第四章 环境规划的技术方法.ppt

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1、第四章 环境规划的技术方法,第一节 环境规划常用预测方法,（一）人口预测,一、社会经济发展预测,一、社会经济发展预测,（二）国内生产总值（GDP）预测,（三）能耗预测,能耗计算一般折算成标准煤，折算系数为：原煤0.714，原油l.43，天然气每立方米折1.33 kg,1、能耗指标,（三）能耗预测,2、能耗预测方法,按人们衣食主行对能源的需求来估算生活用能,（1）人均能量消费法,只能维持生存的能源消费量：0.4t标准煤,满足基本生活需要的能源消费量：1.21.4t标煤,我国上海市为0.7t标准煤,现代社会对能源的人均消费量：1.6t标准煤,（三）能耗预测,2、能耗预测方法,能耗弹性系数e 受经济

2、结构、技术水平等影响,（2）能源消费弹性系数,在国民经济高速度发展时期，e大于1，甚至超过2,一般为0.41.1,（三）能耗预测,2、能耗预测方法,（3）规划期总能耗量预测,二、大气污染预测,（一）大气污染源源强预测,1、源强预测的一般模型,（一）大气污染源源强预测,2、耗煤量预测,（1）工业耗煤量预测,（一）大气污染源源强预测,2、耗煤量预测,（1）工业耗煤量预测,课后作业（一）,已知某县 1995 年工业生产的总产值是 300 万元，工业耗煤量是 250万吨，2000 年工业生产的总产值是 400 万元，工业耗煤量是 275 万吨；若到 2010年工业生产的总产值实现翻一番，用弹性系数法求

3、那时工业耗煤量是多少万吨？,（一）大气污染源源强预测,2、耗煤量预测,（2）民用耗煤量预测,（一）大气污染源源强预测,3、污染物排放量预测,（1）二氧化硫排放量预测,（一）大气污染源源强预测,3、污染物排放量预测,（2）烟尘排放量预测,（二）大气环境质量预测,1、箱式模型,（二）大气环境质量预测,2、高斯扩散模式,（二）大气环境质量预测,2、高斯扩散模式,（1）一般高斯扩散模式,（二）大气环境质量预测,2、高斯扩散模式,（2）地面浓度的高斯扩散模式,（3）地面轴线浓度的高斯扩散模式,三、水污染预测,（一）水污染源预测,1、工业废水排放量预测,三、水污染预测,（一）水污染源预测,2、工业污染物排

4、放量预测,三、水污染预测,（一）水污染源预测,3、生活污水量预测,三、水污染预测,（二）水环境质量预测,（1）确定预测目标,1、预测要点,建设工程影响评价,流域水环境治理,不同预测目的，其精度、计算模式等不尽相同,水质管理规划或水质预测理论研究,三、水污染预测,（二）水环境质量预测,（2）数据资料的收集和分析,1、预测要点,水质、水文、气象和污染源等资料收集,利用统计学等方法对数据资料加工分析处理,包括物理模拟（河工模型）和数学模拟,（3）建立水质预测模式,三、水污染预测,（二）水环境质量预测,（1）水质相关法,2、预测方法,将水质参数与该水质主要影响因素建立相关关系,水质流量相关法,将流量作

5、为影响水质的主要因素，建立其与水质参数关系,（二）水环境质量预测,2、预测方法,水质流量相关法,（1）水质相关法,（二）水环境质量预测,2、预测方法,河流、湖泊水质的多元回归分析,（1）水质相关法,2、预测方法,（2）水质模型法,排污口,均匀混合 断面,混合过程段,均匀混合断面以下,2、预测方法,（2）水质模型法,适用条件：,1）完全混合的河流水质预测,排污口上游河流来水的水质与水量较均匀,工程外排废水的水质与水量较稳定,污染物为难降解有机物或不考虑混合距离的重金属污染物,相对窄而浅的小河流或大、中河流均匀混合段,2、预测方法,（2）水质模型法,1）完全混合的河流水质预测,2、预测方法,（2）

6、水质模型法,1）完全混合的河流水质预测,2、预测方法,（2）水质模型法,适用条件：,2）一维河流水质模型,较宽浅、水质与水量较稳定的大中河流,工程外排废水的水质和水量较稳定,易降解污染物（非持久性）的水质预测,S-P模型仅限于BOD和DO的水质影响预测,2、预测方法,（2）水质模型法,2）一维河流水质模型,（2）水质模型法,2）一维河流水质模型,（2）水质模型法,2）一维河流水质模型,S-P模型,适用条件：仅限于BOD和DO的水质影响预测,Cx预测断面的水质浓度，mg/L；,模型表达式：CxC0exp(-K),C0起始断面的水质浓度，mg/L；,K水质综合衰减系数，d-1；,x断面间的河段长度

7、，m；,t断面间水团传播时间，d；河段平均流速，m/s；,x,86400,课后作业（二）,一河段的上断面处有一岸边污水排放口稳定向河流排放污水，污水特征QE=19440m3/d,CODCr(E)=100mg/L。河流水环境参数为：QP=6.0m3/s,CODCr(P)=12mg/L，B=50.0m，H=1.2m，=0.1m/s，J=0.9,Kc=0.5/d。试计算混合过程段（污染带）的长度，如果忽略污染物在该段内的降解和沿程河水量的变化，在距排污口下游10km的某断面处，河水中的CODCr浓度是多少？,（2）水质模型法,3）二维河流水质模型,确定混合区位置、范围形状及污染物浓度,（1）主要功能

8、和适用条件,按一维问题处理，计算结果误差较大,水面平均宽度超过200m的大中河流,一般利用二维水质模型的简化模式计算,复杂水文水力条件，采用数值模拟方法计算,（2）水质模型法,3）二维河流水质模型,（2）模型举例（平直河段二维稳态水质混合模型）,岸边排放,非岸边排放,（2）水质模型法,4）湖泊水质预测模型,（2）水质模型法,5）湖泊富营养化水质预测模型,（2）水质模型法,5）湖泊富营养化水质预测模型,三、固体废物污染预测,（一）工业固体废物产生量预测,W=PS,1、系数预测法,式中：W预测年固体废气物排放量，104t/a；,P固体废弃物排放系数，t/t产品,2、回归分析法 建立固体废物产生量与

9、产品产量或工业产值关系,S预测的年产品产量，104t/a；,三、固体废物污染预测,（二）城市垃圾产生量预测,（三）固体废物的环境影响预测,四、噪声污染预测,（一）交通噪声预测,四、噪声污染预测,（一）交通噪声预测,（二）城市环境噪声预测,（三）建筑施工噪声预测,第二节 环境规划的决策分析,一、环境决策概述,（一）决策过程,一、环境决策概述,（二）决策模式,一、环境决策概述,（三）环境规划决策的特征,（1）结构化决策,1、非结构化特征,目标明确，最佳方案公认，问题描述精确,（2）非结构化决策,（3）半结构化决策,决策问题模糊、复杂和不确定，不能准确描述,一、环境决策概述,（三）环境规划决策的特征

10、,（1）涉及环境、经济、社会甚至政治等多种 因素，决策目标不只一个,2、多目标特征,（2）目标间存在着冲突性或矛盾性,（3）目标间存在着不可公度性，即无统一 度量标准,某一目标改进会导致其他目标实现程度的降低,一、环境决策概述,（三）环境规划决策的特征,（1）价值观念和取向直接影响决策方案选择,3、基于价值观念的特征,（2）通过价值的估计才能对环境规划方案作出 满意的决策,一、环境决策概述,（四）环境规划的决策分析,是进行决策方案选择的一套系统分析方法，即通过具体的程序、规则和推算组合，帮助决策者有效改进决策的辅助过程,1、决策分析概念,（1）定性决策分析，主要依靠人的经验判断,2、决策分析类

11、型,（2）定量决策分析，使用数学方法和计算机技术,（四）环境规划决策的特征,3、决策分析模式,利用数学规划方法，建立数学模型并一次求解行动方案的决策分析过程,（1）最优化决策分析模型,局限性,决策分析过程不便于决策者和其他专家参与,优化目标函数单一，其他目标须表达为约束条件,数据不足时，建模困难、可靠性差,实例分析,现有某一江段，沿江设有两个工厂，第一个工厂每日向江中排放的污染物为20个单位，第二个工厂每日排污量为14个单位。那些污染物在排入江中之前，曾作部分处理，每处理一个单位的污水处理费在第一个工厂为1000元，第二个工厂为800元。两个工厂沿江分布的位置见图。流经第一个工厂的河流在经过工

12、厂以前未受污染，其江水流量（Q1)为5m3s，在第一个工厂到第二个工厂之间又有一小支流汇入，其流量（Q2）为2m3s。也未受污染。另外，第一个工厂排入江中的污染物在未到第二个工厂以前由于自净作用而自净掉20。环保部规定这条江的污染物允许含量不得超过2个单位，既要满足江河的防治污染的标准，又要使两个工厂因处理污水而花费的经费最少。试问这两个工厂需要处理的污水单位是多少？,实例分析,目标函数和约束条件建立：,设x1和x2分别为第一个工厂和第二个工厂的污水处理单位，两个厂所要花费的污水处理费则为1000 x1十800 x2，使其为最少，其目标函数为：,Z 1000 x1十800 x2 最小,约束条件

13、分析表,目标函数和约束条件建立：,线性规划的一般数学模型,max或minZc1x1+c2x2+cnxn,约束条件：a11x1+a12x2+a1nxn1（或1）am1x1+am2x2+amnxnm（或m）,3、决策分析模式,（2）模拟优化决策分析模型,基于对策目标树框架，就各个备选组合方案，分别进行多种目标和综合指标的模拟和评估的决 策分析过程,有利于对各种方案的相对优劣程度得出较为统 一和适当认识,便于决策者、分析者、受影响者及有关专家的 交流和参与,对策目标树决策分析框架,二、环境规划决策分析方法,（一）单目标决策分析方法,1、环境费用效益分析,1、环境费用效益分析,（1）费用效益分析的评价

14、准则,净效益最大：即总效益现值扣除总费用现值 的差额最大,1、环境费用效益分析,（1）费用效益分析的评价准则,费效比：即总费用现值与总效益现值之比,费效比1，方案可以接受 费效比1，方案应予拒绝,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,根据物品或服务价格计量环境质量变化的经济 效益或经济损失,1）市场价格法,应用广泛，如污染造成的农产品减产评价,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,通过人体健康进行环境价值经济评价的方法,2）人力资本法或工资损失法,环境污染造成人的健康损失：患病、死亡、丧失 劳动能

15、力等,可用于评估大气污染对某地区人体危害造成的货 币损失,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,把一定资源用在生产某种产品时，所放弃的对 其他产品生产中所能获得的最大收益,3）机会成本法,如一块土地，可以种植小麦，也可以种大豆,为种植小麦所放弃的大豆产量就成为种植小麦的 机会成本,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,环境质量变化引起资产价值变化来估计环境污 染或改善环境质量所带来的经济损失或收益,4）资产价值法,如可用房地产价值的变化来评估某环境质量变化 所产生的影响,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,利用不同环境质量条件下工人

16、工资差异，来估 计环境质量变化造成的经济损失或经济效益,5）工资差额法,如污染环境条件下的工人的工资高于正常条件,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,如评估公路噪声的危害，可以用建立噪声隔离 墙所需的费用来衡量,6）防护费用法,7）恢复费用法,环境资源的破坏假定能恢复到原来状态，则恢复 费用可作为该环境资源破坏的经济损失价值估计,1、环境费用效益分析,（2）环境效益评价的货币化技术方法,用来代替被破坏的环境资源功能所建造人造工 程的费用来估计破坏该环境资源的经济损失,8）影子工程法,例如，利用人工建造的饮用水源费用来评估某地 下水受污染而失去饮用水功能的经济损失,2、数学

17、规划方法,（1）线性规划,（3）动态规划,（2）非线性规划,图解法 线性规划EXCEL实现举例,（二）多目标决策分析方法,1、多目标决策分析的概念,（1）决策问题的多目标体系,1、多目标决策分析的概念,（2）决策方案的多目标评价选择,1、多目标决策分析的概念,（2）决策方案的多目标评价选择,“非劣解”：依多个目标进行比较而不能直接 舍弃的方案,“劣解”：通过两两比较可直接舍弃的方案,（3）多目标决策分析内涵,根据所建立多个目标，找出全部或部分非劣解 识别决策者对目标函数的意愿偏好，从非劣解 集中选择“满意解”,运用数学（包括计算机）方法技术解决如下问题：,2、有限方案多目标决策分析方法,（1）

18、矩阵法,2、有限方案多目标决策分析方法,（1）矩阵法,计算或估计出可直接量化指标的属性值,1）Vij的确定,建立分级表，经判断得出定性指标的属性值,指标属性值的规范化，即把各指标属性值无量纲 化统一变换到（0，1）范围内,（1）矩阵法,1）Vij的确定法,向量规范化,向量变换,2、有限方案多目标决策分析方法,（1）矩阵法,目标的相对重要性通过权重系数来反映,2）Wij的确定,多目标决策分析关键就在于权重系数的确定,确定权重系数可分为非交互式和交互式两类,主要有专家法或德尔菲法和特征向量法等方法,2、有限方案多目标决策分析方法,（1）矩阵法,Vi为备选方案在多个目标下的综合评价结果,3）Vi的确

19、定,通过Vi的大小可对备选方案进行选择决策,2、有限方案多目标决策分析方法,（2）层次分析法(Analytic Hierarchy Process),20世纪70年代由美国的T.L.Saaty提出的,1）概述,适于目标较多、结构复杂且不宜量化的问题,思路简便、运算方便、应用广泛,（2）层次分析法,2）基本步骤,明确问题，建立层次分析结构模型,（2）层次分析法,2）基本步骤,根据评价尺度建立判断矩阵,2）基本步骤,根据评价尺度建立判断矩阵,（2）层次分析法,2）基本步骤,计算确定各要素的相对重要程度（要素排序）,计算一组要素，A1，A2，An关于其上层某要素Cj重要程度排序,常见的计算方法有方根

20、法、和积法等,（2）层次分析法,2）基本步骤,一致性检验,CI越大表示判断矩阵一致性越差，当CI0.1时，判断矩阵所得到的Wi是可接受的,2）基本步骤,一致性检验,还可用随机一致性比例CR进行一致性检验,当CR0.10时,判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整,2）基本步骤,全要素下的综合权重排序,也称层次总排序，即对上一层所有要素，下层各要素相对优先序,2）基本步骤,总排序结果的一致性检验,类似于层次单排序的检验,（2）层次分析法,3）实例分析,建立问题的层次结构,构造判断矩阵,判断矩阵AB（方根法）,构造判断矩阵,判断矩阵B1C（方根法）,构造判断矩阵,判断矩阵B2C（方根法）,构造判断矩

21、阵,判断矩阵B3C（方根法）,3）实例分析,层次单要素排序检验,3）实例分析,层次单要素排序检验,全要素下的综合权重排序,注：0.1570.1050.491+0.637 0+0.258 0.406,综合排序结果的一致性检验,CI=0.1050.032+0.6370.039+0.2580=0.0282,RI=0.1051.12+0.6370.90+0.2580=0.6909,CR=CI/RI=0.0282/0.6909=0.0408 0.10所以,该层次总排序计算结果具有满意的一致性,课后作业（四）,利用层次分析方法完成下表中权重W和一致性检验计算,课后作业（四）,利用层次分析方法完成下表中权重W和一致性检验计算,课后作业（四）,利用层次分析方法完成下表中权重W和一致性检验计算,课后作业（四）,利用层次分析方法完成下表中权重W和一致性检验计算,课后作业（四）,利用层次分析方法完成下表中权重W和一致性检验计算,