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)劃是一個多目標、多層次、多個子系統(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，主要包括環(huán)境區(qū)劃、環(huán)境預(yù)測、環(huán)境規(guī)劃優(yōu)化或系統(tǒng)模擬等環(huán)節(jié)，需要 運用各種方法與技術(shù)，環(huán)境規(guī)劃工作的關(guān)鍵是合理篩選運用各種不同的方法，將其組成一個方法 體系，恰當運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)測技術(shù)、 環(huán)境規(guī)劃技術(shù)等。第一節(jié)環(huán)境預(yù)測方法與技術(shù)預(yù)測是為決策提供必需的未來信息。選擇預(yù)測方法時，應(yīng)考慮的基本要素是：預(yù)測方法的應(yīng) 用范圍，包括預(yù)測對象、預(yù)測時段、預(yù)測條件、預(yù)測資料的性質(zhì)、預(yù)測模型類型、預(yù)測方法和精 確度、預(yù)測方法的適用性及預(yù)測

2、方法的費用等。預(yù)測方法根據(jù)預(yù)測結(jié)果一般可分為兩類，即定性預(yù)測和定量預(yù)測。一、定性預(yù)測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)測資料進行回顧分析，運用經(jīng)驗等對未來環(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)測法、特爾菲征詢意見法、歷史回顧法等。 二、定量預(yù)測技術(shù)以統(tǒng)計學(xué)、運籌學(xué)、系統(tǒng)論、控制論等為基礎(chǔ)，通過辨識建立各種預(yù)測模型，用數(shù)學(xué)或物理 模擬進行環(huán)境預(yù)測。環(huán)境規(guī)劃中常用的方法有：1.約束外推預(yù)測法。在環(huán)境預(yù)測中常用的有時間序列預(yù)測與移（滑）動平均法。時間序列預(yù)測常用模型：直線預(yù)測模型：yt=a+bt二次曲線模型：yt=a+bt+ct 2指數(shù)外推預(yù)測：y=aebt修正指數(shù)曲線模型：y

3、t=k+abt龔帕茲預(yù)測法： bx y=ka邏輯增長曲線預(yù)測：y= l + be，aL式中：yt、y為預(yù)測值，因變量；a、b、c為參數(shù)、常數(shù)；t、x為自變量，時間變量；k為模型參數(shù)，極限值；e為自然數(shù)。移動平均法又分成一次移動平均法、二次移動平均法和三次移動平均法等。簡單移動平均法：動平均加權(quán)移動平均法：t叩三口 - + 嗆？ 6TlW , + W, I- w : I - + W二次移動平均法：y產(chǎn).工產(chǎn)卜+丁 n式中：y為預(yù)測值；n為時距；W為權(quán)值。2.回歸分析與相關(guān)分析。環(huán)境預(yù)測中常用：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)測對象 y的估計值；X, Xn為自變量，相關(guān)因素；b。為常數(shù)項，直線的截距；a, b, bi, b2, bm為回歸系數(shù)。3.其它預(yù)測方法。在環(huán)境預(yù)測中還有采用決策樹圖預(yù)測法、馬爾科夫預(yù)測法、灰色系統(tǒng)預(yù)測 法、箱式模型預(yù)測法等，選用何種預(yù)測方法，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，根據(jù)敏感目標、保護級別而確定，常用專家咨詢法，輔助數(shù)學(xué)計算分析。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區(qū)域網(wǎng)格計算分析法網(wǎng)格合并計篁分析指標分顛定量綜合區(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)合每個要素自身的特點加以劃分，主要分項是 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)保護目標確立一、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，各分區(qū)在相應(yīng)目標下的污染物控制總

6、量及其計算方法是：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；a為總量下標；k為某污染物下標。二、水環(huán)境功能區(qū)劃水環(huán)境功能區(qū)劃分為兩個層次：水環(huán)境功能區(qū)劃和水環(huán)境控制單元。根據(jù)保護目標的要求， 地表水分成如下幾類水環(huán)境保護功能區(qū)：自然保護區(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)、水上運動區(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)域空間可以相對小些，根據(jù)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準的分類方法進 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、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、人口的發(fā)展對環(huán)境的影響，提出對策，促進環(huán)境與社會 經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。詳細規(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)境目標是環(huán)境規(guī)劃的兩個對象，規(guī)劃的任務(wù)是建立規(guī)劃對象之間 的兩個定量關(guān)系：第一是污染源排放量與環(huán)境保護目標之間的輸入響應(yīng)關(guān)系；第二個是為實現(xiàn)環(huán) 境目標，在限定的時間、投資和技術(shù)條件下，制定治理費用最小的優(yōu)化決策方案。因此需要認識 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)濟約束，管理措施與工程效 益等問題。解決上述兩個定量關(guān)系的工具是：各類數(shù)學(xué)

9、模型和經(jīng)濟優(yōu)化模型。宏觀總量控制模型 的結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖136。a. 口-K.I統(tǒng)爵、能花/口）模型I;i轉(zhuǎn)濟*人口，科按痼幅濟發(fā)展目標*灣集利溝理*環(huán)境運制一星-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)標準的最大排放量，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)，進行計算。實施總量控制， 根據(jù)我國的情況有兩種方法，即目標總量控制和容量總量控制。目標總量控制，是從污染源可控 性出發(fā)，強調(diào)控制目標，強調(diào)技術(shù)、經(jīng)濟可行，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)，強調(diào)環(huán)境目標，強調(diào)環(huán)境、經(jīng)濟、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，分析達到功能區(qū)質(zhì)量要求的途徑和措施，編制達標方案，進行效益費用分析，協(xié)調(diào)與 綜合目標可達性及目標調(diào)整等。建立大氣總量控制的技術(shù)要點是：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)量目標等。 常用的具體空氣質(zhì)量模型有： TSP擴散-沉積模型；顆粒污染物受體模式; SO擴散模式(點源、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)劃的標準模型為：目標函數(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個源的排放強度，mg/s;Cj為第j個

13、源的排放或削減權(quán)重系數(shù)；Aj為第j個單位源在i個控制點上的濃度值，即輸入響應(yīng)系數(shù)，s/m3 （或S/l ）;Bi為第i個控制點的環(huán)境目標值，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:目標函數(shù)：約束條件：目標函數(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為治理費用或總投資費用；Cji為第j個源l個治理方案的費用；Ck為費用函數(shù)；kj為第j個源中共有kj個治理方案;k為治理措施編號；ko為連續(xù)變量個數(shù)；Xji為第j個源第l個治理方案取舍因子

14、0或1;Xk為污染源削減量，0或1;Ajl為第j個源采取第l個治理方案后第i個控制點上的濃度，mg/n3 （或mg/l ）;Ak為源強濃度貢獻；Bi為第i個控制點上環(huán)境目標值，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%,可解決多個變量和約束方程問題，其模型是:目標函數(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為治理費用總和，萬元；l j為第j個源采取第l個治理方案；Zj（l j）為第j個污染源第l個治理方案費用，萬元；Aj（l j）為第j個單位

15、污染源對第i個控制點上的排放濃度，s/m3 （或s/l ）;*）（口）為第上個源采取第l j個治理措施后的排放量，mg/s;Bi為第i個控制點上的環(huán)境目標值，mg/m3或mg/l。除了上述幾類規(guī)劃模型外，還有動態(tài)規(guī)劃模型等。補充：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，往往需要采用一 定的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，對環(huán)境規(guī)劃方案、規(guī)劃目標與決策變量之間的關(guān)系進行定量分析，以便選擇 最佳的環(huán)境規(guī)劃方案和適宜的環(huán)境目標。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，包括目標函數(shù)和約束條件兩部分，其表達式為：目標函數(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)；G 總產(chǎn)值2 .動態(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。動態(tài)規(guī)劃也是對規(guī)劃方程求最優(yōu)值(目標函數(shù))。該方法首先是把一個較復(fù)雜的問題，按時間和空間的聯(lián)系，分解為若干個相互聯(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，同時把各個階段的