第八章环境质量综合评价PPT讲稿.ppt

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1、第八章环境质量综合评价2023/1/251第1页，共26页，编辑于2022年，星期三 一、模糊综合评价方法一、模糊综合评价方法 环环境境质质量量评评价价需需要要研研究究的的变变量量关关系系愈愈来来愈愈多多、愈愈加加错错综综复复杂杂，其中既有确定的可循的变化规律，又有模糊的一面。其中既有确定的可循的变化规律，又有模糊的一面。环环境境质质量量同同时时具具有有精精确确与与模模糊糊、确确定定与与不不确确定定的的特特性性。有有的的时时候候可可以以用用精精确确的的语语言言来来表表述述，有有的的时时候候则则需需要要用用模模糊糊的的语语言言来来表表述述，因因此此，环环境境质质量量评评价价中中引引入入模模糊糊评

2、评价价方方法法是是客客观观事事物物的的需需要要，也也是是主主观观认识能力的发展。认识能力的发展。第2页，共26页，编辑于2022年，星期三1.1.环境质量评价中引入模糊数学的原因环境质量评价中引入模糊数学的原因环境质量评价中引入模糊数学的原因环境质量评价中引入模糊数学的原因 评评评评价价价价对对对对象象象象、评评评评价价价价方方方方法法法法、评评评评价价价价主主主主体体体体、评评评评价价价价标标标标准准准准都都都都具具具具有有有有不不不不确确确确定定定定性性性性。其原因可其原因可其原因可其原因可归纳为归纳为归纳为归纳为：（1 1）认识认识认识认识的局限引起的不确定性的局限引起的不确定性的局限引

3、起的不确定性的局限引起的不确定性 受受受受环环环环境境境境科科科科学学学学发发发发展展展展的的的的局局局局限限限限 对对对对复复复复杂杂杂杂的的的的环环环环境境境境系系系系统统统统和和和和重重重重要要要要的的的的因因因因果果果果关关关关系系系系缺缺缺缺乏乏乏乏认识认识认识认识。受受受受预预预预测测测测模模模模式式式式的的的的局局局局限限限限 环环环环境境境境质质质质量量量量的的的的预预预预测测测测模模模模式式式式是是是是对对对对实实实实情情情情的的的的近近近近似似似似描描描描述述述述，它它它它既既既既是是是是对对对对环环环环境境境境系系系系统统统统的的的的不不不不严严严严格格格格的的的的智智智

4、智力力力力图图图图象象象象，也也也也是是是是物物物物理理理理、数数数数学学学学的的的的高高高高度度度度抽抽抽抽象象象象概概概概括括括括出出出出来来来来的的的的具具具具有有有有严严严严密密密密结结结结构构构构的的的的图图图图式式式式。因因因因此此此此，预预预预测测测测模模模模式式式式的的的的局局局局限限限限性性性性一一一一方方方方面面面面表表表表现现现现在在在在模模模模式式式式不不不不可可可可控控控控制制制制的的的的变变变变量量量量中中中中永永永永远远远远存存存存在在在在着着着着不不不不可可可可确确确确定定定定性性性性，另另另另一一一一方方方方面面面面表表表表现现现现在在在在人人人人们们们们描描

5、描描述述述述真真真真实实实实情况的能力。情况的能力。情况的能力。情况的能力。受受受受监监监监测测测测技技技技术术术术发发发发展展展展的的的的局局局局限限限限 环环环环境境境境监监监监测测测测能能能能力力力力有有有有限限限限，根根根根本本本本原原原原因因因因是是是是监监监监测测测测技技技技术术术术和分析手段尚不完善。和分析手段尚不完善。和分析手段尚不完善。和分析手段尚不完善。（2 2）环环环环境境境境监测监测监测监测数据的不充分和不可靠引起的不确定性数据的不充分和不可靠引起的不确定性数据的不充分和不可靠引起的不确定性数据的不充分和不可靠引起的不确定性 受受受受采采采采样样样样条条条条件件件件的的

6、的的限限限限制制制制数数数数据据据据不不不不充充充充分分分分 如如如如受受受受仪仪仪仪器器器器、时时时时间间间间、经经经经费费费费等等等等原原原原因因因因的的的的限限限限制制制制，监测监测监测监测数据少，数据少，数据少，数据少，时间时间时间时间、空、空、空、空间间间间重复率低。重复率低。重复率低。重复率低。第3页，共26页，编辑于2022年，星期三 数数数数据据据据的的的的代代代代表表表表性性性性差差差差 在在在在难难难难以以以以得得得得到到到到监监监监测测测测数数数数据据据据时时时时，经经经经常常常常以以以以外外外外推推推推的的的的方方方方式式式式得得得得到到到到。如如如如某某某某种种种种污

7、污污污染物染物染物染物对对对对人体健康的效人体健康的效人体健康的效人体健康的效应应应应剂剂剂剂量曲量曲量曲量曲线线线线。缺少缺少缺少缺少历历历历史累史累史累史累积积积积数据数据数据数据 （3 3）随机性和可随机性和可随机性和可随机性和可变变变变性引起的不确定因素性引起的不确定因素性引起的不确定因素性引起的不确定因素 随随随随机机机机性性性性是是是是环环环环境境境境要要要要素素素素的的的的一一一一种种种种属属属属性性性性，如如如如影影影影响响响响大大大大气气气气和和和和水水水水体体体体稀稀稀稀释释释释自自自自净净净净能能能能力力力力的的的的湍湍湍湍流流流流过过过过程就是一个随机程就是一个随机程就

8、是一个随机程就是一个随机过过过过程。程。程。程。环环环环境境境境质质质质量量量量有有有有其其其其自自自自身身身身的的的的演演演演变变变变规规规规律律律律，人人人人类类类类活活活活动动动动对对对对环环环环境境境境质质质质量量量量的的的的改改改改变变变变，是是是是叠叠叠叠加加加加在在在在这这这这个个个个变变变变化化化化规规规规律律律律之之之之上上上上的的的的。这这这这也也也也就就就就体体体体现现现现了了了了环环环环境境境境质质质质量量量量变变变变化化化化的的的的可可可可变变变变性。性。性。性。预测误预测误预测误预测误差中的随机性。差中的随机性。差中的随机性。差中的随机性。（4 4）评评评评价主体的

9、心理因素造成的不确定性价主体的心理因素造成的不确定性价主体的心理因素造成的不确定性价主体的心理因素造成的不确定性 综综综综上上上上所所所所述述述述，评评评评价价价价结结结结论论论论必必必必然然然然存存存存在在在在一一一一定定定定程程程程度度度度的的的的不不不不确确确确定定定定性性性性。如如如如何何何何处处处处理理理理评评评评价价价价中中中中的的的的不不不不确确确确定定定定性性性性因因因因素素素素，不不不不仅仅仅仅关关关关系系系系到到到到评评评评价价价价结结结结论论论论是是是是否否否否全全全全面面面面地地地地反反反反映映映映环环环环境境境境质质质质量量量量的价的价的价的价值值值值，而且，而且，而

10、且，而且还还还还关系到依据关系到依据关系到依据关系到依据评评评评价价价价结论结论结论结论所做的决策是否正确。所做的决策是否正确。所做的决策是否正确。所做的决策是否正确。第4页，共26页，编辑于2022年，星期三 2.2.模糊集理模糊集理模糊集理模糊集理论论论论在在在在环环环环境境境境质质质质量量量量评评评评价中的价中的价中的价中的应应应应用用用用 （1 1）模糊集合理模糊集合理模糊集合理模糊集合理论简论简论简论简介介介介 随随机机性性和和模模糊糊性性都都是是不不确确定定性性。所所谓谓随随机机性性，是是指指事事件件的的发发生生与与否否而而言言，但但事事件件本本身身的的含含义义是是确确定定的的，而

11、而是是由由于于条条件件不不充充分分，事事件件的的发发生生与与否否有有多多种种可可能能的的不不确确定定性性，如如在在0,1上上取取值值的的概概率率分分布布函函数数就就是是描描述述这这种种随随机机性性的的；所所谓谓模模糊糊性性，是是指指元元素素对对集集合合的的隶隶属属关关系系而而言言，而而事事件件本本身身的的含含义义是是不不确确定定的的，但但事事件件的的发发生生与与否否是是可可以以确确定定的的，因因而而元元素素对对集集合合的的隶隶属属关关系系是是不不确确定定的的。在在0,1上上取取值值的的隶隶隶隶属属属属函函函函数数数数就就是是描描述述这这种种模模糊糊性性的的。模模糊糊数数学学就就是是用用数数学学

12、的的方方法法来来研研究究、处处理理实实际际当当中中存存在在的的大大量量不不确确定定的、模糊的的、模糊的问题问题。第5页，共26页，编辑于2022年，星期三 模模糊糊集集合合 普普通通集集合合是是用用于于描描述述“非非此此即即彼彼”的的清清晰晰概概念念，因因而而它它可可用用属属于于或或不不属属于于来来确确定定集集合合的的全全体体成成员员。如如所所有有大大于于的的实实数数，可用集合可用集合Axx来来表表示示。它它表表明明大大于于的的实实数数都都是是A的的成成员员，尽尽管管A的的元元素素无无法法一一一一列列举，举，但其范围是可以完全确定的。但其范围是可以完全确定的。若若将将上上述述概概念念改改为为“

13、所所有有比比大大得得多多的的实实数数”，这这就就变变成成一一个个模模糊糊概概念念了了。因因为为无无法法划划出出严严格格分分明明的的界界限限，在在界界限限内内部部都都属属于于“比比1大大得得多多的的实实数数”，在在界界限限外外都都不不属属于于。而而只只能能说说某某数数比比1大大得得多多的的实实数数的的程程度度高高，另另一一数数属属于于它它的的程程度度低低。又又如如，判判断断评评价价环环境境质质量量未未污污染染、污污染染较较重重、污污染染严严重重等等，都都很很难难找找出出一一个个分分明明的的界界线线，它它们们都都是是一些模糊概念。一些模糊概念。因因此此，对对于于模模糊糊而而言言，不不能能用用“属属

14、于于和和不不属属于于”来来表表达达。可可用用模模糊糊集集合合A A：0,1来表示，它表明来表示，它表明A是论域是论域上的一个模糊集合。上的一个模糊集合。第6页，共26页，编辑于2022年，星期三隶隶属属度度与与隶隶属属函函数数：隶隶属属度度表表示示元元素素a属属于于模模糊糊集集合合A的的程程度度，这这样样，即即使使集集合合界界线线模模糊糊不不清清，也也不不影影响响我我们们对对元元素素属属于于集集合合的的判判断断，隶隶属属度度可可以以是是0-1 间的任何数。间的任何数。隶属度的概念是普通集合论和模糊集合论的关键区别。隶属度的概念是普通集合论和模糊集合论的关键区别。根根据据用用特特征征函函数数表表

15、示示普普通通集集的的方方法法，可可用用隶隶属属函函数数表表示示模模糊糊集集。隶隶属属函数是指在论域函数是指在论域U到到0,1上的映射上的映射u，即，即 u：U0,1 当当u(u)=1时时，则则u完完全全属属于于模模糊糊集集合合，当当u(u)0时时，则则u完完全全不不属属于于模模糊糊集集合合，u(u)越越接接近近1，u属属于于A的的程程度度就就越越大大。显显然然，当当隶隶属属度度只只取取0，1等值时，模糊集合便退化为普通集合了，即不确定性变成了确定性。等值时，模糊集合便退化为普通集合了，即不确定性变成了确定性。第7页，共26页，编辑于2022年，星期三（2 2）环环环环境境境境质质质质量量量量综

16、综综综合合合合评评评评价的模糊数学模型价的模糊数学模型价的模糊数学模型价的模糊数学模型 用隶属度刻划用隶属度刻划用隶属度刻划用隶属度刻划环环环环境境境境质质质质量的分量的分量的分量的分级级级级界界界界线线线线 在在在在环环环环境境境境质质质质量量量量评评评评价价价价中中中中,“,“污污污污染染染染程程程程度度度度”是是是是一一一一个个个个模模模模糊糊糊糊概概概概念念念念，从从从从而而而而作作作作为为为为评评评评价价价价污污污污染染染染程程程程度度度度的的的的分分分分级级级级标标标标准准准准也也也也应应应应是是是是模模模模糊糊糊糊的的的的，像像像像水水水水质质质质、大大大大气气气气、土土土土壤壤

17、壤壤的的的的分分分分级级级级中常采用的数学指中常采用的数学指中常采用的数学指中常采用的数学指标标标标作作作作为为为为分界分界分界分界线线线线，界，界，界，界线线线线两两两两边边边边截然分截然分截然分截然分为为为为不同不同不同不同级别级别级别级别。例例例例如如如如标标标标准准准准把把把把一一一一级级级级水水水水的的的的溶溶溶溶解解解解氧氧氧氧(DO)(DO)规规规规定定定定为为为为8.0mg/L8.0mg/L。如如如如果果果果实实实实际际际际情情情情况况况况是是是是8.1mg/L8.1mg/L则则则则算算算算作作作作一一一一级级级级水水水水，而而而而7.9mg/L7.9mg/L则则则则算算算算作

18、作作作非非非非一一一一级级级级水水水水，实实实实际际际际上上上上8.18.1与与与与7.97.9相差很小，所以相差很小，所以相差很小，所以相差很小，所以这样这样这样这样分分分分级级级级不太客不太客不太客不太客观观观观。用用用用隶隶隶隶属属属属度度度度来来来来刻刻刻刻划划划划：比比比比如如如如可可可可以以以以说说说说,DODO值值值值为为为为8.1mg/L8.1mg/L时时时时隶隶隶隶属属属属一一一一级级级级水水水水的的的的程程程程度度度度达达达达到到到到100%,100%,而而而而7.9mg/L7.9mg/L时时时时隶隶隶隶属属属属一一一一级级级级水水水水的的的的程程程程度度度度为为为为959

19、5，相相相相应应应应地地地地隶隶隶隶属属属属于于于于非非非非一一一一级级级级水水水水的的的的程程程程度度度度就就就就是是是是5 5，对对对对于于于于其其其其他他他他数数数数值值值值也也也也可可可可给给给给予不同的隶属度。予不同的隶属度。予不同的隶属度。予不同的隶属度。显显显显然然然然这样这样这样这样刻划其界刻划其界刻划其界刻划其界线线线线要合理的多。要合理的多。要合理的多。要合理的多。为为为为了了了了进进进进行行行行模模模模糊糊糊糊运运运运算算算算，需需需需要要要要确确确确定定定定隶隶隶隶属属属属函函函函数数数数。以以以以DODO为为为为例例例例，为为为为了了了了便便便便于于于于说说说说明明明

20、明问问问问题题题题，隶隶隶隶属属属属函函函函数数数数取取取取线线线线性性性性的的的的，若若若若DODO指指指指标标标标一一一一级级级级水水水水标标标标准准准准为为为为8mg/L8mg/L二二二二级级级级水水水水标标标标准准准准为为为为6mg/L6mg/L，则则则则DODO属属属属于于于于一一一一级级级级水水水水的的的的隶隶隶隶属属属属度度度度可可可可用用用用隶隶隶隶属属属属函函函函数数数数表表表表示为：示为：示为：示为：第8页，共26页，编辑于2022年，星期三 1 1 u u8 8 u(u)=-1/2(u-6)6u8 0 u6 当当实实测测值值u大大于于8mg/L时时，DO属属于于一一级级水

21、水的的隶隶属属度度是是100，当当实实测测值值u小小于于6mg/L，属属于于一一级级水水的的隶隶属属度度为为0,如如果果实实测测值值u界界于于两两者者之之间间，对于一级水的隶属度为对于一级水的隶属度为0.5(u-6)。如如BOD分级标准如表分级标准如表8-2所示。所示。表表8-2 BOD分级标准（分级标准（单位：单位：mg/L）水质标准水质标准一级标准一级标准二级标准二级标准三级标准三级标准四级标准四级标准五级标准五级标准BODBOD1 13 35 58 81212第9页，共26页，编辑于2022年，星期三 BOD对一级水质标准的隶属函数为：对一级水质标准的隶属函数为：1 u1 u1(u)=-

22、1/2(u-3)1u3 0 u3 BOD对其它级标准的隶属函数为：对其它级标准的隶属函数为：0 u1 u5 u2(u)=1/2(u-1)1u3 -1/2(u-5)3u5 0 u3 u8 u3(u)=1/2(u-3)3u5 -1/3(u-8)5u8 0 u5 u12 u4(u)=1/3(u-5)5u8 -1/4(u-12)8u12第10页，共26页，编辑于2022年，星期三 0 u5 u12 u5(u)=1/4(u-8)5u8 1 8u P%P%评评价价结结果果1 1丰丰9 91 111.111.13 344.444.44 488.988.91 1100100/枯枯1010/4 440402 2

23、60602 280802 21001002 2丰丰12121 18.38.3/2 225251 137.337.38 8100100 枯枯13131 17.697.692 22323/4 453.853.86 6100100 累积频率法累积频率法第19页，共26页，编辑于2022年，星期三 频率公式频率公式 式中：式中：PP累积频率；累积频率；nn总检测次数；总检测次数；mm从大到小的累积频数。从大到小的累积频数。选选用用若若干干河河段段上上的的检检测测资资料料，计计算算它它们们大大于于、等等于于某某浓浓度度的的累累积积频频率率（P P），可可做做出出它它们们的的经经验验频频率率曲曲线线图图。

24、在在实实际际计计算算中中，为为了了方方便便，可可以以直直接接由由图图上上查查出出各各种种污污染染物物在在各各种种概概率率下下的的浓浓度度值值，如如下下表表。从从表表上上，便便可可简简便便看看出出各各种种频频率率下下的的水水质质状状况况，或或者者大大于于某某种种浓浓度度的的出出现现机机率率。这这些些可可表表征征不不同同污污染染强强度度的的污污染染历历时时情情况况。如如在在B B断断面面，浓浓度度超超过过地地面面水水标标准准时时，酚酚的的出出现现机机会会为为26%26%，CODCOD为为12%12%，砷砷为为6%6%。又又知知在在80%80%的的机机会会中中，B B断断面面的的酚酚不不会会大大于于

25、0.0120.012毫毫克克/升升，CODCOD不不大大于于4.04.0毫毫克克/升升，砷砷不不大大于于0.0150.015毫毫克克/升升，等等等等。这这样样就就可可以以给给水水质质评评价价方方法法中中增增加加了了可可以以反反映映污污染染的的历历时时或或机机遇遇的的表表示示方法。方法。第20页，共26页，编辑于2022年，星期三第21页，共26页，编辑于2022年，星期三确定权值的方法确定权值的方法 在在综综合合多多种种评评价价因因子子时时，总总是是以以权权值值反反映映不不同同评评价价因因子子重重要要性性程程度度的的差差异异。在在实实际际生生活活中中，人人们们对对某某事事物物相相对对某某目目标

26、标（或或要要求求等等）的的满满意意、置置信信、可可靠靠、有有效效等等程程度度进进行行估估计计和和度度量量时时，出出现现了了满满意意程程度度、置置信信程程度度、可可靠靠程程度度、有有效效程程度度、重重要要程程度度等等很很多多意意义义上上的的程程度度分分析析问问题题。然然而而，“满满意意”与与“不不满满意意”之之间间、“重重要要”与与“不不重重要要”之之间间明明确确的的分分界，因此，界，因此，“重要重要”、“满意满意”等概念都是都是模糊概念。等概念都是都是模糊概念。权权值值也也可可理理解解为为评评价价因因子子在在某某评评价价观观点点下下对对于于模模糊糊子子集集A A“重重要要”的的隶隶属属程程度度

27、。隶隶属属程程度度越越大大，表表示示重重要要性性程程度度越越高高；隶隶属属程程度度越越小小，表表示示重重要要性性程程度度就就越越低低。于于是是隶隶属属函函数数也也可可看看作作是是权权函函数数，则定权过程便是对于模糊子集则定权过程便是对于模糊子集“重要重要”的隶属程度的程度分析过程。的隶属程度的程度分析过程。多次对不同层次加权。多次对不同层次加权。第22页，共26页，编辑于2022年，星期三（1 1）经经验验估估计计法法 指指不不说说明明任任何何定定权权的的理理由由和和具具体体根根据据、依依据据的的意意义义等等而而直直接接给出权值的方法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。给出权值的方

28、法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。（2 2）意意义义推推求求法法 讲讲明明定定权权值值考考虑虑问问题题的的具具体体根根据据、依依据据的的意意义义等等再再直直接给出权值的方法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。接给出权值的方法。其特征是：有抽象说明而无具体定权的过程和方法。（3 3）公公式式计计算算 有有明明确确定定权权公公式式（函函数数形形式式）和和自自变变量量含含义义的的定定权权方方法法。特特征征是是：给出明确的定权公式。给出明确的定权公式。（4 4）调调查查统统计计法法 通通过过发发调调查查表表征征意意见见后后，进进行行统统计计综综合合的的定定权权方方法法。特特

29、征征是是：有调查、征询意见过程。有调查、征询意见过程。（5 5）序序列列综综合合法法 通通过过比比较较评评价价因因子子某某些些性性质质后后分分别别排排序序、根根据据顺顺序序对对应应分数推求权值的方法。其特征是：有排序过程和根据顺序值定权。分数推求权值的方法。其特征是：有排序过程和根据顺序值定权。（6 6）因因子子分分析析法法：通通过过因因子子分分析析过过程程和和方方法法求求权权。特特征征是是：用用主主成成分分分分析析或因子分析法。或因子分析法。后后四四种种方方法法主主要要依依据据定定量量表表示示的的定定权权因因子子定定权权，而而经经验验估估计计法法和和意意义义推推求求法法用用于于缺缺少少定定量

30、量表示的定权因子数据的场合。表示的定权因子数据的场合。第23页，共26页，编辑于2022年，星期三 公式法公式法 当当有有明明确确的的定定权权公公式式，自自变变量量即即为为定定权权因因子子，其其计计算算结结果果即即为为权权值值。一一般般每每个个评评价价因因子子计计算算一一次次。N N个个评评价价因因子子分分别别计计算算得得到到各各自的权值，而后自的权值，而后N N个评价因子归一化得最后结果。可选用以下方法：个评价因子归一化得最后结果。可选用以下方法：1 1渡口市大气指数法渡口市大气指数法 三三个个定定权权因因子子超超标标率率X X、评评价价标标准准Y Y和和明明显显危危害害浓浓度度Z Z，故故

31、此时定权公式为三元函数，第此时定权公式为三元函数，第I I个评价因子的权值为个评价因子的权值为2 2概率法概率法 在在橡橡树树岭岭两两用用大大气气指指数数法法中中，已已知知第第I I种种污污染染物物监监测测数数据据的的对对数平均值为数平均值为ii，对数标准差为，对数标准差为ii及评价标准及评价标准SiSi，则，则第24页，共26页，编辑于2022年，星期三3.3.根据污染物浓度与生物残毒量相关系数及生物富集系数确定根据污染物浓度与生物残毒量相关系数及生物富集系数确定富集系数富集系数i=i=残毒量残毒量Zi/Zi/污染物浓度污染物浓度CiCiW=rW=rZiZi同种同龄生物某污染物残毒量同种同龄

32、生物某污染物残毒量4.4.用污染物超标浓度和超标面积用污染物超标浓度和超标面积5.5.根据污染物在环境中持续时间定权根据污染物在环境中持续时间定权R R大停留时间短，大停留时间短，WiWi小小 第25页，共26页，编辑于2022年，星期三 6.隶隶属函数法隶隶属函数法 权权值值可可理理解解为为对对于于“重重要要”模模糊糊子子集集的的隶隶属属度度，故故模模糊糊数数学学中中一一套套隶隶属属函函数数中中，只只要要意意义义相相符符，就就可可用用作作为为定定权权公公式式；但但有有些些由由于定义域差异要经过一些变换方可应用。于定义域差异要经过一些变换方可应用。例如，用正弦隶属函数作权函数时，可经如下处理：例如，用正弦隶属函数作权函数时，可经如下处理：记记第第i i个个评评价价因因子子定定权权因因子子实实际际值值为为XiXi，两两极极值值分分别别为为 XiminXimin和和XimaxXimax，则，则 用用以以上上方方法法定定权权时时，常常常常是是每每个个评评价价因因子子有有一一个个与与最最重重要要程程度度相相比的相对程度，即初权，而后需要对比的相对程度，即初权，而后需要对M M个评价因子的个评价因子的M M个初权归一化。个初权归一化。第26页，共26页，编辑于2022年，星期三