
因素集U是参与评价的n个污染因子的实 .
2.8 模糊数学法 •
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2.8 模糊数学法 •
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2.8 模糊数学法 •
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2.9 灰色评价模型 •
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2.9 灰色评价模型 •
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2.9 灰色评价模型 •
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2.10 灰色聚类法 朱庆峰等(2004)认为灰色聚类法评价的主
• 人工神经网络法主要结构包含输入、隐藏 和输出三层,每层都由一个或多个节点(神 经元)组成,同层神经元之间没有连接,相
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3 比较分析
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缺陷
起源
参考文献
总成分分析营养度 需根据区域动态的实时性 王俊等人1994年提出的评 (王俊,姜建祥,吕
评价法
校正或协调有关模型
价模式
耀坤和王宁,1994)
计算步骤繁琐、耗时长,
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2.6 灰色系统理论法
灰色系统理论法考虑到环境是一个多因素、多层次的复 杂系统,将湖泊水体富营养化评价看作是一个灰色局 势决策问题。通过构造局势与局势矩阵、确定目标效 果测度、多目标决策、确定最优局势等一系列系统分 析计算,判断出湖泊的水体富营养化级别。
由于湖泊水质各项指标(称为目标 )的监测数据中含有 灰元,分级标准中也含有灰元,因此湖泊水体富营养 化评价是一个灰色局势决策问题。各不同量纲事件量 级的指标用效果测度统一计量,根据综合效果测度确 定最优局势,由此即可判断湖泊水体富营养化级别。
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2.1 总成分分析营养度评价法 •
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2.1 总成分分析营养度评价法 各参数的营养状态指数计算公式如下:
a. TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl) b. TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP) c. TLI(TN)=10(6.453+1.694TN) d. TLI(CODMn)=10(0.109+2.661CODMn) e. TLI(BOD5)=10(2.118+2.579BOD5) f. TLI(NO2-N)=10(7.77+1.649NO2-N) 计算结果用分营养度计算公式计算得,其中 ln(chl)的经验公式为:
主讲人:王新富 PPT制作:张凌霄 课程:现代环境监测技术
2018/05/25
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1 背景介绍 2 评价方法 3 比较分析 4 实例分析
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1 背景介绍
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1 背景介绍
• 湖泊富营养化是指湖泊水体在自然因素和 (或)人类活动的影响下,大量营养盐输 入湖泊水体,使湖泊逐步由生产力水平较 低的贫营养状态向生产力水平较高的富营 养状态变化的一种现象(李茜,张建辉,林 兰钰,李名升和张殷俊,2011)。
• 湖泊富营养化评价,就是通过与湖泊营养 状态有关的一系列指标及指标间的相互关 系,对湖泊的营养状态做出准确的判断。
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1 背景介绍
• 水体富营养化评价早期以综合评价法为主, 但在评价标准和评价指标的选择上很不完 善,导致评价结果无法真实反映富营养化 水平(胡著邦和全为民,2002)。近年来,考虑 到湖泊富营养化评价所具有的模糊性和灰 色性,模糊数学和灰色系统理论方法的应 用引起了人们的关注。这些方法有:模糊 数运算法、模糊评价模型法、灰色聚类法、 灰色局势决策法、灰色层次决策法和模 糊—灰色决策法等(冯玉国,1996)。
要步骤为确定各类白化函数;确定聚类权 重;求聚类系数;确定各聚类对象所属质 量级别。并采取了包括透明度(SD)、溶 解氧(DO)、生化需氧量(BOD5)化学耗 氧量(CODMn)、总磷(TP)、总氮 (TN)、氨氮(NH3-N)、叶绿素a(chla) 八项聚类指标。
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2.10 灰色聚类法 •
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2.10 灰色聚类法 •
灰色系统理论法
计算复杂,适合受多种因 素影响的大型湖泊
色19系82统年理邓论聚龙教授提出灰(赵晓光和赵雪,2006)
多目标的Fuzzy— Grey决策评价
有信息丢失现象
李祚泳在1990年提出
(李祚泳和邓新 民,1990)
模糊数学法 有信息丢失现象
美国应用数学家 L.Zadeh 在 1965 年 发 表(倪国熙,1977) 论文引进模糊集的概念
• 自然界的湖泊随着自然环境条件的变迁, 有其自身发生、发展、衰老和消亡的必然 过程,由湖泊形成初始阶段的贫营养逐渐 向富营养过渡,直至最后消亡。
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1 背景介绍
• 我国湖泊富营养化产生的原因:
通过近年来的研究,尤其是加拿大的沃伦维 德(1968年),日本的合田健(1970年) 及奥地利的列夫勒(1968年)等人的杰出 贡献,目前工人的原因,主要是水体中N, P等营养元素增加,给水生生物(主要是藻 类)大量繁殖提供了丰富的物质基础,导 致浮游藻类(或大型水生植物)暴发性增 殖而造成多种用水障碍。
A级决策:由灰色统计法得出每个评价指标对 各级决策量的灰色权。
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2.11 灰色层次决策法 B级决策 应用灰色局势决策法,求出每个指标对于各 等级的平均效应,并选出其中每一个指标的 最大效益作为每个指标的决策系数。 C级决策 C级决策采用灰色聚类决策。 计算AB的联合决策,以及AB与C的联合决策。 得出湖泊富营养化评价结果的级别。
综合营养状态指数 法
以总氮为主要污染物的水 体进行富营养化状态评价 时更宜采用
王明翠等应用综合营养指 数、评分指数和主成分分 析营养度法分析。
(王明翠,刘雪芹和 张建辉,2002)
营养度指数法 (AHP-PCA法)
仅适用于中营养和富营养 状态的判断
舒金华在1993年提出
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(张思冲,张雪萍和 廖永丰,2003) (王明翠,刘雪芹和 张建辉,2002)
中度富营养(Middle eutropher)
TLI(∑)>70
重度富营养(Hyper eutropher)
在同一营养状态下,指数值越高,其营养程度越
重。
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2 评价方法
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2.1 总成分分析营养度评价法
从众多的因子中选出与营养状态关系最密 切的因子。其中叶绿素chl(一般是指叶绿素a) 称为“基准因子”,它是首先必须选入的。 其次总氮TP因子对湖泊富营养化发展进程具 有显著性,这类因子可优先考虑,强迫进入 评价模型,这类因子称为“重要因子”。此 外,从剩下的因子中,用主成分分析法选择 出评价的“主要因子” 。
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2.12 模糊评价模型 •
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水体富营养化分级标准
级别
营养水 平
高锰酸盐指数
总磷
(CODMn)/(mg· L-1)
(TP)/(mg·L-1)
总氮
叶绿素a
(TN)/(mg·L-1) (Chla)/(mg·m-3)
1 贫营养
2.0
0.01
0.20
0.001
2 中营养
4.0
0.025
0.50
0.004
ln(chl)=1.32ln(TP)-3.28 .
2.2 卡尔森营养状态指数(TSI) •
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2.2 卡尔森营养状态指数(TSI) •
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2.3 修正的营养状态指数 •
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2.4 综合营养状态指数法 •
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2.5 营养度指数法(AHP-PCA法) •
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2.5 营养度指数法(AHP-PCA法) •
卡尔森营养状态指 数(TSI)
不如综合营养指 数法简便易行;没有考虑 到除浮游植物以外的其他
美国科学家卡尔森1977年 (王明翠,刘雪芹和
提出来。
张建辉,2002)
因子对透明度的影响。
修正的营养状态指 忽视了总氮的影响,因而

评价不尽全面。
日本的相崎守弘提出
(江涛,张秋卓,王 端超和象伟宁,2014) (王明翠,刘雪芹和 张建辉,2002)
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