安徽工业大学：《环境质量评价与系统分析》第三章 环境质量评价的数学模型

环境质量评价与系统分析 安徽工业大学建工学院 二O○四年六月八日

环境质量评价与系统分析 安徽工业大学建工学院 二○○四年六月八日

目录 囗1.环境质量讦价与系统分析 口2.数学模型概述」 口3.环境质量评价的数学模型 口4.污染源评价与总量控制 囗5.大气环境质量评价及影响预测 口6.水环境质量评价和影响预测 口7.环境噪声影响预测及评价 口8.环境系统最优化 口9.附录

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

3.环境质量评价的数学模型 3.1指数评价模型 3.单因了指数 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. 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, 定仄里灯环的衣,眈可以表示单因子的, 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。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 7.0-pH 对于pH7.0 DO P ph,-70 Ⅰn=10-90对于Cp<

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. DO DO s DO s DO DO C S O S O C I  − − = 对于 i i i S C I = D O D O D O D O D O C S S C I =10 − 9 对于  7.0 7.0 7.0  − − = pH pH pH I d p H 对于 7.0 7.0 7.0  − − = pH pH pH I u p H 对于

3.1.2多因子指数 1均值型多因子指数/、,/ 12计权型多因子环境质量指数2 I=∑W1 口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∑W=1 的权系数 3. NL Nemerow(内梅罗)指数 内梅罗指数是一种突出最大值的计权型多因子环境质量指数 (Max1+(avel

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。   = = = = n i i i n i i S C n I n I 1 1 1 1 = = n i i i I W I 1 = = n i Wi 1 1 2 ( ) ( ) 2 2 MaxIi AveIi I + = （3-7） 3.N.L.Nemerow (内梅罗)指数 内梅罗指数是一种突出最大值的计权型多因子环境质量指数

3.1.3空气污染指数 揩数門 index,简称APr)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APT 50对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准 (2)API100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

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

表3-4空气污染指数分级标准(试行) (2000年4月27日发布) 空气质量级空气质量状↓健康的影响 APt 0≈50 优 可正常活动 51~100Ⅱ 良 可正常活动 10l~150 Ⅲ1轻微污染长期接触,易感人群出现症状 151~200 Ⅲ12轻度污染长期接触,健康人群出现症状 201~250 Ⅳ1中度污染一定时间接触后健康人群出现症 状 251~300 ⅣV,中度重污染 定时间接触后,心脏病和肺病患 者症状显著加剧 >300 重度污染健康人群明显强烈症状,提前出现 某些疾病

表3-4 空气污染指数分级标准(试行) （2000年4月27日发布） API 空气质量级 别 空气质量状 况 对健康的影响 0～50 I 优 可正常活动 51～100 II 良 可正常活动 101～150 III III1 轻微污染 长期接触, 易感人群出现症状 151～200 III2 轻度污染 长期接触, 健康人群出现症状 201～250 IV IV1 中度污染 一定时间接触后, 健康人群出现症 状 251～300 IV2 中度重污染 一定时间接触后,心脏病和肺病患 者症状显著加剧 >300 V 重度污染 健康人群明显强烈症状, 提前出现 某些疾病

少/ 污染指数API的计算方法 空气质量空气质量 描述 等级 API 二氧化硫浓度可吸入颗粒 物 500 2620 重污染|V 400 2100 中度污染ⅣV 300 1600 轻度污染|I 1200250 350 良 100 150 150 优 50 50 50 耨邇得终蹑斆冷耪物添度星否分以和已是 对应于浓度值时别①肯数医,再按眼押值法计务该污染物 浓度的/P 0 d50)4 36=15

空气污染指数API的计算方法 空气质量 描述 空气质量 等级 API 二氧化硫浓度 可吸入颗粒 物 严重污染 V 500 2620 400 2100 中度污染 IV 300 1600 轻度污染 III 200 250 350 良 II 100 150 150 优 I 50 50 50 将监测点的各项污染物浓度日均值与各自的分级标准限值相比较，确定 对应于该浓度值时API所在的API指数区间，再按照插值法计算该污染物 浓度的API值。 i n i n i n i n i n i i n i I I I C C C C I , 1 , , , 1 , , ( ) ( ) ( )  − + − − = + + (200 150) 100 125 350 150 200 100 1 0 − + = − − I p M = 根据测得的可吸入颗粒物浓度值是200μg/NM3，计算API

环境质量的分级聚类模型 口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。 表3-6积分值法的环境质量分级 积分值 IM96>M676>M6060M4040>M 「环境质量等级一一级三二级 级四级 五级 表3-7大气环境中污染物浓度(mg/Nm°)和单因子评分 级 级 级 四级 五级 污染因子20分)1612 4 总悬浮微粒015 0.3 0.5 10 >10 飘尘0.5 0.15 0.25 0.50 >0.50 SO2 10.50 ENOX 0.30 cO 12.0

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。 表3-6 积分值法的环境质量分级 积分值 M≥96 96＞M≥76 76＞M≥60 60＞M≥40 40＞M 环境质量等级 一级 二级 三级 四级 五级 表3-7 大气环境中污染物浓度(mg/Nm3 )和单因子评分 一级 二级 三级 四级 五级 污染因子 20(分) 16 12 8 4 总悬浮微粒 ≤0.15 0.3 0.5 1.0 >10 飘尘 ≤0.5 0.15 0.25 0.50 > 0.50 SO2 ≤0.05 0.15 0.25 0.50 >0.50 NOx ≤0.05 0.10 0.15 0.30 >0.30 CO ≤4.0 4.0 6.0 12.0 >12.0

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 口在模糊评价法中,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。 口模糊集用U,V,W作为一特定集合的标记,设U 的元素为

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