第四章環(huán)境規(guī)劃的技術(shù)方法

1、第四章環(huán)境規(guī)劃的技術(shù)方法區(qū)域性、環(huán)境規(guī)劃是一個(gè)多目標(biāo)、多層次、多個(gè)子系統(tǒng)的研究與技術(shù)開發(fā)工作，具有綜合性、長期性、政策性等特點(diǎn)，主要包括環(huán)境區(qū)劃、環(huán)境預(yù)測(cè)、環(huán)境規(guī)劃優(yōu)化或系統(tǒng)模擬等環(huán)節(jié)，需要 運(yùn)用各種方法與技術(shù)，環(huán)境規(guī)劃工作的關(guān)鍵是合理篩選運(yùn)用各種不同的方法，將其組成一個(gè)方法 體系，恰當(dāng)運(yùn)用一系列方法與技術(shù)完成規(guī)劃任務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境區(qū)劃技術(shù)、環(huán)境預(yù)測(cè)技術(shù)、 環(huán)境規(guī)劃技術(shù)等。第一節(jié)環(huán)境預(yù)測(cè)方法與技術(shù)預(yù)測(cè)是為決策提供必需的未來信息。選擇預(yù)測(cè)方法時(shí)，應(yīng)考慮的基本要素是：預(yù)測(cè)方法的應(yīng) 用范圍，包括預(yù)測(cè)對(duì)象、預(yù)測(cè)時(shí)段、預(yù)測(cè)條件、預(yù)測(cè)資料的性質(zhì)、預(yù)測(cè)模型類型、預(yù)測(cè)方法和精 確度、預(yù)測(cè)方法的適用性及預(yù)測(cè)

2、方法的費(fèi)用等。預(yù)測(cè)方法根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果一般可分為兩類，即定性預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)。一、定性預(yù)測(cè)方法是以邏輯思維推理為基礎(chǔ)，根據(jù)多年的環(huán)境監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行回顧分析，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)等對(duì)未來環(huán)境 狀況做出定性描述和環(huán)境交叉影響分析，如專家預(yù)測(cè)法、特爾菲征詢意見法、歷史回顧法等。 二、定量預(yù)測(cè)技術(shù)以統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)論、控制論等為基礎(chǔ)，通過辨識(shí)建立各種預(yù)測(cè)模型，用數(shù)學(xué)或物理 模擬進(jìn)行環(huán)境預(yù)測(cè)。環(huán)境規(guī)劃中常用的方法有：1.約束外推預(yù)測(cè)法。在環(huán)境預(yù)測(cè)中常用的有時(shí)間序列預(yù)測(cè)與移（滑）動(dòng)平均法。時(shí)間序列預(yù)測(cè)常用模型：直線預(yù)測(cè)模型：yt=a+bt二次曲線模型：yt=a+bt+ct 2指數(shù)外推預(yù)測(cè)：y=aebt修正指數(shù)曲線模型：y

3、t=k+abt龔帕茲預(yù)測(cè)法： bx y=ka邏輯增長曲線預(yù)測(cè)：y= l + be，aL式中：yt、y為預(yù)測(cè)值，因變量；a、b、c為參數(shù)、常數(shù)；t、x為自變量，時(shí)間變量；k為模型參數(shù)，極限值；e為自然數(shù)。移動(dòng)平均法又分成一次移動(dòng)平均法、二次移動(dòng)平均法和三次移動(dòng)平均法等。簡單移動(dòng)平均法：動(dòng)平均加權(quán)移動(dòng)平均法：t叩三口 - + 嗆？ 6TlW , + W, I- w : I - + W二次移動(dòng)平均法：y產(chǎn).工產(chǎn)卜+丁 n式中：y為預(yù)測(cè)值；n為時(shí)距；W為權(quán)值。2.回歸分析與相關(guān)分析。環(huán)境預(yù)測(cè)中常用：一元線性回歸：y=bo+bix多元線性回歸： y=bo+blXl +b2X2+-+bnXm非線性回歸：哥

4、函數(shù)曲線：y=aex指數(shù)函數(shù)：y=aebx對(duì)數(shù)函數(shù)：y=a+blgx雙曲函數(shù)：二y nS型函數(shù)曲線：1a + be'r式中：y為因變量，預(yù)測(cè)對(duì)象 y的估計(jì)值；X, Xn為自變量，相關(guān)因素；b。為常數(shù)項(xiàng)，直線的截距；a, b, bi, b2, bm為回歸系數(shù)。3.其它預(yù)測(cè)方法。在環(huán)境預(yù)測(cè)中還有采用決策樹圖預(yù)測(cè)法、馬爾科夫預(yù)測(cè)法、灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè) 法、箱式模型預(yù)測(cè)法等，選用何種預(yù)測(cè)方法，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件、資料、技術(shù)等情況決定。第二節(jié)環(huán)境功能區(qū)劃主要技術(shù)區(qū)域環(huán)境功能區(qū)劃一般分兩個(gè)層次，即綜合環(huán)境區(qū)劃與單要素環(huán)境區(qū)劃。綜合環(huán)境區(qū)劃依據(jù) 區(qū)域環(huán)境特征，服從區(qū)域總體規(guī)劃，滿足各個(gè)分區(qū)功能的要求，并充分考

5、慮土地利用現(xiàn)狀、發(fā)展 趨勢(shì)，根據(jù)敏感目標(biāo)、保護(hù)級(jí)別而確定，常用專家咨詢法，輔助數(shù)學(xué)計(jì)算分析。其基本工作程序 見框圖（圖135）。8基礎(chǔ)資料與工作底圖德定專案I確定敏感目標(biāo)專矗咨詢法專捻盼I圖彩疊加矛盾與問題討論定稿通定方法與指標(biāo)區(qū)域網(wǎng)格計(jì)算分析法網(wǎng)格合并計(jì)篁分析指標(biāo)分顛定量綜合區(qū)劃圖13-5環(huán)境磊合區(qū)劃程序掛圖單要素環(huán)境區(qū)劃是以綜合環(huán)境區(qū)劃為基礎(chǔ)，結(jié)合每個(gè)要素自身的特點(diǎn)加以劃分，主要分項(xiàng)是 大氣環(huán)境區(qū)劃、水環(huán)境區(qū)劃及噪聲環(huán)境區(qū)劃等。一、大氣環(huán)境功能區(qū)劃大氣環(huán)境功能區(qū)劃根據(jù)保護(hù)目標(biāo)確立一、二、三類區(qū)域及其相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量要求，劃分的功 能區(qū)數(shù)目一般不限，但不宜過細(xì)，各分區(qū)在相應(yīng)目標(biāo)下的污染物控制總

6、量及其計(jì)算方法是：Q&i =九心無0 士式中：S為總量控制區(qū)面積；Si為第i功能區(qū)面積；4為第i功能區(qū)某污染物的總量控制系數(shù)，104t ( a1 km1)；Qki為第i功能區(qū)某污染物年允許排放總量，104t ;n為功能區(qū)總數(shù)；i為功能區(qū)編號(hào)；a為總量下標(biāo)；k為某污染物下標(biāo)。二、水環(huán)境功能區(qū)劃水環(huán)境功能區(qū)劃分為兩個(gè)層次：水環(huán)境功能區(qū)劃和水環(huán)境控制單元。根據(jù)保護(hù)目標(biāo)的要求， 地表水分成如下幾類水環(huán)境保護(hù)功能區(qū)：自然保護(hù)區(qū)及源頭水；生活飲用水水源區(qū)；水產(chǎn) 養(yǎng)殖區(qū)，包括珍貴魚類及經(jīng)濟(jì)魚類的產(chǎn)卵、索餌、回游通道、歷史悠久或新辟人工養(yǎng)殖保護(hù)的漁 業(yè)水體、自然水域；旅游區(qū)、游泳區(qū)、景觀功能區(qū)、劃船功

7、能區(qū)、水上運(yùn)動(dòng)區(qū)等；工業(yè)用水 區(qū)的自然水體；農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)；排污口附近混合區(qū)(帶)等。計(jì)算各功能區(qū)和控制單元的水污 染物控制總量，選擇適宜的水質(zhì)模型和模型參數(shù)。三、聲學(xué)環(huán)境功能區(qū)劃聲環(huán)境要素主要對(duì)城鎮(zhèn)、村莊、居住區(qū)等敏感的要素，但污染源的影響范圍一般較小，區(qū)域 間相互影響較輕，劃分的區(qū)域空間可以相對(duì)小些，根據(jù)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的分類方法進(jìn) 行劃分，其范圍可參照區(qū)域土地利用規(guī)劃功能區(qū)范圍，落實(shí)到相應(yīng)的網(wǎng)格區(qū)上。第三節(jié) 總量控制技術(shù)總量控制是區(qū)域污染防治規(guī)劃方法的核心，分為宏觀規(guī)劃總量控制和詳細(xì)規(guī)劃總量控制。宏 觀規(guī)劃總量控制是研究規(guī)劃區(qū)污染物的產(chǎn)生、治理、排放規(guī)律和治理資金的需求與經(jīng)濟(jì)、人口發(fā) 展

8、的協(xié)調(diào)關(guān)系，以致從宏觀上把握經(jīng)濟(jì)、人口的發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響，提出對(duì)策，促進(jìn)環(huán)境與社會(huì) 經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。詳細(xì)規(guī)劃總量控制是受納環(huán)境容許納污總量的控制，是尋求技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件與環(huán) 境質(zhì)量要求的最佳結(jié)合。一、宏觀總量控制模型作為環(huán)境規(guī)劃，污染源與環(huán)境目標(biāo)是環(huán)境規(guī)劃的兩個(gè)對(duì)象，規(guī)劃的任務(wù)是建立規(guī)劃對(duì)象之間 的兩個(gè)定量關(guān)系：第一是污染源排放量與環(huán)境保護(hù)目標(biāo)之間的輸入響應(yīng)關(guān)系；第二個(gè)是為實(shí)現(xiàn)環(huán) 境目標(biāo)，在限定的時(shí)間、投資和技術(shù)條件下，制定治理費(fèi)用最小的優(yōu)化決策方案。因此需要認(rèn)識(shí) 環(huán)境自凈規(guī)律、環(huán)境容量、污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等；需要研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)約束，管理措施與工程效 益等問題。解決上述兩個(gè)定量關(guān)系的工具是：各類數(shù)學(xué)

9、模型和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型。宏觀總量控制模型 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖136。a. 口-K.I統(tǒng)爵、能花/口）模型I;i轉(zhuǎn)濟(jì)*人口，科按痼幅濟(jì)發(fā)展目標(biāo)*灣集利溝理*環(huán)境運(yùn)制一星-I污染一排放I T，史里月幅 恒一物善理投資Ei>6污染物放量客觀拄制忘俗紿粒柩圖污染物宏觀總量控制，由廢水宏觀總量控制，廢氣宏觀總量控制、固體廢物宏觀總量控制及 環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析及其相應(yīng)的宏觀控制模型構(gòu)成。具體污染物的總量控制模型主要由以下幾方面分別 建立：污染物產(chǎn)生量；污染物的治理（去除）量；污染物回收利用（去除）量；污染物 排放量；污染物治理投資；回收利用效益或綜合利用效益等。二、水域允許納污量水域允許納污量，是在給定水域和水文

10、、水力學(xué)條件、排污口位置情況下，滿足水域某些功 能而確定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最大排放量，稱為該水域所能容納污染物質(zhì)總量，通稱水域允許納污量或 水環(huán)境容量。關(guān)于水環(huán)境容量的計(jì)算，根據(jù)水文條件，水域功能要求，污染物性質(zhì)，污染物排放方式、排 放強(qiáng)度，環(huán)境背景狀況建立符合要求、可行的模型，確立合理的參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。實(shí)施總量控制， 根據(jù)我國的情況有兩種方法，即目標(biāo)總量控制和容量總量控制。目標(biāo)總量控制，是從污染源可控 性出發(fā)，強(qiáng)調(diào)控制目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行，一般稱為最佳適用方法；容量總量控制，是從納 污水體允許納污量出發(fā)，強(qiáng)調(diào)環(huán)境目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)三效益統(tǒng)一，也稱水質(zhì)質(zhì)量規(guī)劃 方法。具體模型根據(jù)具體情況

11、進(jìn)行選擇。三、大氣污染物總量控制大氣污染物總量控制也是從功能區(qū)劃分、環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)出發(fā)，考察污染物排放與功能區(qū)大氣 質(zhì)量關(guān)系，分析達(dá)到功能區(qū)質(zhì)量要求的途徑和措施，編制達(dá)標(biāo)方案，進(jìn)行效益費(fèi)用分析，協(xié)調(diào)與 綜合目標(biāo)可達(dá)性及目標(biāo)調(diào)整等。建立大氣總量控制的技術(shù)要點(diǎn)是：建立控制規(guī)劃模型；開列 污染源清單，確定受體模式(顆粒物)；控制點(diǎn)的優(yōu)化、確定和規(guī)劃方案優(yōu)化；綜合平衡確 定大氣環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)等。 常用的具體空氣質(zhì)量模型有： TSP擴(kuò)散-沉積模型；顆粒污染物受體模式; SO擴(kuò)散模式(點(diǎn)源、面源)；配套的相關(guān)參數(shù)的處理及確定方法，建立相應(yīng)的模式參數(shù)等。第四節(jié) 污染物總量控制規(guī)劃常用方法污染物總量控制規(guī)劃中，已

12、有多種方法應(yīng)用和探索，一般通過線性規(guī)劃方法可求得總污染源 排放最大和總污染源削減量最小或削減污染物措施的總投資費(fèi)用最小。通過整數(shù)規(guī)劃方法或離散 規(guī)劃模型可獲得最佳削減污染物措施和方案。還可通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型求得總排放量的分配問題等。一、線性規(guī)劃法線性規(guī)劃法，可根據(jù)模型中的參數(shù)確知的情況，分成白色線性規(guī)劃和灰色線性規(guī)劃。白色線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)模型為：目標(biāo)函數(shù)：、n=下潭：(= *=2, r, m)約束條件：iXj>O(j = lF 2,.n)灰色線性規(guī)劃模型是：目標(biāo)函數(shù)：三國 q勺約束條件：J/' -:L ：'向Q式中；為灰色參數(shù);Xj為第j個(gè)源的排放強(qiáng)度，mg/s;Cj為第j個(gè)

13、源的排放或削減權(quán)重系數(shù)；Aj為第j個(gè)單位源在i個(gè)控制點(diǎn)上的濃度值，即輸入響應(yīng)系數(shù)，s/m3 （或S/l ）;Bi為第i個(gè)控制點(diǎn)的環(huán)境目標(biāo)值，mg/m3或mg/l。、整數(shù)規(guī)劃法分成0- 1型整數(shù)規(guī)劃和混合整數(shù)規(guī)劃。01整數(shù)規(guī)劃模型：約束條件：混合整數(shù)規(guī)劃模型:目標(biāo)函數(shù)：約束條件：目標(biāo)函數(shù)：£區(qū)廿4%出三應(yīng)oa)”二 0 (k=L 2,I)ki=0, 1 (k =k + 1, k+2,，k0)式中：z為治理費(fèi)用或總投資費(fèi)用；Cji為第j個(gè)源l個(gè)治理方案的費(fèi)用；Ck為費(fèi)用函數(shù)；kj為第j個(gè)源中共有kj個(gè)治理方案;k為治理措施編號(hào)；ko為連續(xù)變量個(gè)數(shù)；Xji為第j個(gè)源第l個(gè)治理方案取舍因子

14、0或1;Xk為污染源削減量，0或1;Ajl為第j個(gè)源采取第l個(gè)治理方案后第i個(gè)控制點(diǎn)上的濃度，mg/n3 （或mg/l ）;Ak為源強(qiáng)濃度貢獻(xiàn)；Bi為第i個(gè)控制點(diǎn)上環(huán)境目標(biāo)值，mg/n3 （或mg/l ）。三、離散規(guī)劃模型在求最優(yōu)綜合治理環(huán)境規(guī)劃1%,可解決多個(gè)變量和約束方程問題，其模型是:目標(biāo)函數(shù):為內(nèi)）:句（1 + 1）;由=1, 2、於，吟2%勺3）<8 （1=1, 2, A , m約束條件：宣句一）（巧。+1）;（1廣1, 2A , 一式中：z為治理費(fèi)用總和，萬元；l j為第j個(gè)源采取第l個(gè)治理方案；Zj（l j）為第j個(gè)污染源第l個(gè)治理方案費(fèi)用，萬元；Aj（l j）為第j個(gè)單位

15、污染源對(duì)第i個(gè)控制點(diǎn)上的排放濃度，s/m3 （或s/l ）;*）（口）為第上個(gè)源采取第l j個(gè)治理措施后的排放量，mg/s;Bi為第i個(gè)控制點(diǎn)上的環(huán)境目標(biāo)值，mg/m3或mg/l。除了上述幾類規(guī)劃模型外，還有動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型等。補(bǔ)充：環(huán)境規(guī)劃數(shù)學(xué)方法在有些情況下，為了取得最佳的環(huán)境規(guī)劃方案以及選擇最優(yōu)的環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)，往往需要采用一 定的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，對(duì)環(huán)境規(guī)劃方案、規(guī)劃目標(biāo)與決策變量之間的關(guān)系進(jìn)行定量分析，以便選擇 最佳的環(huán)境規(guī)劃方案和適宜的環(huán)境目標(biāo)。目前，較常用于環(huán)境規(guī)劃的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、整數(shù)規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、投入產(chǎn)出規(guī)劃法等。1 .線性規(guī)劃法一個(gè)完整的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型

16、從結(jié)構(gòu)上看，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩部分，其表達(dá)式為：目標(biāo)函數(shù)：max（min）Z=C 1X1+C2X2+C nXnailXl+ai2X2+2+門忘（或=、芬與約束條件：aiixi+a i2X2+ +ainxn（或=、）biam1X1+am2X2+,TamnXnW （或二、bm 勺用 （i= 1,2,，n）用圖解法、單純形法、枚舉法求解例如，最小排污量的部門結(jié)構(gòu)模型。該模型在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件約束下，以各部門的產(chǎn)值為規(guī)劃變量（決策變量），并以各部門萬元產(chǎn)值排污量Ai為系數(shù)，求得最小排污量。其數(shù)學(xué)模型為：目標(biāo)函數(shù)： minZ= EAiXi約束條件：1-AX i > Yi投入產(chǎn)出平衡約束ECiXi B資源約束X產(chǎn)Li最大產(chǎn)值約束XiWi基值約束匯XiwG總產(chǎn)值約束式中 Si 排污量；Ai 排污系數(shù)Xi部門產(chǎn)值；1-a列昂洛夫矩陣Ci 資源消耗系數(shù)；Yi 最終產(chǎn)品需求B 資源總量；L i 產(chǎn)值上限(最大產(chǎn)值)W i 基值量(年度產(chǎn)值基準(zhǔn))；G 總產(chǎn)值2 .動(dòng)態(tài)規(guī)劃法線性規(guī)劃是研究單一階段規(guī)劃決策問題的數(shù)學(xué)方法，而動(dòng)態(tài)規(guī)劃則是解決多階段規(guī)劃決策問題的一種數(shù)學(xué)方法。動(dòng)態(tài)規(guī)劃也是對(duì)規(guī)劃方程求最優(yōu)值(目標(biāo)函數(shù))。該方法首先是把一個(gè)較復(fù)雜的問題，按時(shí)間和空間的聯(lián)系，分解為若干個(gè)相互聯(lián)系并容易求解的局部問題。然后，再根據(jù)這些局部問題的順序關(guān)系，依次做出一系列最優(yōu)決策，同時(shí)把各個(gè)階段的