環(huán)境質(zhì)量評的價數(shù)學(xué)模型

環(huán)境質(zhì)量評價與系統(tǒng)分析安徽工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院二OO四年六月八日目錄□1.環(huán)境質(zhì)量評價與系統(tǒng)分析□2.數(shù)學(xué)模型概述□3.環(huán)境質(zhì)量評價的數(shù)學(xué)模型□4.污染源評價與總量控制□5.大氣環(huán)境質(zhì)量評價及影響預(yù)測□6.水環(huán)境質(zhì)量評價和影響預(yù)測□7.環(huán)境噪聲影響預(yù)測及評價□8.環(huán)境系統(tǒng)最優(yōu)化□9.附錄環(huán)境質(zhì)量評價的數(shù)學(xué)模型3.1指數(shù)評價模型3.1.1甲?內(nèi)于衍奴3.1.2多因子指數(shù)3.1.3空氣污染指數(shù)3.2環(huán)境質(zhì)蒱的分級聚類模型3,2.1積分值分級法3.2.2模糊綜合評價法3.3污染物的運動變化模型3.3.1污染物在環(huán)境介質(zhì)中的運動變化3.3.2污染物運動變化的基本模型3.1指數(shù)評價模型環(huán)境質(zhì)貴指數(shù)就是這樣一個有代表性的數(shù)，也可以表示衫因子的環(huán)境質(zhì)s狀況。3.1.1單因子指數(shù)環(huán)境質(zhì)雖指數(shù)足無雖綱衣示污染物在環(huán)境中實際濃度超過評價砧準的程度,即超標倍數(shù)。//的數(shù)值越大表示該單項的環(huán)境質(zhì)笹越差。因此對溶解氧和pwttffi言，其單項水質(zhì)參數(shù)具有不同的定義式.3,1.2多因子指數(shù)■1.均值型多因子指數(shù)■2.計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)［37□汁權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的褪本出發(fā)點是認為汐種環(huán)境因子對環(huán)境的影響足不等權(quán)的，其影響應(yīng)該計入汐環(huán)境因子的權(quán)系數(shù)?！繴V.=1i=3.N.L.Nemerow(內(nèi)梅羅)指數(shù)內(nèi)梅羅指數(shù)足-種突出最大值的汁權(quán)型多因r■環(huán)境雖指數(shù)(Maxlf

)2

+(Ave/t)223,1.3空氣污染指數(shù)API）就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單-的概念性指數(shù)值形式，并fl］于分級農(nóng)征空氣污染程度和空氣質(zhì)-量狀況Q這種方法適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢?！隹諝馕廴局笖?shù)的分級標準足：（1）空氣質(zhì)玷指數(shù)API50對應(yīng)的污染物濃度為國家空氣質(zhì)量日均值一級標準;=（2）API100對應(yīng)的污染物濃度為國家空氣質(zhì)量曰均値二級標準：（3）API更島僨段的分級對應(yīng)？?$種污染物對人體健康產(chǎn)卞不冋影響吋的濃度限制?！鰹榱藢諝馕廴揪C合分級，首先需按單項污染因子計算空氣污染指數(shù)。參照上述空氣污染指數(shù)分級標準的一忤原則，每個笮項有著各自的分級標準，表3-4空氣污染指數(shù)分級標準（試行）（2000年4月27日發(fā)布〉個氣IS:ft級空氣質(zhì)量狀M沾語的郵晌-I10—50/JUI優(yōu)可正常活動51-100101-150IITTThi.良輕微污染nJ正常活動K期接觸，易感人群出現(xiàn)癥狀151-200111m2輕度污染長期接觸，健康人群出現(xiàn)癥狀201?250TV%中度污染-定吋間接觸后，健康人群出現(xiàn)癥狀25卜3001VIV.中/斐獄污染一定時間接觸后，心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇V健康人群明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)V乂/J木某些疾病-空氣污染指數(shù)API的計算方法空氣質(zhì)量描沭API中氣質(zhì)筮嚴<污染V屮度污染良IVhi150040030()20010050二氧化硫濃度吸g轍*26202100160025035015()15()5()50將監(jiān)測點的各項污染物濃度日均值與各肉的分級標準限位相比較，確定對應(yīng)于該濃度值時API所在的API指數(shù)IXfid，付按照插值法計算該污染物濃度的API伉。報據(jù)測?的可吸入顆粒物濃度位是200pg/NM3,iBZ-APIA;占1_+胞125環(huán)境質(zhì)量的分級聚類模型□環(huán)境質(zhì)員分級聚類模吧也稱為功能評價模犁，它按照-定的聚類驕b龍豔g鼷驟?_塞行環(huán)表3-6積分值法的環(huán)境質(zhì)量分級積分訥壞境質(zhì)級二級76?M-60:級6(1MMO40〉、1四級Jl級表3-7大氣環(huán)境屮污染物濃呦mg/Nrn3｝和單因子砰分—規(guī)一紐四級fjili-wC.—*SzX—s>zX.Z』?-r.ZX.h染因J-20(分)1612xAo*-T總憊浮微粒<0.15o1os1、1(1U.J<0015o2^o50>050<0.05ni<n，氣cnW.1JU.X-Jt-F.mJUNOx<0.05OJO0.15().30>4).30<404□6()P0黑鑰鑑定性分析2,模糊集合理論簡介a棄鼸F豔譃義雛驕繡驟情程度；也就是對模糊集合的判斷是用元素對此集合的從屬程度大小來表達的。這就使集合界線模糊不清無關(guān)緊要了，它并不會影響我們對元素屬于集合的判斷，隸屬度的概念足齊通集合論和模糊集合論的關(guān)鍵K別。隸屈度函數(shù)的取值可以是區(qū)間^之中［^任何數(shù)，苦隸屬度值接近丁*1時，表程度高：反之，若糴屬度值近ro時，表示隸屬程度低。當FhU的一個有限的模糊子集時，川記號F=Ek+

+......+么U\U2Un來說明隸屬程度，式中",?表示對應(yīng)元素&對F的隸屬度值。3.環(huán)境質(zhì)量模糊評價中的集合臬粢介。環(huán)境質(zhì)K的閃素是?個具有m個元蒺的向4。這里的(1)環(huán)境質(zhì)軍:的W桌集合CZ二WpW，，…U^染物U_iifh’ilBiHftfti)順4■進什排向，便形歳了因污染物因子在進行測定時會有不同的數(shù)值，污染物因子可能取伉的令體，構(gòu)成了環(huán)境質(zhì)姑的因素論域上的向城空間=V=V,，v2,……V"(2)壞境質(zhì)V:的評語集介環(huán)境質(zhì)量的評語集合是指在進行環(huán)境質(zhì)量評價時使用的環(huán)境質(zhì)量標準。環(huán)境質(zhì)逢標準應(yīng)該用矩陣來表示，因為評價標準對m個污染物因子，均分別規(guī)定了n個分級的標準沮。寫作(3)W素與評語之間的關(guān)系矩陣開(4)因素論域上的模糊子集=(5)評語論域上的模糊子集/個iv染Nf(例如COD),a.為隸鉍度,次不該汚染閔f對壞境污染的作用。b、丄b2丄丄bn4.關(guān)系矩陣中兀素的求解12m個污染因子子對j級標準的隸屬墳。矩陣屮的行元素，k…Ga)力策/■猝汚染楊因r對各級標準的隸屈度。矩陣屮的列元素(r2/,...,rmi)為各種污染因F對第J級標準的隸屈度。12____n(評價標準n級)若己知測定的環(huán)境屮CO日平均濃度值為4.5mg/Nm3,該值位于二、三級標準(4.0M.0)之間，接近于二級標準。用隸厲度來表示接近程度的方法是在4.0與6.0之間按比例求解。它們是相應(yīng)于1?3級標準的rcol=0,rco2=0.75,rco3=0.25：以此類推可求得全部美系矩陣芫素的值___5.確定環(huán)境質(zhì)量歸類的模糊評價法環(huán)境質(zhì)量的模糊評價法歸結(jié)為，己知因素論域上的模糊子集名（污染物因子的濃度水平）和評價矩陣1/（各類標準對因子的要求I求出向量sf環(huán)境歸屬類別）。在模糊向量A和模糊關(guān)系矩陣R己知時,綜合評價模糊子集可以表達為：B=A.R5.確定環(huán)境質(zhì)量歸類的模糊評價法=A.R計算模糊向量B的兩種運算模型:運算模型之一：Mi(n,u)小屮取大的判別原則。吖先在環(huán)境M紊的隸屬度句對向關(guān)系矩陣元$中取較小值；然后從中選取最大位作為本級環(huán)境標袱的隸誠麁圮的取值。bj~、;(3f^rjj)=Max(Min(aur^)....Min(amfrmj))(j=lr2”..n)運算模型之二：M2(*,U)環(huán)境W者的求城嗖與對應(yīng)關(guān)系矩陣元茗代數(shù)乘屮選取最大伉bj=U(a/Vy)--Max

(a2*r2j>…am*rmj)(j二l'2"..n)總w4.250.0780.0230.130.0120.030.0040.05分級代衣值和基點J500492卜、刎f-COD0爾試108(X?30.^7

0sO0.^5總甙化物0.2W發(fā)粉0.0050.050.050.05000750.010.030.05總、k0,00005(HJ00550.0001總砷0.050.050.0750.050.00：

；

00005?J#5O.M750.0010005c.ot0.030.05ei(oo.犋的相陽般淘P000.01004$0貨07507200~e6000.0(HO￡005G.&-00.8330J6704^e4‘508「|02'1,054,0.0068)/?f=(1.375,5.50,0.39,4.60,14.4f2.60,120,0.6,0.8,1)經(jīng)歸一化處理，有>4=(0.0093,0.038,0.0027,0.031,0.098,0.018,0.817,0.0041,0.01級2級~二n級0000,8330,1670000+1670.83300004920.50800000000I0000.0630.937000000I()0000I10000000‘50.5000000.50.500模型二的計算:M2(*,U)bj=

u(a廣=Max((a,5%)""(am*r叫))f]求得R

=B=(0.6,0.4,0.597,1.145,13.49,120)3.3污染物的運動變化模型3_3_1污染物在環(huán)境介質(zhì)中ft運動變化（1）推流遷移（2）推流遷移+分散（3）推流遷移+分散+衰減A—a圖推流遷移，分散和以減作用__F5C人=_Fac?de!fx~^X^dxfy―^y^dyfzQz3,3.2污染物運動變化的基本模型□1.零維模型根據(jù)質(zhì)景守衡可寫出完全混合_____反應(yīng)器的平衡方程,即零維模型sQ，c0Q，cJv,c連續(xù)流完全混合反應(yīng)器dt=2(C0-C)+5-KCVcz一維模型ddCddC[m<+—(u.OAx-D,—+—(-D,—)Av]AvAzdxoxoxox?4U，.vc)-dx~DxlxI/C+

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