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区域生态环境质量的集对评价模型及应用 李凡修 梅 平 陈 武 长江大学化学与环境工程学院, 荆州 434023 摘要 建立了利用集对分析方法进行区域生态环境评价的新模型, 并通过实例研究了区域生态环境质量状况。 与未 确知测度评价方法进行比较, 取得了满意的结果, 实例应用表明 该评价模型结构严谨, 评价结果合理、精细、分辨率 高, 为区域生态环境评价提供了一种简单而适用的评价方法。 关键词 区域环境 评价模型 集对分析 巢湖流域 近年来,区域生态环境评价的方法研究取得很大 进展 [ 1-3] ,但是由于区域生态环境评价所涉及的地域 复杂性 、 因素多样性以及信息不确定性 , 许多评价方 法都处于不断发展和探索之中。本文尝试运用赵克 勤先生提出的集对分析模型进行区域生态环境质量 评价 。 1 集对分析模型的建立 [ 4,5] 1. 1 集对分析方法简介 集对分析是我国学者赵克勤于 1989 年提出的一 种处理不确定性问题的系统分析方法, 其核心思想是 把系统视作一个确定不确定系统, 在这个确定不确定 系统中,确定性与不确定性互相转化,互相影响,互相 制约, 在一定条件下可互相转化, 并用一个能充分体 现其思想的确定不确定式子 μ a bi cj 来统一地 描述各种不确定性, 从而把对不确定性的辩证认识转 换成一个具体的数学工具 。 将集对分析思想用于研究区域生态环境评价 ,首 先应该确定联系度, 视待评价区域生态环境某项指标 和该项指标质量标准分别为两个集合, 将这两个集合 构成一个集对。若指标在此评价级别中 ,则认为是同 一; 若在相隔的评价级别中,则认为是对立; 若指标在 相邻的评价级别中, 则认为是异; 取差异系数 i 在 [ - 1,1]之间变化, 越接近所要评价的级别 , i 越接近 1, 越接近相隔的评价级别, i 越接近 - 1。 在评价过程中 ,对于同一、对立两种情况很容易 确定联系度,评价中的核心是差异度系数的确定和联 系度的确定。 1. 2 联系度的确定 [ 6] 确定准确的联系度是决策结果可信的关键,集对 分析法有别于模糊隶属度法, 它是一种“宽域式”的函 数结构 ,能提高信息的利用率, 保证综合结果的可信 性。具体的构造方法如下 当待评价指标处于评价级 别范围内时 ,则认为是同一, 联系度为 1; 若待评价指 标处于相隔的级别中 ,则认为是对立 ,联系度为 - 1; 若待评价指标处于相邻的评价级别中, 其确定方法 如下 1 当指标 S 属于越大越优时 ,区域生态环境评 价指标处于一级 Ⅰ 时 μ i1 1, x ∈ [ Si 1, ∞ ] 1 2 x -S i 1 Si 1-Si 2 , x ∈ [ Si 2,Si 1] -1, x ∈ [ -∞, Si 2] 2 区域生态环境评价指标处于二级 Ⅱ 时 μi2 1, x ∈ Si 2, Si 1」 1 2 x -S i 2 Si 2-Si 3 , x ∈ [ Si 3,Si 2] -1, x ∈ [ -∞, Si 3] 1, x ∈ [ Si 1, ∞ ] 3 区域生态环境评价指标处于三级 Ⅲ 时 μ i3 1, x ∈ [ Si 3, Si 2] 1 2 x -S i 3 Si 3-Si 4 , x ∈ [ Si 4, Si 3] 1 2 x -S i 2 Si 2-Si 1 , x ∈ [ Si 2, Si 1] -1, x ∈ [ -∞, Si 4] 或 x ∈ [ Si 1, ∞ ] μ i4的确定形式同 μi3 4 区域生态环境评价指标处于五级 Ⅴ 时 μ i5 1, x ∈ [ Si 5,Si 4] 1 2 x -S i 4 Si 4-Si 3 , x ∈ [ Si 4,Si 3] -1, x ∈ [ Si 3, ∞ ] 77 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 式中 Si 1、Si 2、Si 3、Si 4、Si 5分别为区域生态 环境评价指标Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的限值; x 为区域生 态环境评价指标的实测指标。对于属于越小越优的 评价指标 ,可采用类似方法确定联系度 。 1. 3 区域生态环境评价级别的确定 由上述方法求得各个指标的联系度后,采用下式 计算平均联系度 μj 1 n ∑ n i 1 μij 式中 μ j表示各种区域生态环境指标对于第 j 个 级别的平均联系度。 若 μP max{ μj} ,1 ≤j ≤m , p ∈[ 1,2, , m] , 则 区域生态环境评价结果为 p 级。 2 实例应用 [ 1] 巢湖为国家“九五” 、 “十五”期间重点治理的“三 湖”之一。巢湖流域生态环境评价的层次结构模型, 即评价指标体系及评价指标质量分级标准见表 1。 表 1 生态环境评价指标体系及分级标准 评价要素评价指标ⅠⅡⅢⅣⅤ 气候条件年降雨量 mm1 3001 2001 000800600 ≥10 ℃积温 ℃6 0005 5004 0002 8001 800 土壤状况 土壤有机质质量分数0. 030. 020. 0150. 010 . 004 侵蚀模数 tkm- 2a- 1500 2 5005 0008 00015 000 人均拥有量 m3 4 0003 0002 4001 5001 000 水资源水体质量满意度 9080605040 水资源开发程度 1525354050 森林覆盖率 5040302010 生物资源水域面积率 1512853 植物种类 种700500400200100 动物种类 种30020015010050 非农业人口比重 6050403025 社会结构第三产业者比重 5040352520 城市化水平 6050403020 人口自然增长率 1. 02. 04. 05 . 06. 0 人口素质人均预期寿命 a8075706055 在校大学生比重 ‰252015105 第三产业产值比重 5045403530 经济状况科技进步贡献率 6555504030 GDP 年增长率 108. 5753 居民消费水平 元5 5004 5003 5002 7002 000 生活质量每万人口医生数 人3025201510 人享受社保劳动者 6050453020 注 生态环境质量Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ和Ⅴ级, 分别对应于优、良、 及格、较差和差评语。 按照行政区划将巢湖流域分为合肥市、 巢湖市和 六安市3 个分区 ,各分区中评价指标现状值见表2。 表 2 各分区及流域总体评价指标现状值 项目评价指标合肥市巢湖市六安市 流域总体 气候条件年降雨量 mm1 0001 0501 280800 ≥10 ℃积温 ℃5 0005 0005 0005 000 土壤状况 土壤有机质质量分数0. 01430. 01450 . 01370. 0140 侵蚀模数 tkm- 2a- 12 700 2 7004 5002 700 人均拥有量 m3 1 6001 7002 0001 600 水资源水体质量满意度 65608562 水资源开发程度 35323031 森林覆盖率 15172821. 9 生物资源水域面积率 7 . 810. 14. 37 . 4 植物种类 种350400500450 动物种类 种150150180160 非农业人口比重 42352835 社会结构第三产业者比重 40302632 城市化水平 32262327 人口自然增长率 3 . 55. 57. 55 . 5 人口素质人均预期寿命 a73727172 在校大学生比重‰32161220 第三产业产值比重 46363241 经济状况科技进步贡献率 67454151 GDP 年增长率 8 . 07. 67. 27 . 6 居民消费水平 元3 6002 7002 1002 800 生活质量每万人口医生数 人25161318 人享受社保劳动者 44282432 将给定指标的数据代入联系度 1 ～ 4 表达式, 计算各区域生态环境评价平均联系度如表 3。 表 3 各区域生态环境不同级别联系度评价级别 联系度 μjⅠⅡⅢⅣⅤ 评价 级别 未确知 测度[ 1] 合肥市-0 . 8087-0 . 22440. 54150 . 1687 - 0. 7267ⅢⅢ 巢湖市-1-0 . 66420. 21930 . 5338 - 0. 2106ⅣⅣ 六安市-0 . 8870-0 . 5507 - 0. 08447 0 . 1014 0. 01282ⅣⅤ 流域总体-10 . 48810. 32520 . 3751 - 0. 3947ⅣⅣ 从表 3 可以看出 合肥市生态环境质量为 Ⅲ级 及格 ,巢湖市 、 六安市、流域总体生态环境质量为 Ⅳ 级 较差 。通过对比 ,集对分析评价法的评价结果与 未知测度评价方法 [ 1] 的结果基本吻合, 说明集对分析 评价模型结构严谨, 评价结果合理、分辩率高 ,实际调 下转第 89 页 78 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 参考文献 [ 1] Braskerud, B. C. Factorsaffectingphosphorus retentionin small constructed wetlands treating agricultural non-point source pollution, Ecological Engineering . 2002, 19 41-61. [ 2] McGechan,M . B.Moir, S .E.Sym,G.Castle , K .Estimating inorganicand organicNitrogen transation rates in a model of a constructed wetland puri. fication system for dilute farm effluents, biosystems engineering . 2005, 91 1 61 -75. [ 3] Kern. J. and Idler. C. Treatment of domesticand agricultural wastewater by reed bed systems. Ecological Engineering ,1999, 12 13-25. [ 4] Rivera R, Warren A, Curds C R, et al . The application of the root zone for the treatment and reuse of high strength abattoir waste in Mexico . Wat . Sci . Tech. , 1997, 35 5 271 -278. [ 5] Abbas Al -Omari , Manar Fayyad. Treatment of domestic wastewater by subsurface flow constructed wetlands in Jourdan, Desalination. 2003, 155 27-39. [ 6] Cooper P , Smith M, Maynard H. The design and perance of a nitrifying vertical low reedbed treatment system. Wat Sci. Tech. , 1997, 35 5 215 -221. [ 7] SchreijerM, Xampf R, Toet S, et al. The use of constructed wetland stoup grade treated sewage effluents before discharge to natural surface water in Tlis land, The Netherlands pilot study . Wat . Sci . Tech. , 1997,35 5 231 -237. [ 8] Coleman J, Hench K ,Garbutt K , et al. Treatment of domestic wastewater by three plant species in constructed wetlands Water. Air and Soil Pollution, 2001,128 238 -285. [ 9] Winthrop C A, P aul B H, Joel A B, et al. Temperature and wetland plant species effect son wastewater treatment and root zone oxidation. Journal of Environmental Quality ,2002, 31 1010 -1016. [ 10] Jonathan K R and Sarah K . L. Flow pattern analysis of constructed wetlands treating landfill leachate. Wat. Sci. Tech. , 1999, 40 3 271 -278. [ 11] Ji GD, Sun TH,Zhou QX , et al. Constructed subsurface flow wetland for treating heavy oil produced water of the Liao the Oil field in China. Ecological Engineering ,2002, 18 459 -465. [ 12] Anne L S, Cynthia A M. Design and hydraulic perance of a constructed wetland treating oil refinery wastewater. Wat , Sci. Tech. , 1999,40 3 301 -307. [ 13] Ying-Feng Lin, Shuh-Ren Jing , Der -Yuan Lee . The potential use of constructed wetlands in a recirculating aquaculture system for shrimp culture. Environmental Pollution, 2003, 123 107 -113. [ 14] Shuh -Ren Jing , Yin -Feng Lin, Der -Yuan Lee , Tze-Wen Wang . Nutrient removal from polluted river water by using constructed wetlands. Bioresource Technology, 2001,76 131 -135. [ 15] Michal Green, Iris Safray , et al. Constructed wetlands forriver reclamation; experimental design, start -up and preliminaryresults. Bioresource Technology, 1996,55 157 -162. [ 16] 刘红, 代明利, 刘学燕等. 人工湿地系统用于地表水水质改善的 效能及特征. 环境科学, 2004, 25 4 65 -70. 作者通讯处 解庆林 541004 桂林市建干路 12 号 桂林工学院资 源与环境工程系 电话 0773 5896271 E -mail xqinglinhotmail. com 2005- 11-18 收稿 上接第 78页 查表明,这一评价结果与巢湖流域生态环境质量现状 是相符合的,因此可以认为集对分析模型可用于区域 生态环境质量的综合评价, 其方法是可行的 ,结论是 可信的。 3 结论 1 集对分析法有别于模糊隶属度法 ,是一种“宽 域式”的函数结构, 重视信息处理中的相对性 、模糊 性,评价原理和结果直观 、 准确可靠 ,能提高信息的利 用率 ,保证综合评价结果的可信性 。 2 实例研究表明 ,集对分析评价模型涵义明确, 计算过程较为简单。 3 应用集对分析理论建立了区域生态环境质量 评价的新模型, 仅采用平均联系度进行评价 ,若采用 加权联系度,可进一步提高评价的准确性。 参考文献 [ 1] 李如忠, 孙世群. 区域生态环境的未确知测度评价模型及应用. 环境科学研究,2004, 17 2 22 -25. [ 2] 常风池, 缪燕江. 区域生态环境评价中宏观评价指标和工作方法 简介. 矿产与地质,2004, 18 1 59 -61. [ 3] 上官铁梁, 苏志珠. 区域生态环境质量评价方法. 山西煤炭管理 干部学院学报,2003, 1 64 -67. [ 4] 赵克勤等. 集对论 一种新的不确定性理论方法与应用. 系统 工程, 1996, 14 1 18 -23. [ 5] 赵克勤. 集对分析及其初步应用. 大自然探索, 1994, 13 1 67 -71. [ 6] 李凡修, 陈武. 集对分析用于湖泊富营养化评价研究. 重庆环境 科学, 2000, 22 6 10 -22. 作者通讯处 李凡修 434023 湖北省荆州市 长江大学东校区化 学与环境工程学院环境工程系 电话 0716 8061156 E -mail lfx1966tom. com 2005- 11-19 收稿 89 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 RESEARCH ON SLUDGE REDUCTION BY ANOXIC AND AEROBIC DIGESTION Niu Yina Peng Yongzhen 62 Abstract It is studied that the digestion effect of anoxic and aerobic process under different conditions, which is also compared with that of the traditional aerobic digestion at normal and intermediate temperatures. Statistical analysis of the control parameters, such as pH etc is done. Optimization process conditions are proposed, which providesa reliable basis for design and management of anoxic and aerobic digestion of sludge. Keywords anoxic and aerobic digestion, surplus activated sludge, intermediate temperature and normal temperature TREATMENT OF MUNICIPAL LANDFILL LEACHATE WITH INTEGRATED PROCESS BASED ON MULTIFUNCTION FLY-ASHRuan Xiangyuan Wen Jianguo Liu Siqi 65 Abstract A system of treatment of municipal landfill leachate was combined by five -series trunks filled with multifunction fly-ash such as adsorption, coagulating, decomposition and so on. Under processing conditions of flow rate of 40 L h for landfill leachate, 40 L m3hfor air and 15 mg L for ozone, respectively, suspended substances, colority, CODCr, BOD5, ammonia nitrogen and sulfide in the leachate were cut down by 93, 90, 96, 92, 86 and 92, respectively. Keywords landfill leachate, immobilized coagulant, fly-ash and ozone EXPERIMENTATION ON CENTRIFUGAL DEWATERING OF MUNICIPAL CATERING SWILLS Han Qi Cao Zike Luo Jianzhong 68 Abstract The resource, characteristics and disposal technologies of urban catering swills are introduced. The new resource recycling technique for the catering swills are presented and the working procedure of the centrifugal dewatering is studied. The optimal centrifugal parameters are confirmed as 5 minutes centrifugal time and 3 200 r min for rotation speed. Keywords catering swills, centrifugal dewatering and resource recycling DISTILLING AND ENRICHING TRACE NONYLPHENOL IN WASTEWATER BY SOLID -PHASE EXTRACTIONHao Ruixia Liang Peng Zhao Man et al 71 Abstract About 70 wastewater or reuse water samples are pre -treated by solid -phase extraction for distilling and enriching NP, and the conditions of SPE have been studied in detail, then, the samples are quantitatively analyzedby GC-MS-∑SIM. The resultsare that OasisRHLBSPE pole is of good adsorption for NP in wastewater, and the efficiency of eluate solvent is about 97. 01. The veracity and accuracy of the meassured resultsmeet requirements. Keywords environmental hormone, nonylphenol, complex matrix, trace ingredient and solid -phase extraction IMPROVEDATTRIBUTERECOGNITIONMODELANDITSAPPLICATIONTO COMPREHENSIVE QUALITY ASSESSMENT OF URBAN ENVIRONMENT Zhang Libing ChengJilin Jin Juliang et al 74 Abstract During the process of utilizing attribute recognition model to make comprehensive assessment, there are some subjective factors in calculating the weight vector. According to this, an improved based on the technique of data driving is applied to make the weight calculation more scientific and rational. An example shows that the improved attribute recognitionmodel has good property of simple principle, nice results and handy calculation. It has wide applicability in the area of comprehensive assessment. Keywords improved attribute recognition model, urban atmospheric environment and comprehensive assessment THE SETPAIR ANALYSIS MODELFOR REGIONAL ECO-ENVIRONMENTAL QUALITY UATION AND ITS APPLICATIONLi Fanxiu Mei Ping Chen Wu 77 Abstract A new model for regional eco -environmental quality uationwas established,where set pair analysiswas used. And an applied example was studied with more satisfactory results. Compared with unascertained measurement uation , this model is perfect, the uating result ismore reasonable and its resolving power is higher. Thus, a simple and effective uation is provided for regional eco- environmental quality uation. Keywords regional eco -environment, uationmodel, set pair analysis and Chaohu basin DESIGN OF MEMBRANE BIOREACTORFOR TREATING WASTEWATER INHOUSING ESTATE Wang Lin Yuan Xinyan Li Shifeng 79 Abstract A process of using submergedmembrane bioreactor with nitrogen and phosphorusbeing removed sumultaneously is introducedfor sewage treatment in housing estate. The KORED flat polyethersulfone membrane made in the Republic of Korea is selected, whose property and pollution control, as well as design parameters of each structure are also described. Keywords reuse of sewage in housing estate, membrane bioreactor, process design and investment analysis 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006