可持续水资源管理P205—P234.doc

可持续水资源管理理论 方法 应用（P205P234）5.1.2 水环境预测方法根据各种水环境预测方法的特点和属性，常用的预测方法可分为直观预测、约束外推预测及模拟模型预测三大类（见图5-2）本节仅就水环境预测中经常使用的方法做简要介绍。图5-2 水环境预测方法分类 直观预测法主要是对预测事件未来状况做性质上的预断，而不着重考虑其量的变化情况。预测方法虽有多种，但任何预测方法也不能排斥人直观判断能力。如在建立同态预测模型和确定边界条件时，在检验预测结果时，尤其是在最后决策规划中，都离不开人的直观判断，更何况在很多情况下是根本无法定量计算的。所以，直观预测和直观判断的正确与否在很大程度上决定着预测的准确性。 约束外推类是指在一个系统的大量随机现象中求得一定的约束条件即规律，据此规律推断系统未来状况的方法。这里所说的“外推”也包括“内插”即内推，如单纯外推法、趋势外推法、迭代外推法、移动平均法、指数平滑法等。此类预测方法多用于时间系列的预测。模拟模型类此类预测方法是根据“同态性原理”建立预测事件的同态模型，并将这些模型进一步数学形式化，然后再根据“边界性原理”确定预测事件的边值条件，进而确定未来状态与现时状态之间的数量关系。如回归分析与相关分析、最小二乘法、联。立方程法、弹性系数法等。5.1.2.1直观预测法（1)专家预测法 这种预测方法以专家作为索取信息的对象，其形式是打分或文字说明。预测小组的专家人数一般以1015人为宜。对于一些重大问题，专家人数也可扩大到100名以上。 专家个人判断预测法主要优点是可以最大限度地发挥个人的创造性的思维能力，不受外界影响，没有心理压力。但会受到知识面、知识深度、个人经历的影响。这种方法一般仅在时间有限或无法组织其他专家的场合下采用。 专家会议预测法与专家个人判断预测相比，有如下优点:(a)得到的信息量要比每个成员占有信息量大;(b)提供的预测方案及其对策比单个成员提供的方案和对策更加具体;(c)专家会议考虑的因素，比每个成员考虑的因素多，预测分析更加细致。但它的缺点在于:如召集的会议代表可能不充分;专家发表意见时易受心理因素的影响，出现屈服于权威和大多数人的意见，忽略少数人意见的现象;由于受自尊心的影响而不愿公开修正已发表的意见等当预测项目规模较大又比较复杂时，常采用专家会议预测法。 (2)德尔菲(Delphi)法 德尔菲法即匿名调查征询法，是目前在世界上组织专家预测中使用最为广泛的一种定性预测方法。德尔菲法是为提高专家小组进行预测效果而发展的许多方法之一，它不依赖小组会议的形式以避免上述专家会议预测法的问题。该方法通过邮寄调查表进行调查的方式获得专家的意见。整个过程对调查表提供答案的各位专家的署名都保密。调查表通过几轮反复(或“往返”)，使得各位专家有机会依据小组中其他人的看法修正他们原先所做的预测。观点的形成是通过统计学方法概括几个往返中占优势的答案而得出的。将总结的草案连同下一轮问题调查表邮寄出去。统计的尺度，诸如处于中间范围和末尾的预测结果，在总结中被采用，以减少集体的压力而获得普查性质的预测. 德尔菲法具体的步骤如下:(a)成立一个预测工作小组，负责提出问题，聘请专家，提供资料，数据处理;(b)制定调查问卷表，在调查表内要简明扼要地说明预测的目的和任务，提出的问题要清楚、明确，不带任何框框和掺杂调查小组的个人意见，问题要集中，由浅入深地排列，以引起回答问题的兴趣;(c)聘请1040名专家，由工作小组向他们提出调查表并提供进行预测的各种有关资料;(d)专家们背靠背地按照自己的想法提出预测意见;(e)工作小组把专家们的意见汇总、整理后，把这些不同的意见及其理由反馈给每位专家，让他们第二次提出预测意见;(f)多次反复，逐步缩小各种不同意见的差距，得到基本上趋于一致的预测结果，即可以此为根据进行预测. 对专家意见的统计分析方法:一般认为，专家意见的概率分布符合或接近正态分布，可用正态分布描述。 对数量和时间答案的处理方法当预测结果需要用数量和时间表示时，专家的回答将是一系列可比较大小的数据或有前后顺序排列的时间，常用中位数和上、下四分点的方法处理专家们的答案，求出预测的期望值和区间。 对等级比较答案的处理方法在征询专家意见时，常有请专家对某些项目的重要性进行排序的内容。总分比重法就是比较各项目重要程度的一种常用计算方法。其具体步骤如下。 1)首先列出各评价项目，规定重要程度的评分标准。 2)按下式计算各项的总得分:式中，Sj为第7个项目的总得分;二为参加比较的项目个数;Bi为排在第i位的得分;Ni为赞同某项目排在第i位的人数。3)按下式计算各项目的总分比重: 式中，Kj为第j个项目的总分比重;M为对问题作出回答的人数因为所有项目的总分比重之和等于1故有。由于对项目评分的总人数为m，故有。 4)按总分比重从大到小排列各项目的重要程度等级 除了上述各种专家意见的统计处理方法之外，还可用直方图表示专家预测值的分布。用方差或标准偏差表示专家预测值的离散程度。 总之，德尔菲预测法的主要优点是简明直观，避免了专家会议预测法的许多弊病，还不受地区和人员的限制，用途广泛，费用较低，且能引导思维。在资料不全或不多的领域中，有时只能使用这种方法。德尔菲法的缺点主要是:预测结果受主观认识的制约;专家思维的局限性会影响预测的结果;在技术上仍不够成熟，如专家的选择没有明确的标准，预测结果的可靠性尚缺乏严格的科学分析，最后趋于一致的意见，尚有随大流的后遗症。 德尔菲预测法不仅可用于预测，还可用于工程项目的评价。在工业、农业、国防、科技部门，在制定长期规划、确定建设重大工程项目之前，为了预测其经济效益、社会效益和环境效益，找出潜在问题，均可使用此法。5.1.2.2约束外推预测法 （1)指数外推预测法 如果预测事件的一组观测数据(如时间系列)的变化发展趋势符合指数增长规律，建立该指数曲线方程，并据此作为预测的数学模型来推测预测事件的未来发展趋势与状态的方法称为指数曲线外推法。由于应用指数曲线外推预测，规律、方法比较单一、简便，故此法亦称为简单外推法。大量事实表明，环境领域中的大量特性参数，表现为随时间按指数规律或接近指数规律增长(见图5-3 )。图中纵坐标y表示某些可以计量的水环境参数，如环境生态中的用水总量、污染物总量等;横坐标t表示时间，t。表示现在时间，t。以前表示过去时间，t。以后表示未来时间。如果把图5-3中的纵坐标变换为对数坐标，而横坐标保持不变，则得到如图5-4所示的半对数坐标的指数增长曲线这一曲线在半对数坐标系中应是一条直线。 图5-3指数增长曲线1 (Refer) 图5-4指数增长曲线2 (Refer)利用指数曲线进行外推预测时，通常必须满足下列3个基本条件: 1)待预测的水环境特性参数(如工业用水总量、城市生活用水总量、污染物量、自然环境中某种生物总量)与时间的关系，必须符合指数增长规律; 2)图5-4中直线的斜率应是定值(保持常数不变)，这是由于特性参数y未来的增长规律与过去的增长规律完全相同; 3)水环境特性参数的预测区间，必须远离这些特性参数的饱和点即极限值。 指数方程的一般形式，为 式中，y为因变量，为水环境特性参数(如水环境预测中的待预测参数);t为自变量，为时间或其他可以定量表述的因素;k为比例常数;e为自然数，e=2. 718; y0为t=0时的技术功能特性参数。如果对上式取对数，则得 令Y=lny, A=lny0, B=k，则上式变换为 如果已知某项水环境特性参数的历史数据(ti,Yi), i=1,2,n，则应用最小二乘法便可求得方程系数如方程(5-5)中A,B值，从而可求得该水环境特性参数的指数增长曲线方程，并据此方程在未来时间的预测区间内，对该特性参数的变化进行定量预测。 (2)龚帕兹预测法 龚帕兹曲线是一种常用的预测方法。其数学模型的一般形式为: 式中，K为渐近线值(极限值);a, b分别为模型参数。将上面公式两边取对数，得到 令Y=lny, A=1nK, B=lna，则上式变换为 可见，它是一种修正的指数型曲线。当预测对象的发展趋势有极限，且有相近增长趋势时，可考虑采用龚帕兹预测方法。此法适用于中期或长期的预测，也适用于在一定时期内，存在着一个饱和的极限值的宏观综合特性参数，如万元产值排放系数的预测。 (3)增长曲线预测法 增长曲线预测模型有多种形式，以罗吉斯曲线预测模型和皮尔曲线模型最为常用增长曲线方程的一般形式为: 式中，K为渐近线值(极限值)，意味着y处于饱和状态值;a, b分别为模型参数。 这种曲线以其转折点为中心，两边是对称数，当t-时，y0;当t+时，yK。因此，它有上、下两条渐近线y=K与y=0。这种曲线描绘了这样一种发展过程:初始阶段发展是缓慢的，接着是急剧增长阶段，然后是一个平稳的发展期，最后达到饱和状态。在一定的条件下，人口的增长现象以及万元产值工业废水量等，都适合于这种曲线表示。 增长曲线模型和龚帕兹曲线模型都有一个相同的应用条件，即预测对象的增长必须存在极限。当存在上极限值时，可采用罗吉斯预测法进行预测;若出现下极限值时，可利用皮尔生长曲线预测法进行预测。这两种预测方法在中期或长期预测中经常被使用。尤其是指数曲线预测法不能预测接近极限情况的经济、社会、环境和技术发展的情况下，通常采用这类方法运用这类方法时，一是要注意模型参数如何求得的问题，一般采用倒数总和法求解模型参数a, b, K值，当我们根据实际资料求出模型参数之后，将其值代入逻辑增长曲线方程则得到预测模型，然后用此模型就可以进行预测;二是曲线预测模型识别问题，而分析曲线增长特征又是进行模型识别的首要问题。 (4)时间序列分析法 移动平均法 移动平均法是用逐点(指记录的历史数据)推移的分段平均方法。具体做法是:在一定时间间隔内，对给定的一系列数据或观测值求其简单平均数，使各数据点之间的时间间隔保持不变，但每次求平均数时，按数据点的顺序依次后移一个周期，从而求出所需各时间间隔内的平均数。由于时间间隔依次后移，故求出的平均数称为移动平均数，所采取的计算方法称为移动平均法。此法比较重视近期数据，当有新数据加入时，可以递推演算。 移动平均法假设环境现象的未来发展状况只受邻近期间动态数据变化的影响，而与远期的数据无关。所以，只要选定一个时距，在每次顺序推移时，将原时距内的第一项数据舍去，进行移动平均，就能不断适应新的变化情况，并修匀时间序列各项数据中存在的不规则的波动影响，使计算所得的移动平均数能显示环境现象发展的基本趋势，作为下期的预测趋势值。此预测方法适用于预测精度要求不很高的短近期趋势，优点是方法简单，费用小。常用的有简单移动平均法、加权移动平均法两种。 简单移动平均法 其公式为: 时距N的选择带有一定的经验性。N的取值愈大，修匀的效果愈显著，所得预测值比较平稳;但N值过大，预测的敏感性就差，不能跟上新的发展变化状况。衡量N的取值是否合适的评价尺度是:应使按选定的N所计算的预测值与其实际观测值之间的均方差(MSE)为最小均方差计算公式为: 式中，n为预测值的项数。 加权移动平均法对时距N内各个时间的各项数据，按时间的远近，乘以不等值的权数，再计算其加权算术平均数，作为预测趋势值的方法其计算公式为: 式中，W0，W1，W2. ,WN-1为不同值的权数，且W0>Wl>W2>>WN-1。 指数平滑法 对时间序列的各项数据，按等比级数逐项递减所形成的一系列的平滑系数作为权数，进行加权平均来计算预测趋势值的方法。指数平滑法按处理数据点的性质可分为离散时间系列指数平滑法和连续时间系列指数平滑法两种;按数据点的分布特点所采取的处理方法可分为一次指数平滑法、二次指数平滑法和三次指数平滑法等。这里仅介绍一次指数平滑预测法。 设有时间序列yt的第n次实测统计数据为y1，y2，.yn，设y0为初始值。又设ÿ1，ÿ2，.ÿn，为平滑预测值，一次指数平滑预测法公式为 式中，a为平滑系数，0<a<1 ; (yt-1 - ÿt-1)为预测误差。有时，上面的预测公式也可采用下述形式表达: 此式表示预测值ÿt，是前次实测值与预测值ÿt-1的加权平均值，其权系数分别为a和(1一a).a值的确定方法是：当时间序列较稳定，无明显的增长或下降趋势时，可取较小的a，一般取0.050.2，以加重旧观测值的权数;当原序列波动较大，有明显的迅速变化趋势时，则取较大的a，一般取0. 30. 5，以加重新观测值的权数。在不易作出很好的判断时，可分别用几个不同的a值加以试算比较，取其预测误差的差平方和中小的。 初始值的确定方法是:如果统计数据总数T>50，可用yi作为初始值;如果T<15时，可取最初几个实测数据的平均值作为初始值。 一次指数平滑预测法的优点是:(a)在不断延伸的预测过程中，对各历史时期的观测值作了合理加权处理，使外推预测比较符合实际要求;(b)由于a的选值调控，我们可以适当控制预测结果。其主要缺点是:只能向前预测一期(一年或一月)，不能同做两期以上预测。这是因为递推计算只能一步一步地进行，而不能跳越。此外，没有考虑到影响该序列变动的其他因素。这也是所有时间序列外推预测法所共有的缺陷。5. 1. 2. 3模拟模型预测法 回归分析和相关分析是最重要也是最常用的模拟模型预测法。这里以一元线性回归和多元线性回归为例对模拟模型预测法加以介绍。 (1)一元线性回归 一元线性回归分析问题是回归分析中最简单最基本的情况。其回归方程为: 式中，x为受控制的自变量，通常是研究者事先选定的数值;夕为因变量y的估计值;a为样本回归直线的y截距，它是样本回归直线通过纵轴的点的y坐标;b为样本回归直线的斜率，它表示当二士曾加1单位时y值的平均增加数量，有时又称回归系数(有时将a,b均称为回归系数)。 该方程称为样本回归直线方程，它是y对二的回归线，表明y对二的平均关系。若用(xi,yi)(i=1,2,n)表示n组时间系列的观测值，则对任一给定的xi由上式可得yi的估计值为: 根据最小二乘法原则和微分求极值的原理，使得由上面两个方程确定的观测值与估计值之间误差的平方和最小，导出下列以参数a, b为未知数的二元一次方程组 并可解得： 将解得的a,b数值代入方程(5-16)中，即得出所要求的一元线性回归方程， 若令则b值又可写作: 上式中，只要所有的xi不完全相等，分母一定是大于零的数值，因此，b的符号只取决于分子Sxy的符号，即取决于的符号。当b为正值即b>0时，y有随二增加而增加的趋势;当b为负值即b>0时，v有随二增加而减少的趋势。用上述方法确定的回归直线，通常称最小二乘线。 为了检验二，y两个变量之间的密切程度，可通过计算相关系数r来实现。相关系数r是评价两个量之间线性关系密切程度的数量指标，其计算公式为: （2)多元线性回归 设影响因变量y的自变量有x1，x2，xk，通过实验得到N组观测数据，现根据这些数据在y与x1，x2，xk之间拟合线性回归方程式中，b。为常数项，b为y对二的回归系数（i=1,2,k)根据最小二乘法原理，选取这样的b1 , b2 ,bk值，使残差平方和达到极小值，得出下列k十1个规范方程: 求解上式，即可确定bi (i=1, 2, k)。代入式(5-21)中可求出b0: 在多元线性回归问题中，因变量y的总离差也和简单线性回归一样需要进行方差分析。y的总离差可分解成回归离差和剩余离差两部分设自变量为k个，即有其中总离差平方和为:回归平方和剩余离差平方和5.1.2.4其他预测模型 （1)累积预测模型累积法是一种特殊曲线拟合与平滑技术.累积预测法是应用累积法求得结果观测值数据(如时间系列)的拟合曲线方程。并据此方程对观测值进行预测。其主要特点:(a)在对给定数据(如时间系列)进行曲线拟合的过程中，同时也平滑或修匀了给定的数据;（b)如果应用新增加的观测值数据来修正所拟合的曲线时，计算程序并不繁杂，较其他拟合方法的计算简单易行;(c)利用累积法常数表，可迅速求得给定观测值数据的拟合方程;(d)对于可以应用累积法常数表的情况，拟合方程的计算过程比较简单、大大降低发生计算差错的机会。以上特点使得累积预测法成为一种常用的计算迅速、准确的曲线拟合与平滑的重要方法。对于给定的一组数据，除可用最小二乘法和回归分析法求得它的拟合曲线方程外，还可用累积法平滑给定一组数据，并求出平滑曲线方程。借助拟合曲线可了解给定数据(如时间系列观测值)较长时期的变化趋势，计算结果数据的平滑值、平滑值的外插值和较长趋势的预测值. 累积法拟合的方程一般为多项式。若给定n组数据(xi，yi)，i=1,2,n。现以累积法将这些数据拟合为一个k次多项式，且拟合的多项式具有如下形式在用累积法求上式中各系数之前，先定义下列各种累积和以上的称为线性算子。考察式(5-28)可知，如欲求得式中k十1个系数，b0,bl,b2,.bn，必须建立起以各个系数为未知数的k十1个联立方程，然后求解。在一般情况下，给定的n均大于k十1，如以n组数据建立起n个方程来求解k十1个求知数，则不能得出确定解。累积预测法就是为了充分利用给定的全部数据，借助线性算子求解k十1个未知数的确定解，并建立起给定数据拟合方程的方法。式(5-28)中的(x，y)以(x，y)代入后，并将等式两边同时施加运算，得 当将上式的r值分别设定为r=1,2,k十1时，则可得下列k十1个等式，即关于以b0,bl,b2,.，bk为待定参数的k十1元一次联立方程组: 由式(5 -31)式(5-33)共k十1个方程组成的联立方程组，称为累积预测法的正规方程。此方程组以b0, b1 , b2 ,，bk为未知数解之，然后将求得的结果代入式(5-28)中，使得到了所要求的给定数据(xi，y;), i=1,2,n的k次多项式拟合方程。 (2)箱式模型预测法 箱式模型是环境预测中常用的一种模拟预测技术。下面介绍的水污染箱式模型预测法是根据“黑箱”理论建立的模型。 根据黑箱理论建立的水污染箱式模型可以定量地表达污染源的排放量和河水浓度的相关关系其表达式可概括为: 式中，黑箱输出污染物总量W。是输入污染物总量W、水温T、流量Q等参数的函数;W又是C(污染物浓度)和Q的函数。例如，W。与W、T之间的关系，可用二元线性回归方程描述 式中，W。为污染源下游某断面污染物总量，它等于污染物平均浓度与水流量的乘积;W为污染源上游某断面污染物总量，它等于污染物平均浓度与水流量的乘积;a, b,c分别为待定系数，它可由最小二乘法求得。5.2水环境规划方法 水环境规划是人类为使水环境与经济社会协调发展而对自身活动和环境所做的时间和空间的合理安排。水环境(河流、湖泊、地下水、海洋)都是环境的主要组成要素，对国民经济和社会发展以及人民生活有重大影响。水环境规划是在水资源危机日益严重的背景下产生和发展起来的，特别是近十几年来，随着人口和经济的快速增长，以至水资源短缺和水污染逐渐成为我国面临的最主要环境问题之一，而作为解决水环境问题的有效手段之一的水环境规划，在我国的社会经济发展中起着越来越重要的作用。5. 2. 1概述5. 2. 1. 1水环境规划的特点 （1)综合性 水环境规划集经济、社会和水环境三个系统于一体，是一项复杂的系统工程;水环境规划又是生态经济学、人类生态学、环境化学、环境物理学、环境工程、环境经济、环境法学以及系统工程等多种学科知识、理论和技术的综合运用，因而具有学科综合性强、跨度广的特点。 （2)整体性和地域性 水环境规划既体现国家或地域水环境生态的整体性，又体现环境与经济、社会的整体性，同时具有很大的地域差异性，即体现地域的自然、地理、经济、社会等特殊性，因而是整体性和地域性的有机结合。 （3)目的性和目标性 目标选择是水环境规划的核心。水环境规划的目的一般具有如下特点:预见性和长期性，即着眼于未来、长远，根据未来做安排;宏观指导性，即具有普遍指导意义，相对稳定性，即在规划期间不致大起大落;全面性，体现整体利益与局部利益、长期利益与近期利益的协调以及各种利害关系的平衡;可分解性，即可分解实施。 （4)政策性和科学性 水环境规划涉及水资源利用、工农业布局、发展战略、重大工程建议以及投资方向等，都需体现国家和地方的政策精神，因而规划编制就是一个重大的决策过程。水环境规划应该以生态规律为指导，以经济规律为前提，充分运用规划学和环境学的方法，既要满足近期需求，也要兼顾长远利益，将局部和全局统一起来，科学合理地指导水资源的开发和利用。 （5)可操作性 这是水环境规划生命力的主要标志。可操作性体现在:(a)目标可行，即符合经济和技术支撑能力，经过努力可以达到;（b)方案具体而有弹性，即方案建立在可行性基础上，便于实施并且留有余地;(c)措施落实，最重要的是资金和工程配套措施的落实，并与其他环境规划相匹配;（d)易分解执行，水环境规划目标能被分解成任务，并且均能分解给具体的承担者，而承担者亦有完成任务的能力;(e)与现行管理制度和管理方法相结合，能够运用法律的、经济的和行政的手段保证和促进规划目标的实现，特别是能运用目前行之有效的水环境政策和管理制度对规划实施监督检查，促进其落实与实施;（f)充分估计科技进步带来的环境效益，保证目标的先进性;(g)与经济社会发展规划紧密结合，便于纳入国民经济计划中。5.2.1.2水环境规划的目标 水环境规划目标是进行水资源利用和管理的基本出发点和归宿。规划目标的确定是一项综合性特别强的工作，是水环境规划的关键环节水环境规划目标，按管理层次可分为宏观目标和详细目标两类。宏观目标是对规划区在规划期内应达到的水环境目标总体上的规定;详细目标是按照水环境要素、流域特征对规划区在规划期内规定的水环境目标所作的具体规定。按照规划内容来分，水环境规划目标主要有质量目标、总量控制目标两类。其中，质量目标是基本目标，总量控制目标是为达到质量目标而规定的便于实施和管理的目标。 水环境质量目标依不同的地域或功能区而不同，质量目标由一系列表征环境质量的指标来体现。 水环境污染总量控制目标主要由工业或行业污染控制目标、城市水环境整治目标构成。污染排放总控制目标实质上是以规划区水环境容量为基础的目标，即把污染物排放量控制在规划区环境容量的限度内，多余的部分即作为削减目标或削减量。削减目标是污染总量控制目标的主要组成部分和具体体现。所谓目标的分解、实施、信息反馈、目标调整以及其他措施主要是围绕着削减目标进行的。5. 2. 1. 3水环境规划的内容 水环境规划的内容根据不同的规划目标和对象有所不同。一般而言，其主要内容应包括:规划水域功能、水质要求、水环境容量及纳污量;主要污染源排序及主要污染物排序;水污染控制措施、方案及主要工程项目;跨辖区水环境问题的协调解决措施;水源保护计划等。这里以流域水污染控制规划和城市水污染控制规划为例说明水环境规划的主要内容。 (1)流域水污染控制规划的主要内容 1)依据国家有关法规和各种标准，提出水体可能考虑的用途目标和水质控制指标。 2)在费用一效益分析的基础上，确定不同河段的使用目标及水质指标。 3)列出水质超标或可能超标的河段(或其他水体)，并指出超标或可能超标的项目;认定有毒污染物的种类，最后确定应控制的主要污染物。 4)确定各河段(或其他水体)主要污染物的环境容量。 5)把各河段(或其他水体)的环境容量分配给每个废水排放口。同时，还必须考虑将来可能增加的排污量，上游水质对下游的影响以及非点源污染负荷等因素的影响，并给一定的安全系数，该分配结果应与区域规划和设施规划相一致。 6)估计各种治理措施的总费用，包括下水道系统，各个点源治理费用，河道整治费用和运行费用等。 （2)城市水污染控制规划的主要内容 1)确定整个规划年限内拟建的城市和工业废水处理厂、市政下水道、工业企业与水污染控制有关的技术改造或厂内治理设施等的清单。 2)确定与农业、矿业、建筑业和某些工业有关的非点污染源，并提出控制措施。 3)提出经处理后的废水和污泥的处置途径和方法。 4)估算实现规划所需的费用，并制定实施规划的进度表。 5)建立执行规划的管理系统。5.2.1.4水环境规划的指标 指标是目标的具体内容、要素特征和数量的表述。水环境规划指标是由一系列相互联系、相对独立、互为补充的指标所构成的有机整体。在实际规划中，由于规划的层次、目的、要求、范围、内容等不同，选取的规划指标也不尽相同。指标的选择要适当:指标过多，会给规划工作带来困难;指标太少，则难以保证规划的科学性和完整性，需根据规划对象、所要解决的主要问题、情报资料拥有量以及经济技术力量等条件决定，以能基本表征规划对象的实际状况和体现规划目标内涵为原则。一般而言，水环境规划指标包括以下几个方面。 （1)环境质量指标 包括饮用水源水质达标率、饮用水源数、地表水达到地表水水质标准的类别或COD浓度、地下水矿化度、总硬度、COD、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮浓度，海水达到近海海域水质标准类别或COD,石油、氨氮、磷浓度等. (2)水污染物总量控制指标 工业用水量和工业用水重复利用率，新鲜水用量和废水排放总量，工业废水总量、外排量，生活废水总量，工业废水处理量、处理率、达标率、处理回用量和回用率，外排工业废水达标量、达标率，新增工业废水处理能力，万元产值工业废水排放量，废水中污染物(COD, BOD、重金属)的产生量、排放量、去除量等。 (3)水环境规划措施与管理指标 城市水环境治理 城市污水量、处理量、处理率、处理厂数及能力(一、二级)和处理量，氧化塘数、处理能力及处理量，污水排海量，土地处理量，地下水位、水位下降面积、区域水位降深，地面下沉面积、下沉量等。 乡镇水环境污染控制农业污灌水质等。 水域环境保护 功能区:工业废水、生活污水、COD,氨氮纳入量(湖泊总磷、总氯纳入量)。监测断面:COD, BOD,DU,氨氮浓度或达到地表水水质标准类别(湖泊COD,氯、磷浓度)等。 海洋功能区划 工业废水和生活污水入海通量等。 重点污染源治理 水环境污染物处理量、削减量，工程建设年限，投资预算及来源等。 投资 水环境保护项目投资总额占国民收入的百分数，水环境保护投资占基本建设和更改资金的比例等。 (4)其他相关指标 经济 国民生产总值，工、农业生产总值及年增长率，部1工业产值，单位土地面积企业数、产值等. 社会 人口总量与自然增长率、分布，城市和农村人口等。 生态 森林覆盖率，人均森林资源量，造林面积，草原面积，牧草产量(kg/hmz )，载畜量，人工草场面积，耕地保有量、人均量，污灌面积，农药化肥污染土壤面积，水资源总量、调控量，水源林面积，水利工程、地下水开采，水土流失面积、治理面积、减少量，土地沙化面积、控制面积，土地盐渍化面积，改造复垦面积，农村能源、生物能占能源比重，薪柴林建设，生态农业试点数量及类型等.5.2.1.5水环境规划的类型及层次 根据水环境规划研究的对象，可将其大体分为两大类型，即水污染控制系统规划(或称水质控制规划)和水资源系统规划(或称水资源利用规划)。前者以实现水体功能要求为目标，是水环境规划的基础;后者强调水资源的合理开发利用和水环境保护，它以满足国民经济和社会发展的需要为宗旨，是水环境规划的落脚点。水资源系统规划已在第四章作过介绍，本节只介绍水污染控制系统规划. 水污染控制系统是由污染物的产生、排出、输送、处理到水体中迁移转化等各种过程和影响因素所组成的系统。从广义上讲，它可以涉及人类的资源开发、人口规划、经济发展与水环境保护之间的协调问题。从地域上来看，其可在一条河流的整个流域上进行水资源的开发、利用和水污染的综合整治规划，也可在一个小区域(城市或工业区)内进行水质与污水处理系统，乃至一个具体的污水处理设施的规划、设计和运行。因此，水污染控制系统可因研究问题的范围和性质的不同而异。 水污染控制系统规划是以国家颁布的法规和标准为基本依据，以环境保护科学技术和地区经济发展规划为指导，以区域水污染控制系统的最佳综合效益为总目标，以最佳适用防治技术为对策措施群，统筹考虑污染发生一防治一排污体制一污水处理一水体质量及其与经济发展、技术改进和加强管理之间的关系，进行系统的调查、监测、评价、预测、模拟和优化决策，寻求整体优化的近、远期污染控制规划方案。 根据水污染控制系统的特点，一般可将其分为流域系统、城市(或区域)系统和单个企业系统(如废水处理厂系统)3个层次。因此，亦可将水污染控制系统规划分成三个相互联系的规划层次，即流域水污染控制规划、城市(区域)水污染控制规划和水污染控制设施规划.5. 2. 2主要水环境规划方法 数学规划最优化技术是水环境规划决策分析的基础，经常用到的具体方法有线性规划、非线性规划以及动态规划等。这类方法的使用，需要根据水环境系统的具体特征，结合数学规划方法的基本要求，将水环境规划决策问题概化成在预定的目标函数和约束条件下，对由若干决策变量所代表的规划方案，利用规划模型进行优化选择，进而提供水环境保护的决策支持.5. 2. 2. 1最优化模型方法 关于线性规划、随机线性规划、灰色线性规划、动态规划、非线性规划模型、多目标线性规划、整数规划等最优化模型方法已在本书做过详细介绍。在水环境规划中，最优化模型方法已应用到了各个领域，如空气污染的监控、固体废料的收集和方式、污水的处理过程优化、污水处理厂的位置选择、水质的控制、水资源的合理调配等。可见，最优化模型方法已经成为水环境保护工作的一个强有力的工具.5.2.2.2其他方法(1)系统动力学方法系统动力学(system dynamics, SD)法是一种研究复杂系统行为，进行连续系统仿真的方法论科学。运用该方法可以探讨系统的反馈环、决策与实践延迟因素是如何相互影响，以及它们又是如何作用于系统的发展和稳定的。它是由美国麻省理工学院福瑞斯特(J. W. Forrester)在20世纪50年代中期创立的，是集系统论、控制论和计算机仿真技术为一体研究复杂反馈系统的动态变化趋势。自创立以来，这门学科得到不断的发展和完善，到20世纪50年代后期已经发展成为一门独立完整的学科。系统动力学方法是建立在控制论、系统论和信息论基础上研究反馈系统的结构、功能和动态行为的方法论。它亦是一种定性定量交融的建模技术，具体地说，它是将人工形成的方案逐个代入模型中，通过计算机的系统仿真运算，根据结果的差异对各个方案进行评估，从而得到最优规划方案。其突出的特点在于能够处理行为随时间变化的系统问题。它适用于宏观的、模糊的、长期的趋势预测与规划. (2)经济投入产出法 经济投入产出法是以对一个经济系统的能流、物流各个环节的状态和通量进行分析和控制，从而达到发现系统存在的结构性缺陷、协调系统各组分关系的作用。投入产出分析作为一种经典的结构分析方法，首先是由经济学家列昂节夫(W. Leontief)在20世纪30年代提出的，主要用于分析现代经济活动各部门之间的相互关系。20世纪70年代后这种技术逐渐扩展到与经济活动密切相关的环境规划领域，这亦是经济数学方法与规划方法结合的一个典范。投入产出用于一个经济系统时，它能阐明该地区内各工业部门所有生产环节间的互相关系。确定了它们的投入产出量，当考虑到环境因素后就又能规定环境中的各种联系。环境中的物质(如水、原料和能源等)进入生产过程，生产过程中产生的废弃物(如废气、废水和废渣等)排入环境。通过建立它们之间的投入产出模型与污染物传播模型。就可以分析废弃物在环境中的扩散，研究它们对环境质量的影响。达到可以协调经济目标和环境目标的目的，得出可行性的结论. (3)层次分析法 层次分析法(Analytical Hierarchy Process, AHP)是美国运筹学家、匹兹堡大学教授A. L. Saaty于20世纪70年代初提出的。该方法将定性与定量相结合，具有较好的系统性、简洁性和实用性等特点，是解决复杂系统中多层次、多目标规划问题的有效工具。层次分析法的基本原理是将所要研究的复杂问题视为一个大系统，通过对系统内众多因素的分析，划分出各因素间相互联系的有序层次;再请专家对各个层次的诸因素进行较客观的比较判断，给出相对重要性的定量表示;进而建立数学模型，计算确定出每一层次全部因素的相对重要性的权值;从而使人们根据权值总排序结果来进行决策和采取解决问题的措施.5. 2. 3水环境功能区划分5. 2. 3. 1水环境功能分区原则 地表水环境功能区划分的原则可归纳以下几点。 集中式饮用水源地优先保护在规定的5类功能区中，以饮用水水源地为优先保护对象。在保护重点功能区的前提下，可兼顾其他功能区的划分。 不得降低现状使用功能、兼顾规划功能对于一些水资源丰富、水质较好的地区，在开发经济、发展工业、制定规划功能时，应经过严格的经济技术论证，并报上级批准。 统筹考虑专业用水标准要求对于专业用水区，如卫生部门划定的集中式饮用水取水口及其卫生防护区，渔业部门划定的渔业水域，排污河渠的农灌用水，均执行专业用水标准。 上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要求划分功能区不应影响潜在功能的开发和下游功能的保障。在功能区划分中，要对可被生物富集的或环境累积的有毒有害物质所造成的环境影响给予充分的考虑。 合理利用水体自净能力和环境容量在功能区划分中，要从不同水域的水文特点出发，充分利用水体的自净能力和水环境容量。 与陆上工业合理布局相结合划分功能区要层次分明，突出污染源的合理布局，使水域功能区划分与陆上工业合理布局、城市发展规划相结合。 对地下饮用水源地污染的影响如属地下饮用水源地的补给水，或地质结构造成明显渗漏时，应考虑对地下饮用水源地的影响。 实用可行，便于管理功能区划分方案实用可行，有利于强化目标管理，解决实际问题。5.2.3.2水环境功能分区依据 根据UHZB 1-1999地表水环境质量标准规定，地表水环境保护功能区划分为五类。 （1)源头水、国家自然保护区 对于受污染的源头水以及国家已法定的自然保护区水域，均可以本名目执行类标准保护。 （2)生活饮用水区 执行III类或N类标准。其标准值的制定依据以保护人体健康为基准。对集中式供水的饮用水地表水源，可按照不同的水质标准和防护要求分级划分饮用水水源保护区。通常，将饮用水保护区划分为一级保护区和二级保护区，必要时可增设标准保护区。一般情况下，一级和二级保护区可分别按II类和III类标准保护。 （3)渔业水域 执行类或III类标准。其标准值的制定依据以保护水生生物的急慢性基准。我国