环境质量评价原理与方法.pdf

书书书环境质量评价原理与方法李祚泳丁晶彭荔红著（京）新登字０３９号图书在版编目（ＣＩＰ）数据环境质量评价原理与方法／李祚泳，丁晶，彭荔红著北京化学工业出版社，２００４  ３ＩＳＢＮ７  ５０２５  ５３９３  ２ Ⅰ 环 Ⅱ ①李②丁③彭 Ⅲ 环境质量评价 Ⅳ Ｘ８２中国版本图书馆ＣＩＰ数据核字（２００４）第０２２６６５号环境质量评价原理与方法李祚泳丁晶彭荔红著责任编辑王秀鸾文字编辑刘莉珺责任校对王素芹封面设计蒋艳君  化学工业出版社环境科学与工程出版中心出版发行（北京市朝阳区惠新里３号邮政编码１０００２９）发行电话（０１０）６４９８２５３０ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ  ｃｉｐ  ｃｏｍ  ｃｎ  新华书店北京发行所经销中国纺织工业出版社印刷厂印刷三河市前程装订厂装订开本８５０毫米１１６８毫米１／３２印张１２  字数３１０千字２００４年５月第１版２００４年５月北京第１次印刷ＩＳＢＮ７  ５０２５  ５３９３  ２／Ｘ４２６定价３０  ００元版权所有违者必究该书如有缺页、倒页、脱页者，本社发行部负责退换前言地球是一切生命的摇篮。在一望无际的太阳系中，只有地球独自养育着人类和万物生灵。人类是大地的儿子，地球是人类的母亲。只有地球才像慈母一样用甘甜的乳汁和血液滋养着人类。因而自远古以来，人类一直生活和工作在 “ 落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”这样一种充满诗情画意的优美自然环境中。然而人类在征服自然和发展经济的历程中，由于对自然资源的过度开发，致使全球生态平衡受到破坏，环境正在急剧改变，已对人类的生存和发展构成了严重威胁。时至今日，那种 “ 长烟一空，皓月千里”的景色已很少再现。回顾人类前进的步伐，使人类清醒地认识到正是人类在环境问题上的失误，才给地球带来了创伤，造成了当今世界范围内环境的严重污染。环境的现状如何环境的未来走向何处人类的命运和前途怎样这是人类需要了解和认真思索的问题。作为环境学科的一个重要分支环境评价就是从环境质量的基本概念出发，依据环境价值的基本原理，应用各种手段和方法，研究、评价人类活动对环境的影响及环境变化对人类行为、生存与发展的影响。因此，环境评价是一个理论与实践相结合的实用性强的学科。它是人类认识环境的本质及进一步保护和改善环境质量的手段和工具；它为环境管理和规划、环境工程、环境污染综合防治与决策、环境保护政策制订等提供科学依据，是环境保护的一项基础性工作。因此，环境质量评价理论和方法的研究具有十分重要的意义。２０世纪８０年代以前，国内外进行环境质量分析与评价的理论基础是基于随机性的概率论及数理统计；基本方法主要为综合指数评价法、概率统计评价法、主分量分析评价法、热力学熵评价法等。但环境信息除了具有随机性外，还具有模糊性、灰色性和不相容性等不确定性特征。此外，环境评价问题实质上就是决策问题，而决策是需要考虑优化的。自２０世纪８０年代兴起和发展起来的模糊集理论、灰色系统理论、物元可拓集、集对分析、粗集理论、投影寻踪技术、人工神经网络、遗传算法和蚁群算法等新理论和新技术正是用于处理具有模糊性、灰色性、不相容性等不确定性问题的新理论和新优化技术。将这些新理论和新技术引进到环境科学中，应用于环境质量评价，使环境质量评价过程更体现为数学模型化和最优化；使评价理论和方法更具有科学性和先进性；使评价结果更具合理性和精确性，从而开辟了环境质量评价的新途径。但有关上述环境质量评价的新理论和新方法，在通常的环境评价著作中，很少有介绍。本书目的正是为了介绍近年来新的数学理论和优化技术开拓到环境质量评价中所取得的理论成果和应用成果。本书汇集了作者多年来在环境质量评价理论和方法上取得的重要研究成果。第１章和第２章主要介绍了环境质量评价的有关概念、评价标准和常用的评价方法。第３章～第１０章分别介绍了层次分析法、模糊集理论、灰色系统理论、物元可拓集、人工神经网络、投影寻踪技术、遗传算法和蚁群算法、集对分析和粗集理论等的基本概念、基本理论及用于环境质量评价的基本思想和方法、模型和应用实例。此外，在７  １人工神经网络简介中，还加进了作者近期对ＢＰ网络的若干基本问题研究所取得的最新成果。第１１章介绍了作者提出的新的环境质量评价指数公式或评价模型，第１２章介绍了作者近年来提出的新的环境与可持续发展评价模型。本书具有以下几个特色。兼容性本书写作时，尽量做到思想与概念、理论与方法、模型与应用三个层次兼容。新颖性本书在作者多年研究成果基础上，广泛吸收了国内外近年来在环境评价方面的最新进展，内容具有前沿性和新颖性。先进性本书提出的评价模型和评价方法大多具有概括性、普适性和简洁性特点，因而具有先进性。实用性检验环境评价的理论和方法是否有价值的惟一标准是应用于实践。本书注重理论与实践的紧密结合，每种评价模型都给出了应用实例，因而使提出的环境评价新理论和新方法不会是 “ 水中月，镜中花” 。可读性本书内容尽量做到深入浅出，清晰易懂，可读性强。适用性本书适用于多种不同学科、专业和包括研究生、本科生、大学教师和科技人员在内的多种不同层次的读者需要，适用面广。本书各章执笔作者如下前言、后记李祚泳（成都信息工程学院）；第１章～第３章彭荔红（厦门大学）；第４章～第８章李祚泳，丁晶（四川大学）；第９章～第１０章李祚泳；第１１章～第１２章李祚泳，彭荔红。全书由李祚泳统稿，并负责校阅全稿。本书撰写过程中，参阅、引用和吸收了国内外许多专家和学者的著作和研究成果。成都信息工程学院地球环境科学系环境工程专业本科９９级的学生丁恒康、姜林、薛丽梅和徐婷婷等分别协助了本书７  ６、８  ４、９  ７和１２  ３的评价模型的程序编辑与实例计算；１０  ６是熊建秋博士在导师指导下完成的最新成果；硕士生汪嘉杨和已是青年教师的徐婷婷还帮助作者对本书的若干章节进行校对。在本书撰写过程中，还得到过邹长武博士、熊建秋博士和杜家幸、汪嘉杨等的宝贵建议和帮助。因此，本书凝聚了广大同行和学子的辛勤劳动成果，在此表示诚挚谢意此外，对在工作和生活上关心、支持和帮助过我们的同事、朋友和亲人也表示衷心感谢本书在撰写过程中，得到成都信息工程学院、四川大学和厦门大学有关主管部门和领导的支持和提供的方便，并得到国家自然科学基金项目（４０２７１０２４）和四川省教育厅重点项目（２００２Ａ０４８）资助；化学工业出版社对本书的出版给予了大力支持，在此一并表示感谢。由于作者学识水平、时间和精力有限，书中提出的一些思想和观点难免存在争议；一些模型和方法也许有失偏颇；一些计算结果和文字表述可能有笔误。恳请读者和专家批评指正。著者２００４年３月１０日于成都信息工程学院四川大学厦门大学目录第１章概述１１  １环境、环境质量和环境质量评价２１  ２评价要素与环境质量评价因子３１  ３环境质量评价标准５１  ４基于韦伯费希纳（Ｗ  Ｆ）拓广定律的环境空气质量标准１１参考文献１４第２章常用的环境质量评价方法１７２  １专家评价法１８２  ２常用的综合指数评价法１９２  ３环境质量评价中的因子赋权２１２  ４主分量分析评价法２７参考文献３３第３章基于层次分析决策的环境质量评价３５３  １层次分析决策简介及其研究进展３６３  ２大气质量的ＡＨＰ评价模型４３３  ３水环境质量的ＡＨＰ评价模型４８３  ４环境工程方案评选的ＡＨＰ模型５４３  ５ＡＨＰ  ＰＣＡ相结合的水质富营养化评价模型６２参考文献６７第４章基于模糊集理论的环境质量评价６９４  １模糊集理论简介７０４  ２大气质量的贴近度综合评价７７４  ３大气环境质量模糊综合评价模型８０４  ４水环境质量的模糊综合评价８３４  ５湖泊营养状态的Ｈａｍｍｉｎｇ贴近度评价法８７４  ６区域环境质量综合评价的Ｆｕｚｚｙ概率法９３４  ７用Ｆｕｚｚｙ积分比较区域环境质量１０３４  ８模糊数运算法用于湖泊营养类别评判１０７参考文献１１３第５章基于灰色系统理论的环境质量评价１１７５  １灰色系统简介１１８５  ２大气质量灰色聚类评价模型１２８５  ３灰色统计决策法应用于大气环境质量评价１３７５  ４灰色局势法用于水质富营养化评价１４３５  ５水质灰色关联分析评价１４９５  ６湖泊富营养化的灰色层次决策评价１５３参考文献１６１第６章基于物元可拓集的环境质量评价１６３６  １物元可拓集简介１６４６  ２大气质量的物元可拓评价模型１７１６  ３水质综合评价的物元模型１７６６  ４城市综合环境质量的物元评价模型１８０６  ５生态环境变化趋势的物元可拓评价１８４参考文献１８８第７章基于人工神经网络的环境质量评价１９１７  １人工神经网络简介１９２７  ２大气环境质量评价的人工神经网络模型２０６７  ３水质评价的人工神经网络模型２０９７  ４湖泊富营养化评价的人工神经网络模型２１４７  ５城市环境质量的Ｂ  Ｐ网络综合评价２１８７  ６基于Ｂ  Ｐ网络权重分析的大气颗粒物源解析评价２２３参考文献２２９第８章基于投影寻踪技术的环境质量评价２３３８  １投影寻踪技术简介２３４８  ２基于投影寻踪新算法的水质评价模型２３８８  ３基于投影寻踪的大气颗粒物源解析评价２４３８  ４基于免疫进化算法优化的投影寻踪地下水水质评价２４７参考文献２５３第９章基于遗传算法的环境质量评价２５７９  １遗传算法简介２５８９  ２基于ＧＡ优化的大气质量评价模型２６４９  ３基于ＧＡ优化的地面水水质评价模型２６９９  ４基于ＧＡ优化的地下水水质评价模型２７４９  ５基于ＧＡ优化的湖泊富营养化评价的普适公式２８０９  ６基于ＧＡ优化的湖泊富营养化评价的普适卡森指数公式２８５９  ７基于蚁群算法的大气颗粒物的源解析２８９参考文献２９８第１０章基于集对分析和粗集理论的环境质量评价３０３１０  １集对分析简介３０４１０  ２粗集理论简介３０７１０  ３大气质量的集对分析评价模型３１３１０  ４水质的集对分析评价模型３１７１０  ５基于粗集理论的大气颗粒物的排放源的重要性评价３２０１０  ６基于粗集理论的地下水水质指标属性约简３２５参考文献３３２第１１章新的指数评价模型３３５１１  １大气质量评价的标度指数法３３６１１  ２环境质量综合指数的余分指数合成法３４２１１  ３大气质量评价的广义对比加权标度指数法３４７１１  ４环境质量评价的污染损害普适指数公式３５１参考文献３５３第１２章可持续发展评价模型３５５１２  １基于集对分析的社会、经济与环境协调发展的评价模型３５７１２  ２基于遗传算法优化的城市可持续发展评价的普适公式３６４１２  ３基于蚁群算法的可持续发展评价指数公式３７４参考文献３７８后记３８１ＣｏｎｔｅｎｔｓＣｈａｐｔｅｒ１Ｏｕｔｌｉｎｅ１１  １Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ２１  ２Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｆａｃｔｏｒｓ３１  ３Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ５１  ４ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｉｒｑｕａｌｉｔｙｃｒｉｔｅｒｉａｂａｓｅｄｏｎＷｅｂｅｒ  Ｆｉｓｃｈｎａ’ｓｌａｗ１１Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ１４Ｃｈａｐｔｅｒ２Ｃｏｍｍｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ１７２  １Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ１８２  ２Ｃｏｍｍｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｄｅｘ１９２  ３Ｗｅｉｇｈｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｆａｃｔｏｒｓ２１２  ４Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｉｎｃｉｐａｌｆａｃｔｏｒａｎａｌｙｓｉｓ２７Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ３３Ｃｈａｐｔｅｒ３Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ３５３  １Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓ３６３  ２ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｉｒｑｕａｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎＡＨＰ４３３  ３ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎＡＨＰ４８３  ４ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎＡＨＰ５４３  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７Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｐｐｏｒｔｉｏｎｍｅｎｔｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓｂａｓｅｄｏｎａｎｔｃｏｌｏｎｙａｌｇｏｒｉｔｈｍ２８９Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ２９８Ｃｈａｐｔｅｒ１０Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｓｅｔｐａｉｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｏｕｇｈｓｅｔｔｈｅｏｒｙ３０３１０  １Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏ