纳米陶瓷工程项目资源环境承载力常用分析方法(工程管理).docx
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1、泓域咨询/纳米陶瓷工程项目资源环境承载力常用分析方法纳米陶瓷工程项目资源环境承载力常用分析方法一、 项目背景分析纳米陶瓷是将纳米级陶瓷颗粒、晶须、纤维等引入陶瓷母体,以改善陶瓷的性能而制造的复合型材料,其提高了母体材料的室温力学性能,改善了高温性能,并且此材料具有可切削加工和超塑性。纳米陶瓷是近20年发展起来的新型超结构陶瓷材料。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中,晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平(1100nm),使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高,克服了工程陶瓷的许多不足,并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响,为替代工程陶瓷的应用开拓了
2、新领域。纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级(0.1100nm)尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了块状材料所不具有的特殊的效应。具体地说纳米粉体材料具有以下的优良性能:极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能,可以显著降低材料的烧结温度、节能能源;使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化,改善陶瓷材料的性能,提高其使用可靠性;可以从纳米材料的结构层次(l100nm)上控制材料的成分和结构,有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。另外,由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。如果粉料的颗粒堆积均匀,烧成收缩一致且晶粒均匀长大,那么颗粒
3、越小产生的缺陷越小,所制备的材料的强度就相应越高,这就可能出现一些大颗粒材料所不具备的独特性能。由于纳米陶瓷具有的独特性能,如做外墙用的建筑陶瓷材料则具有自清洁和防雾功能。随着高技术的不断出现,人们对纳米陶瓷寄予很大希望,世界各国的科研工作者正在不断研究开发纳米陶瓷粉体并以此为原料合成高技术纳米陶瓷。二、 其他方法资源环境承载力综合评价属于多要素、多属性的评价,在实际工作中,常用的分析评价方法还有系统动力学方法、情景分析法、TOPSIS法、模糊综合评价法、主成分分析法、能值分析法、资源与需求差量法等。(一)系统动力学(SD)方法系统动力学方法是一种定性与定量相结合的方法,通过建立系统动力学模型
4、进行系统模拟。系统动力学方法解决问题的过程实际上是寻优的过程,其最终的目的是寻求较优或次优的结构与参数,以寻求较优的系统功能,系统动力模型在土地承载能力、资源承载能力、环境承载能力和生态承载能力方面得到广泛的应用。系统动力学模型的驱动关系明晰,能有效反映人口、资源、环境和发展之间的关系,能较好地反映系统本质,适合用于分析研究信息反馈系统的结构、功能与行为之间动态的辩证统一关系,从系统整体协调的角度来对区域生态承载能力进行动态计算。然而,参变量不好掌握,及受地域性限制等原因,系统动力学模型易导致不合理的结论。其应用步骤如下:(1)系统流图设计根据系统内部各因素之间的关系设计系统流图,目的是反映各
5、因素因果关系、不同变量的性质和特点。流图中一般包含两种重要变量:状态变量和变率。(2)主要状态方程描述与模型构建根据环境承载能力及系统要素之间的反馈关系,建立描述各类变量的数学方程,通常包括状态方程、常数方程、速率方程、表函数、辅助方程等。(3)模型的仿真计算将各规划方案确定的不同输入变量,通过仿真运算,得出不同规划方案下的资源环境承载力、国内生产总值、人口数、资源条件、环境质量等指标,并通过对比分析进行方案比选。系统动力学可以从定性和定量两方面综合地研究系统整体运行状况,通过分析各要素之间的联系和反馈机制,综合协调各要素,从而为制定有利于区域可持续发展的规划方案提供指导。该方法适用于空间尺度
6、大、系统较为复杂的区域资源与环境承载力分析评估。(二)TOPSIS法TOPSIS模型即为“逼近理想解排序方法”,它是系统工程中常用的决策技术,主要用来解决有限方案多目标决策问题,是一种运用距离作为评价标准的综合评价法。通过定义目标空间中的某一测度,据此计算目标靠近/偏离正、负理想解的程度,可以评估区域资源环境承载力,且能够全面客观地反映区域资源环境承载力的动态及变化趋势。其步骤如下:(1)构建评价指标体系。(2)标准化评价矩阵构建。(3)评价矩阵构建。(4)正负理想解确定。(5)距离计算。(6)计算评价对象与理想解得贴进度。(三)模糊评价法(1)建立评价指标集合。(2)建立评语等级论域。 (3
7、)建立单因素评价。(4)确定评价因素的模糊权向量。(5)模糊综合评价的模型。(6)对模糊评价结果向量进行分析。(四)主成分分析法主成分分析法是度量多变量之间相关性的一种多元统计方法。通过数理统计分析,求得各要素间线性关系的实质上有意义的表达方式,即研究用变量族的少数八个线性组合(新的变量族)来解释多维变量的协方差结构,挑选最佳变量子集,简化数据,揭示变量间关系的一种多元统计分析方法。一般通过借助正交变换,将其分量相关的原随机向量转化为其分量不相关的新随机向量,即把二元协方差矩阵转换为对角矩阵,在几何上表现为原坐标系变为新正交坐标系,然后对整个变量系统进行降维处理,以较高的精度转换为低维变量系统
8、,同时找出信息涵盖量最大的几个主成分,进而对所需解决的问题进行综合评价。主成分分析法就可把研究的问题变得比较简单,而且这些较少的指标之间互不相关,又提供原有指标的绝大部分信息段。主成分分析除降低多变量数据系统的维度以外,还简化了变量系统的统计数字特征。(五)能值分析法由于生态系统中各能量是有质的差别的,所以不能用一般意义上的能量观点进行承载能力测度分析。20世纪80年代,奥德姆以能值为衡量单位建立了一套分析理论,一般称为能值分析理论。能值分析是以能值为基准,把生态经济系统中不同能流(能物流、货币流、人口流和信息流等)量纲的能量转化成同一标准的能值,通过计算一系列能值综合指标,来定量分析系统的结
9、构功能特征与生态经济效益。任何形式的能量均源于太阳能,故常以太阳能为基准衡量各种能量的能值。布朗和尤吉阿蒂首次通过能值分析理论开发出可以实际应用的承载能力评价指标ESI(能值可持续指标),它被定义为系统能值产出率与环境负载的比值,然后根据ESI的大小评价系统超载状况。能值分析方法采用能值作为统一量纲,简化了生态过程,有更大的应用空间,但该方法本身存在不足,主要是:涉及的因子之间的关系过于简单,数目较少难以体现复杂系统的非线性特征。针对特定地区,依靠换算率或调节因子同度量处理不同资源、环境因子的做法,显得粗糙,因为转换率或调节因子是通过更大尺度平均计算而来的,它更适合国家或国际范围的承载力估算。
10、对指标临界值的选取缺乏科学的程序。(六)资源与需求差量法区域生态承载力体现了一定时期、一定区域的生态环境系统对区域社会经济发展和人类各种需求(生存需求、发展需求和享乐需求)在量(各种资源)与质(生态环境质量)方面的满足程度。因此,区域生态环境承载力可以从该地区现有的各种资源量与当前发展模式下社会经济对各种资源的需求量之间的差量关系,以及该地区现有的生态环境质量与当前人们所需求的生态环境质量之间的差量关系,进行分析和评价。三、 生态足迹法及应用案例生态足迹将每个人消耗的资源折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积,通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值生态赤字或生态盈余,准确地反映了不同区
11、域对于全球生态环境现状的贡献。生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度,又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量,也揭示了人类生存持续生存的生态阈值。它通过相同的单位比较人类的需求和自然界的供给,使可持续发展的衡量真正具有区域可比性,评估的结果清楚地表明在所分析的每一个时空尺度上,人类对生物圈所施加的压力及其量级,因为生态足迹取决于人口规模、物质生活水平、技术条件和生态生产力。(一)基本模型1、基本概念生态足迹也称生态占用,任何已知人口(某个个人、一个城市或一个国家)的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生态生产性土地的总面积和水资源量。2计算
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