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０ ３ ９号 图书在版编目 （Ｃ Ｉ Ｐ）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，２ ０ ０ ４  ３ Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ７  ５ ０ ２ ５  ５ ３ ９ ３  ２ Ⅰ 环 Ⅱ ①李②丁③彭 Ⅲ 环境质 量评价 Ⅳ Ｘ ８ ２ 中国版本图书馆Ｃ Ｉ Ｐ数据核字 （２ ０ ０ ４）第０ ２ ２ ６ ６ ５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１ ０ ０ ０ ２ ９） 发行电话（０ １ ０）６ ４ ９ ８ ２ ５ ３ ０ ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ｗｗｗ  ｃ ｉ ｐ  ｃ ｏ ｍ  ｃ ｎ  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８ ５ ０毫米１ １ ６ ８毫米１／３ ２ 印张１ ２  字数３ １ ０千字 ２ ０ ０ ４年５月第１版 ２ ０ ０ ４年５月北京第１次印刷 Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ７  ５ ０ ２ ５  ５ ３ ９ ３  ２／Ｘ４ ２ ６ 定 价３ ０  ０ ０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。 ２ ０世纪８ ０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２ ０世纪８ ０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１ ０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Ｂ Ｐ网络的若干基本问题研究所取得的最新 成果。第１ １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１ ２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１ ０章 李祚泳；第 １ １章～第１ ２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９ ９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１ ２  ３的评价模型的程序编辑与实 例计算；１ ０  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 （４ ０ ２ ７ １ ０ ２ ４） 和 四 川 省 教 育 厅 重 点 项 目 （ ２ ０ ０ ２ Ａ ０ ４ ８）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 ２ ０ ０ ４年３月１ ０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 １ １  １ 环境、环境质量和环境质量评价２ １  ２ 评价要素与环境质量评价因子３ １  ３ 环境质量评价标准５ １  ４ 基于韦伯费希纳 （Ｗ  Ｆ）拓广定律的环境空气质量标准１ １ 参考文献１ ４ 第２章 常用的环境质量评价方法 １ ７ ２  １ 专家评价法１ ８ ２  ２ 常用的综合指数评价法１ ９ ２  ３ 环境质量评价中的因子赋权２ １ ２  ４ 主分量分析评价法２ ７ 参考文献３ ３ 第３章 基于层次分析决策的环境质量评价 ３ ５ ３  １ 层次分析决策简介及其研究进展３ ６ ３  ２ 大气质量的ＡＨＰ评价模型４ ３ ３  ３ 水环境质量的ＡＨＰ评价模型４ ８ ３  ４ 环境工程方案评选的ＡＨＰ模型５ ４ ３  ５ ＡＨＰ  Ｐ Ｃ Ａ相结合的水质富营养化评价模型 ６ ２ 参考文献６ ７ 第４章 基于模糊集理论的环境质量评价 ６ ９ ４  １ 模糊集理论简介７ ０ ４  ２ 大气质量的贴近度综合评价７ ７ ４  ３ 大气环境质量模糊综合评价模型８ ０ ４  ４ 水环境质量的模糊综合评价８ ３ ４  ５ 湖泊营养状态的Ｈ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ贴近度评价法８ ７ ４  ６ 区域环境质量综合评价的Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ概率法９ ３ ４  ７ 用Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ积分比较区域环境质量１ ０ ３ ４  ８ 模糊数运算法用于湖泊营养类别评判１ ０ ７ 参考文献１ １ ３ 第５章 基于灰色系统理论的环境质量评价 １ １ ７ ５  １ 灰色系统简介１ １ ８ ５  ２ 大气质量灰色聚类评价模型１ ２ ８ ５  ３ 灰色统计决策法应用于大气环境质量评价１ ３ ７ ５  ４ 灰色局势法用于水质富营养化评价１ ４ ３ ５  ５ 水质灰色关联分析评价１ ４ ９ ５  ６ 湖泊富营养化的灰色层次决策评价１ ５ ３ 参考文献１ ６ １ 第６章 基于物元可拓集的环境质量评价 １ ６ ３ ６  １ 物元可拓集简介１ ６ ４ ６  ２ 大气质量的物元可拓评价模型１ ７ １ ６  ３ 水质综合评价的物元模型１ ７ ６ ６  ４ 城市综合环境质量的物元评价模型１ ８ ０ ６  ５ 生态环境变化趋势的物元可拓评价１ ８ ４ 参考文献１ ８ ８ 第７章 基于人工神经网络的环境质量评价 １ ９ １ ７  １ 人工神经网络简介１ ９ ２ ７  ２ 大气环境质量评价的人工神经网络模型２ ０ ６ ７  ３ 水质评价的人工神经网络模型２ ０ ９ ７  ４ 湖泊富营养化评价的人工神经网络模型２ １ ４ ７  ５ 城市环境质量的Ｂ  Ｐ网络综合评价２ １ ８ ７  ６ 基于Ｂ  Ｐ网络权重分析的大气颗粒物源解析评价２ ２ ３ 参考文献２ ２ ９ 第８章 基于投影寻踪技术的环境质量评价 ２ ３ ３ ８  １ 投影寻踪技术简介２ ３ ４ ８  ２ 基于投影寻踪新算法的水质评价模型２ ３ ８ ８  ３ 基于投影寻踪的大气颗粒物源解析评价２ ４ ３ ８  ４ 基于免疫进化算法优化的投影寻踪地下水水质评价２ ４ ７ 参考文献２ ５ ３ 第９章 基于遗传算法的环境质量评价 ２ ５ ７ ９  １ 遗传算法简介２ ５ ８ ９  ２ 基于ＧＡ优化的大气质量评价模型２ ６ ４ ９  ３ 基于ＧＡ优化的地面水水质评价模型２ ６ ９ ９  ４ 基于ＧＡ优化的地下水水质评价模型２ ７ ４ ９  ５ 基于ＧＡ优化的湖泊富营养化评价的普适公式２ ８ ０ ９  ６ 基于ＧＡ优化的湖泊富营养化评价的普适卡森指数公式２ ８ ５ ９  ７ 基于蚁群算法的大气颗粒物的源解析２ ８ ９ 参考文献２ ９ ８ 第１ ０章 基于集对分析和粗集理论的环境质量评价 ３ ０ ３ １ ０  １ 集对分析简介３ ０ ４ １ ０  ２ 粗集理论简介３ ０ ７ １ ０  ３ 大气质量的集对分析评价模型３ １ ３ １ ０  ４ 水质的集对分析评价模型３ １ ７ １ ０  ５ 基于粗集理论的大气颗粒物的排放源的重要性评价３ ２ ０ １ ０  ６ 基于粗集理论的地下水水质指标属性约简３ ２ ５ 参考文献３ ３ ２ 第１ １章 新的指数评价模型 ３ ３ ５ １ １  １ 大气质量评价的标度指数法３ ３ ６ １ １  ２ 环境质量综合指数的余分指数合成法３ ４ ２ １ １  ３ 大气质量评价的广义对比加权标度指数法３ ４ ７ １ １  ４ 环境质量评价的污染损害普适指数公式３ ５ １ 参考文献３ ５ ３ 第１ ２章 可持续发展评价模型 ３ ５ ５ １ ２  １ 基于集对分析的社会、经济与环境协调发展的评价模型３ ５ ７ １ ２  ２ 基于遗传算法优化的城市可持续发展评价的普适公式３ ６ ４ １ ２  ３ 基于蚁群算法的可持续发展评价指数公式３ ７ ４ 参考文献３ ７ ８ 后记 ３ ８ １ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ Ｃ ｈ ａ ｐ ｔ ｅ ｒ１ Ｏ ｕ ｔ ｌ ｉ ｎ ｅ１ １  １ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ，ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙａ ｎ ｄｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ２ １  ２ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ３ １  ３ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａｏ ｆ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ５ １  ４ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｉ ｒｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎＷ ｅ ｂ ｅ ｒ  Ｆ ｉ ｓ ｃ ｈ ｎ ａ’ｓ ｌ ａ ｗ１ １ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ １ ４ Ｃ ｈ ａ ｐ ｔ ｅ ｒ２ Ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓｏ ｆ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｎ ｔ１ ７ ２  １ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｉ ｓ ｔ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ１ ８ ２  ２ Ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ１ ９ ２  ３ Ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｄｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓｏ ｆ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ 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