武漢市大氣環(huán)境質量評價模糊數(shù)學模型研究

山東科技大學本科畢業(yè)生論文武漢市大氣環(huán)境質量評價模糊數(shù)學模型研究摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，城市環(huán)境問題日趨嚴重。直接影響人們的生存環(huán)境，影響經濟、社會、環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。大氣環(huán)境污染，已經成為人們倍受關注的城市環(huán)境污染問題之一。為了有效地冶理大氣環(huán)境污染，首先須對大氣環(huán)境質量作出科學評價。這對客觀認識城市大氣污染現(xiàn)狀，預測其發(fā)展趨勢，并有效地進行大氣污染控制，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。本文在收集武漢市大氣監(jiān)測數(shù)據及有關資料(如氣候、地理、功能區(qū)的規(guī)劃等)合性與復雜動態(tài)性，并考慮到環(huán)境質量評價中評價主體、監(jiān)測資料、評價標準及環(huán)境要素的不確定性，提出用運模糊數(shù)學綜合評判的方法進行大氣環(huán)境質量評價。本辦法通過確定大氣污染評價因子和其評價等級的界定，建立起加權平均型武漢市大氣環(huán)境質量評價數(shù)學模型。又進一步引入了數(shù)據庫和C一語言計算機程序便于數(shù)據接口，避免了繁瑣的人工計算。結果表明:此模型不僅注意到分級界限的模糊性，而且在信息利用率和判別精度上和別的評價方法相比有很大優(yōu)勢。該方法科學、簡便、精確、所得結果與武漢市大氣環(huán)境質量現(xiàn)狀相符合，具有較強的實際應用價值。關鍵詞:大氣環(huán)境質量評價模糊綜合評判數(shù)學模型隸屬函數(shù)隸屬度權重1山東科技大學本科畢業(yè)生論文AAbstractWiththedevelopmentofmodeminofmoreandmoreserious.Itdireetlyaffeetstheenvironmentethedevelopmentamongeconomy，societyandenvironment.Theairpollutionisonequestionofenbymoreandmorepeople.InordertoefficientlycontrolairmakesscientificassessmenttoairresearchforitisveryimportantwhichweobjeetiveandaceurateStudytheeurrentsitUationofairPollutionincityandPredietthedevcontroloftheairpollutiontomakethestrategyofthesustainabledevelopment.Basedoncolleetingtheairqualitydatesforweather，geography，thearrangementofcityandstudyingthemethodonatmospherieenvironmentqualityassessment，thepaperassessestheatmosphereenvironmentialqualitywiththemethodoffuzzycomprehensivejudgement.Consideringthatenvironmentalsystemiscomplicate，changeableandmultipleaffacted，onthebasisofthefuzzysetmachematiesprinciplesstimulatesassessmentgradethispaperdiscusseshowtoestablishjudgingmethodstandardandfactors，setsupfallingtraperiodsubordinatefunetionforthesystemAndratiooftheenvironmentialfactorskythemethodofoverstandardwithweight.Theweightingaveragemathematicmodelisfounded.DadabaseandcomputerproeedureisalsointroducedintothismodelbyC++language，whichoffersthejudglneniaceesstodatabaseandavoidstroublesomeCalculatingbymanPower.Theresultprove:Thismodelnotonlyconsidersthefuzzinessof2山東科技大學本科畢業(yè)生論文classificationlimitbutalsohasbetterstrengthtoenhancestheprecisionandutilizationradioofinformationthanothermethod.themethodisseientifiesimPleaceurate.Itissuccessfulappliedtoanalyzeandevaluatetheatmosphereenvironmentqualityinrentreality.yearsofWuhan，TheconclusionisclosetotherealitykeywordAtmosphereenvironmentqualityassessmeniFuzzycomprehensivejudgementMathematicalmodel.SubordinatefunctionSubordinatedegreeweightThedesignofdatabase3山東科技大學本科畢業(yè)生論文目錄第一章緒論…………………11.1日益嚴重的環(huán)境問題……………..11.2我國大氣環(huán)境質量評價的發(fā)展和現(xiàn)狀…………..21.3大氣環(huán)境污染…………………….41.4大氣環(huán)境質量評價的方法……….9第二章模糊綜合評判法的研究………….142.1模糊綜合評價的理論基礎………142.2模糊綜合評判法的基本原理……242.3模糊綜合評判法數(shù)學模型的的建立………….26第三章武漢市大氣環(huán)境質量評價資料收集與分析研究….293.1武漢市大氣環(huán)境資料的收集…………………293.2武漢市大氣環(huán)境監(jiān)側資料的分析研究………32第四章武漢市大氣環(huán)境質通評價數(shù)學模型的建立……404.1綜述……….………404.2數(shù)學模型的選擇與建立…………404.3數(shù)學模型的建立步驟…………….41第五章結論與建議…………555.1結論…………….555.2建議……………..57參考文獻………..58致謝……………60英文參考文獻…………………61英文翻譯………864山東科技大學本科畢業(yè)生論文1.1日益嚴重的環(huán)境問題20世紀后半期，人類歷史進入了一個新紀元?？茖W技術飛速發(fā)展，帶動經濟生產力得到極大擴展，交通通訊使整個地球越來越成為一體，由此，人民生活水平得到極大提高，社會生活也達到了一個前所未有的階段。但是，這一過程中，環(huán)境問題卻作為人們謀求福利過程中的不和諧音符刺耳性的迅速喪失最為引人注目。在區(qū)域范圍內，普遍存在著自然資源的過度消耗，土地過度墾殖，草地過度放牧，林木過度砍伐，地下資源過度開采，人類以極快的速度消耗著需要上萬年甚至上億年才形成的資源。過度消耗和由此造成的環(huán)境質量不斷惡化的直接和間接后果是改變了地球的面貌，并引起了生態(tài)系統(tǒng)的變化。另一方面，人類不適當?shù)纳罘绞綄⒋罅康膹U棄物不負責任地排入自然環(huán)境中，各種廢氣，污水，固體廢棄物四處飄散，流淌和堆積，有些甚至直接包含著放射性物質，嚴重污染了人類生存于其中的環(huán)境，反過來損害者人類的生活質量。在現(xiàn)實生活中，我們已經親身感受到了環(huán)境變化所引起的不良后果。比如生態(tài)破壞所引起的干旱，洪澇，不潔凈空氣，它們引發(fā)的疾病，自然生態(tài)變化以及所導致的生物大量滅絕，等等。許多人都知道前蘇聯(lián)切爾諾貝利核反應堆爆炸所造成的大范圍核污染，在中國我們肯定對發(fā)生在1998年夏天的長江流域特大洪水災害記憶猶新，為黃河這條母親河的斷流而痛1山東科技大學本科畢業(yè)生論文心疾首。為近年來在淮河，太湖滇池采取的零點行動所揭示的后果所震撼。有估計表明，在中國的主要城市中，每年有17.8萬人由于大氣污染的危害而過早的死亡；每年因大氣污染致病而造成的工作日損失達740萬人年；截止到1995年全國135條受監(jiān)測的城市河段中有52條已受到嚴重的污染，其水質連灌溉的標準都達不到，成千上萬的城市居民的未來生活飲用水源遭到威脅；中國南部和西南部高硫煤大區(qū)的酸雨影響已經危及全國百分之十的土地面積，使受影響地區(qū)的農作物及林業(yè)生產率平均下降了3%；在沈陽，上海及其其他一些城市，受調查的兒童血液中鉛含量平均超過對智力發(fā)展不利水平的80%左右。中國的大氣和水污染，尤其是細微顆粒物對人體健康對人體健康的危害每年至少達5401995年中國國內生產總值的8%。長和環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展的方針、走可持續(xù)發(fā)展的道路。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，城市環(huán)境問題日趨嚴重，直接影響著人們的生存環(huán)境和經濟、社會、環(huán)境的協(xié)調發(fā)展，引起了人們的普通關注。武漢市作為華中第一大城市和最大工業(yè)中心，其城區(qū)主要特征是人口密集，工商業(yè)分布相對集中。隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，武漢市每年排放的廢氣超過1000億立方米，其中城區(qū)就占80%行準確的評價并預測其發(fā)展趨勢，是城市環(huán)境管理和規(guī)劃工作的基礎。根據實際監(jiān)測的結果對大氣環(huán)境質量進行客觀的綜評價，對于正確認識大氣環(huán)境污染現(xiàn)狀及其趨勢，從而有效地進行大氣污染的控制和治理以及實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義。1.2我國大氣環(huán)境質量評價的發(fā)展和現(xiàn)狀環(huán)境質量評價從辭義上講是對環(huán)境質量優(yōu)劣的定量描述和評定，它是認識和研究2山東科技大學本科畢業(yè)生論文年年1.2.1準各階段一1979)這是我國環(huán)境保護事業(yè)創(chuàng)業(yè)階段。1972年中國派團出席斯德哥爾摩人類環(huán)境會議，接著在1973年召開了全國第一次環(huán)境保護會議。隨后環(huán)境保護工作在全國范圍內開展起來。環(huán)境保護的第一步是了解環(huán)境狀況，因此，從19731979年9月，中國環(huán)境學會在南京召開了學術座談會，總結了這一階段環(huán)境質量評價工作的經驗，編寫了“環(huán)境質量評價參考提綱”，為各地環(huán)境質量評價研究提供了方法學。.1.2.2發(fā)展階段(1980-1990)自從1979年9月《中華人民共和國環(huán)境保護法試行頒發(fā)以來，環(huán)境評價工作進入了一個全新的發(fā)展階段。隊伍日益壯大，法規(guī)逐步完善、評價范圍不斷擴大。評價方法學研究進展較快。公眾健康評價、風險評價等開始引入我國的評價領域。環(huán)保法規(guī)形成體系，大大推動了環(huán)境評價制度的發(fā)展。1.2.3完善階段一至今)進入90年代，我國的環(huán)境評價工作隨著改革開放的迅速發(fā)展開始與國際接軌，其特點是:環(huán)境評價范圍進一步擴大，已經從單一的工程項目評價過渡到區(qū)域評價。不久的將來，還將逐步過渡到戰(zhàn)略環(huán)境評價，即對將出臺的法規(guī)、政策等進行環(huán)境評價:環(huán)境評價與國際接軌，引進必要的國際通用的規(guī)程、規(guī)范，特別是要引進國際金融組織世界銀行、亞洲開發(fā)銀行)的環(huán)境評價規(guī)范;重視公眾參與、環(huán)境監(jiān)測與環(huán)境管理等評價內容與方法。3山東科技大學本科畢業(yè)生論文1.3大氣環(huán)境污染通常所說的的環(huán)境污染，是指大氣中有害物質的數(shù)量，濃度和存留時間超過大氣環(huán)境所允許的范圍。即超過了空氣的擴散能力，使大氣質量惡化，給人類和生態(tài)環(huán)境帶來了直接或間接地不良影響。1.3.1大氣污染源可分為自然員和人為源兩大類。自然源包括風吹揚塵，火山爆發(fā)產生的氣體與塵粒，閃電產生的氣體如臭氧和氮氧化物，植物和動物腐爛產生的氣體，森林火災造成的煙氣與飛灰，自然放射性源和其他產生的有害物質并向大氣排放的源。人為源是形成大氣污染問題，尤其是局部的空氣污染的主要原因。它們是從人們的生產和生活過程中產生的。污染物排放量與源強：污染物排放污染物的數(shù)量的概念以源強或排放速率表示，點源是以單位時間排放的物質量，或者以單位時間排放污染物的體積表示；線源源強是以單位時間，單位長度表示的；面源是以單位時間，單位面積上排放的污染物的量表示的。以上三種形式的源強都指連續(xù)排放而言的，對于瞬時源則是以一次施放的污染物的總量表示的。1.3.2大氣污染物（1）主要空氣污染物種類：研究表明，大氣中有上百種物質可以認為是空氣污染物。對污染物有多種分類煩惱廣發(fā)，若根據它們的化學成分，則可以歸納為如下幾種：（（b）含氮化合物：主要是二氧化氮，氨和硝酸鹽，銨鹽等；（）含碳化合物：主要有一氧化碳和烴類，即碳氫化合物；（d）鹵代化合物：即由氟氯溴碘與烴類結合的化合物，亦稱鹵代烴；4山東科技大學本科畢業(yè)生論文（）放射性物質和其他有毒物質：如過氧酰基硝酸酯等致癌物質。按照污染物的形態(tài)，則可分為氣體，固體和液體污染物。根據空氣污染物形成的方式，則可以分為一次性污染物和二次性污染物，前者是從污染源直接生成并排放進入大氣的，在大氣中保持其原有的化學物質；后者則是在一次污染物之間或大氣中非污染物之間發(fā)生化學反應而形成的。主要的一次污染物有二氧化硫，氮氧化物和顆粒物等；二次污染物有光化學煙霧，酸性沉積物，臭氧等。（2）大氣組成與空氣污染物成分：大氣由多種氣體混合而成，可以分.氧.氬.分有二氧化碳和水汽，它們的含量隨季節(jié)，地區(qū)，氣象條件等因素的變化1—3—1列出了潔凈大氣的組成和城市環(huán)境污染空氣中一些成分的含量（濃度表示）。表1—3—1潔凈大氣組成和污染空氣一些成分含量污染空氣20.94%0.93%(350---700)x10-6(5---200)x10-61.40x10-60.50x10-60.10x10-6一氧化碳5山東科技大學本科畢業(yè)生論文(0.05---0.25)x10-6(0.05---0.75)x10-6(0.02----2)x10-6二氧化硫(0.001—0.01)10-61.3.3大氣擴散過程在大氣污染檢測工作中，常常會發(fā)現(xiàn)，在同一地點并針對來自同一污染源的某種空氣污染物，有時可以測到很高的濃度，有時卻測不出來，不同時間的測量值具有很大的差異。這固然與污染源排放條件的變化以及采樣點位置的選取有關，但主要是氣象條件的影響所致。大氣擴散的理論研究和實驗研究表明，在不同的氣象條件下，同一污染源排放所造成的地面污染物濃度可相差幾十倍乃至幾百倍。這是由于大氣對污染物的稀釋擴散煙氣一排入大氣就很快散布開來與周圍空氣混合。由此可見大氣擴散過程直接影響到大氣環(huán)境污染的程度。下面的基本概念是理解大氣擴散過程所必需的。（1）大氣湍流湍流是一種不規(guī)則的運動，其特征量是時空隨即變量。在大氣中，由于受各種大氣尺度的影響的結果，導致三維空間的風向，風速發(fā)生連續(xù)的隨即漲落，這種漲落是大氣中污染物質擴散過程的一種特征。由機械或動力作用生成機械湍流，如近地面風切變，地表非均一性和粗糙度均可產生這種機械湍流活動。由各種熱力因子誘生的湍流稱熱力湍流，如太陽加熱地表導致熱對流泡向上運動，地表受熱不均勻或氣層不穩(wěn)定等都可引起熱力湍流。一般情況下，大氣湍流的強弱取決于熱力和動力兩因子。在氣溫垂直分布呈強遞減時，熱力因子起主要作用，而在中性層結情況下，動力6山東科技大學本科畢業(yè)生論文因子往往起主要作用。（2）大氣穩(wěn)定度和污染大氣穩(wěn)定度是表示氣團是否易于發(fā)生垂直運動的判據。用氣體的垂直分布表征大氣層結的穩(wěn)定度，直接影響湍流活動的前因。支配空氣污染物的散布。氣溫日變化可以影響到離地500m至1000m的范圍。低層的日出后和日落前，近地面氣層會出現(xiàn)等溫過程。用氣溫的垂直遞減率γ與干絕熱遞減率γ可以比較方便地判斷氣層的d穩(wěn)定度（靜力穩(wěn)定度）。見表1—3—2表1—3—2判斷近地面穩(wěn)定度的條件γγγγγγddd不穩(wěn)定大氣湍流結構與大氣層溫度分布密切相關，所以在研究大氣擴散時，大氣層的穩(wěn)定度是很重要的因子。當大氣層處于不穩(wěn)定層結時會促使湍流運動的發(fā)展，使大氣擴散稀釋能力加強；反之當大氣處于穩(wěn)定層結時，則對湍流起抑制作用，減弱大氣的擴散能力。（3）影響大氣污染的其因素①風：空氣相對于地面的水平運動稱為風，它有大小和方向之分，排入到大氣中的污染物在風的作用下，會被輸送到其他地區(qū)，風速愈大，單位時間內污染物被輸送的距離愈遠，輸入的空氣量愈多，污染物濃度愈低，所以風不但對污染物進行水平搬運，而且有稀釋沖淡的作用，同時污染物總是分布在污染源的下風向，于是在考慮風速和風向和風速對污染物濃度的影響時，常引入污染系數(shù)的概念：污染系數(shù)風向頻率/平均速度由式可知，風頻低，風速高，污染系數(shù)小，意指空氣污染程度輕。另外，風隨高度的變化亦有影響。7山東科技大學本科畢業(yè)生論文②輻射和云：太陽輻射是地球大氣的主要能量來源，地面和大氣層一方面接受太陽輻射能，另一方面放出輻射能。地面及大氣的熱狀況，溫度的分布和不均制約著大氣運動狀況，影響著云與降水的形成，對空氣的污染起著一定的作用。在晴朗的白天，太陽輻射首先加熱了地面，近地層的空氣溫度升高，使大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)；夜間地面輻射失去熱量，使近地層氣溫下降，形成逆溫，大氣穩(wěn)定。同時云層又加強大氣逆輻射，減少地面的有效輻射，因此云層的存在可以減少氣層隨高度的變化。有探測結果表明某些地區(qū)冬季陰天時，溫度結層幾乎沒有晝夜變化。③天氣形勢：天氣現(xiàn)象與氣候狀況都是在相應的天氣形勢背景下產生的。一般情況下，阻礙低氣壓控制下，空氣有上升運動，云量較多，假若風速再稍大，大氣多為中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于污染物的的擴散。相反，在高氣壓控制下，一般天氣晴朗，風速較小，并伴有空氣的下沉運動，往往在一兩百米或幾千米的高度上形成下沉逆溫，抑制湍流的向上發(fā)展。夜間有利于形成輻射逆溫阻止污染物擴散，容易造成地面污染。④下墊面條件：地形和下墊面的非均勻性，對氣流運動和氣象條件會產生動力和熱力的影響，從而改變空氣污染物的擴散條件。其中山區(qū)地形，水陸界面和城市熱島效應是是三個最典型的下墊面對大氣污染的影響。城市上空的熱島效應和粗糙效應，有利于污染物的擴散，但在一些建筑物背后居地氣流的分流和滯留則會是污染物積聚。由于地形的影響會使地表受熱不均勻，從而形成山谷風，以及由于地表性質不均而形成的海陸風等，都會改變大氣流場和溫度場的分布，從而影響空氣污染物的散布。8山東科技大學本科畢業(yè)生論文1.4大氣環(huán)境質量評價的方法目前在實際環(huán)境質量評價中,環(huán)境質量指數(shù)的分級方法主要有積分值法、加權求和法等，它們簡單易行。但在很多情況下,評價等級難以用一個簡單的數(shù)值表示,對大氣環(huán)境質量綜合評價的分級同樣存在這樣的要求。例如，SO的空氣質量標準日平均，一級標準為0.05mg/m3,二級標準為0.152mg/m3，若實測值是0.11mg/m3，那么應將其歸為一級還是歸為二級?確切地講，它介于一級、二級之間。如果有另一個因子，如濃度介于二級和?因此,這時采用模糊數(shù)學的綜合評定法則更全面、更客觀。1.4.1大氣環(huán)境質量評價的概念和特點環(huán)境質量評價的本質在于環(huán)境質量評價是環(huán)境質量價值的反映。環(huán)境質量的價值是客觀的，而人對這一價值的反映則是主觀的，價值評價要以科學認識為前提和基礎，但不能用科學認識來代替價值評價。環(huán)境質量評價是一個過程，在這個過程中作為環(huán)境質量評價的主體—人類社會認識到自己的需要和環(huán)境在現(xiàn)有條件下對這需要的滿足程度，同時還對滿足自己需要的理想環(huán)境質量形成了概念.在評價的進程中，不僅要熟知客觀存在的環(huán)境質量，而且要判斷這種環(huán)境質量對自己需要來說有什么問題。環(huán)境質量評價的本質決定了環(huán)境質量的基本特點:環(huán)境質量評價隨評價主體的變化而變化。環(huán)境質量評價的結果是以環(huán)境質量對人類生活和工作特別是對人類健康的適應適度為依據的。因此在評價的過程中必然要折射出人的態(tài)度、意志和選擇.而人是社會的人，是具體的、歷史的、不斷變化著的，因此環(huán)境質量評價的一大特點是把一定的或變化著的環(huán)境狀態(tài)，同不斷發(fā)展著的人及其需要聯(lián)系起來加以判斷。環(huán)境質量評價隨道德準則的不同而不同。環(huán)境質量評價的結果要受9山東科技大學本科畢業(yè)生論文到道德準則的制約和影響。而人的道德準則因人而異，既不能以少數(shù)人的眼前利益為主體需要，又不能對其簡單粗暴地加以否決。1.4.2大氣環(huán)境質量評價方法的評述根據實際監(jiān)測的結果對大氣環(huán)境質量進行客觀的綜合評價，對于正確認識大氣環(huán)境污染現(xiàn)狀,從而有效進行大氣污染的控制與治理,具有十分重要的意義。在環(huán)境質量評價工作中，模糊數(shù)學的應用越來越廣泛。應用模糊綜合評判法建立了加權平均型數(shù)學模型。由于環(huán)境質量評價是對客觀環(huán)境狀況作評述和研究，它的表達方式要有統(tǒng)一的評價方法和表達形式，以便對一個地區(qū)的質量狀況進行對比，進而統(tǒng)籌安排改善環(huán)境質量狀況的對策和措施。多年來，很多學術機構提出了很多的方法，但迄今為止，我國尚末形成統(tǒng)一的單環(huán)境要素和區(qū)域質量綜合評價方法系列。環(huán)境質量評價方法是進行環(huán)境質量評價的核心問題和關鍵，一般來說，環(huán)境質量評價方法的要點是：①正確認識環(huán)境、分析環(huán)境及環(huán)境的構成因子。②圍繞評價的目的選擇評價參數(shù)。③根據環(huán)境功能評價目的選擇不同的標準進行參數(shù)的等標化指標化)④確定評價參數(shù)的權系數(shù)。⑤建立環(huán)境質量評價的數(shù)學模式。⑥環(huán)境質量的分級。環(huán)境質量評價實際上是對環(huán)境質量優(yōu)劣的評定過程，而且是一種有公向性的評定過程。這個過程包含有許多個層次。因此，從廣義上講，環(huán)境質量評價方法應包括這一過程中使用的全部方法。欲評價現(xiàn)在的和將來的人類生存發(fā)展活動與環(huán)境質量的價值關系，合理方法有以下幾個要素必須確定與這一價值關系上有關聯(lián)的標準或目標函數(shù):(b)必須假定一些調節(jié)這一價值關系的模型，這種模型在合理的置信度下，可以對不同備選方案10山東科技大學本科畢業(yè)生論文進行比較建立效用或損失率分布來判斷不確定條件下生產的后果。目前國內外使用的大氣環(huán)境質量評價方法很多，但大體上可分為以下幾類，它們各有特點，各有利弊。一果和大氣環(huán)境質量標準定義的一種數(shù)量尺度，并以此作依據來評定現(xiàn)實的大氣環(huán)境質量對人類社會發(fā)展需要的滿足程度。二環(huán)境給植物生長帶來的影響，根據不同生物對不同污染物引起的反應癥狀來判斷生物的污染程度。這種方法的適用需要在調查了解受害物質地區(qū)附近是否有排放有害氣體的工廠、車間或裝置以及排放有害氣體的種類、特性和長期仔細觀察，葉子受害癥狀的基礎上作出判斷。但由于凍害、病蟲害、干早、施肥不足、農藥藥害等原因也可算植物受害，并且有時它們所產生危害癥狀與污染物污染癥狀十分相似因而往往容易混淆對正確評價大氣環(huán)境質量帶來一定的困難。三大氣污染經濟學評價法。該方法認為環(huán)境是一種資源，大氣、水、土壤作為環(huán)境要素，為人類提供了賴以生存的必要條件，同時也為人類提供了具有較大經濟價值和經濟效益的生產資料和消費資料，環(huán)境的這些功能給人們帶來的效益作為環(huán)境效益。環(huán)境資源不是取之不盡用之不竭的，而是稀缺的。環(huán)境一旦被污染，為了改善或恢復它以適應人類生存發(fā)展的需要，必然要投入資金，人類活動污染了環(huán)境，使環(huán)境的某些功能退化，給社會帶來危害，造成經濟上的損失，這就是環(huán)境污染引起的經濟損失，通過結算經濟損失的大小，對人體健康損失的大小、對農業(yè)損失的大小，對居民舒適性損失的大小等來評價大氣環(huán)境質量狀況.常用的有兩類方法:一是用于一些特定的環(huán)境情況所特有的綜合指標，如森林資源評價、農業(yè)11山東科技大學本科畢業(yè)生論文土地經濟評價等;另一類是費用效益分析態(tài)其評價標準是效益必須大于費用。這種方法的運用只能是從另一角度，宏觀地、粗略地進行評價，而且常常因人的主觀愿望的變化而變化。四術專家的理論知識和實踐經驗通過給定項目的評分來對大氣環(huán)境質量作出通常以分數(shù)或指數(shù)等作為評價尺度進行衡量。參與這些評價的大都是某一方面的權威，其評價意見具有權威性，但同時也具有一定的主觀性。五定性而運用模糊數(shù)學工具對大氣環(huán)境質量進行評價的一種方法。其關鍵是求某一評價因素屬于第J級評價的隸屬度.此法對處理由于不確定性造成難以確切表達的模糊問題很有用處。它不僅能反映不同空間、時間大氣質量充分考慮了各因子之間的相互聯(lián)系和相互作用關系，更能全面客觀地反映一定區(qū)域的大氣環(huán)境質量，使評價結果更符合實際情況。由以上分析可見，大氣污染指數(shù)評價法優(yōu)點很多，但缺點也突出，而模糊數(shù)學法更具科學性，它將成為今后大氣環(huán)境質量評價的方向。因此，本文將采用這種方法對武漢市大氣環(huán)境質量進行實際評價，并與綜合指數(shù)法作比較后，體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。1.4.3大氣環(huán)境質量評價程序及主要環(huán)節(jié)環(huán)境質量評價首先要確立評價目的、評價觀點、評價區(qū)域、評價因子、評價方法、定權方法和評價標準，然后通過分析和運算，取得評價結論。這是一項系統(tǒng)性很強的工作。評價程序流程圖如圖1—4—1所示。12山東科技大學本科畢業(yè)生論文是否否是是庫否圖1—4—1環(huán)境質量評價流程圖13山東科技大學本科畢業(yè)生論文2.1模糊綜合評價的理論基礎模糊數(shù)學是用數(shù)學方法研究和處理具有“模糊性”現(xiàn)象的數(shù)學。由于大氣環(huán)境質量的好壞和評定等級的劃分，其界限是模糊的，沒有一個確定的等級邊界。因此，若用模糊集理論中的貼近度和隸屬函數(shù)概念來表征大氣質量，可消除環(huán)境質量分級中的主觀人為因素，客觀合理地確定環(huán)境質量水平分級。2.1.1模糊數(shù)學的基本理論模糊數(shù)學是研究和處理模糊性現(xiàn)象的科學。模糊性是指客觀事物差異在中介過渡時所呈現(xiàn)的“亦此亦彼”性。眾所周知，經典數(shù)學是以精確性為特征的。模糊數(shù)學則是與之相反的以模糊性為特征的。事物的模糊性并不是完全消極的和沒有價值的，在某些情況下，用模糊的概念來處理問題甚至比用精確的方法更顯得優(yōu)越，因為不確定性是客觀事物具有的一種普遍屬性。人們所遇到的各種量大體上可以分為兩大類:確定性與不確定性。不確定性又分為隨機性和模糊性，人們正是用三種數(shù)學來分別研究客觀世界中不同的量確定性:經典數(shù)學————確定性數(shù)學模型隨機性：隨機數(shù)學————隨機性數(shù)學不確定性模糊性：模糊數(shù)學————模糊數(shù)學模14山東科技大學本科畢業(yè)生論文隨機性的不確定性，也就是概率的不確定性。例如般子出現(xiàn)6.在這里事6變成確定的了.而模糊性的不確定性，即使時間過去了或者實際做了一次實驗，它們仍然是不確定的，這主要是因為事件本身等是不確定的，具有模糊性，是由要領語言的模糊性產生的。概率論的產生把數(shù)學應用范圍從必然現(xiàn)象擴大到偶然現(xiàn)象的領域，模糊數(shù)學的產生則把數(shù)學的應用范圍從精確現(xiàn)象擴大到模糊現(xiàn)象的領域。概率論研究和處理隨機性，模糊數(shù)學則研究和處理模糊性。2.1.2模糊集合為了定量刻畫模糊概念和模糊現(xiàn)象，加利福尼亞大學教授扎德在1965年引入了模糊集合(Fuzzy這一概念。扎德引入模糊集的基本思想是:把普通集合中的絕對隸屬關系美子加以擴充，使元素對“集合”的隸屬度由只能取0和l0l】中的任一數(shù)值，從而實現(xiàn)定量地刻畫模糊性事物。如果論域中的任意一元素u對集合的隸屬，函數(shù)U在上都對應著A一個值U(u)，且U(u)滿足：AA0≤U(u)≤1A即U∈[0，1]（2—1）A我們則說隸屬函數(shù)，確定了論域上的一個模糊子集，或簡稱模糊集，U稱為u對于模糊子集的隸屬度，簡寫成A(u)，其大小反映了A對于模糊集的隸屬程度。的值越接近l，表示u隸屬于的程度越高;的值越接近0，表示u隸屬于的程度越低。當論域u為有限集合時，U={uuu………u},有三種表示法:12n315山東科技大學本科畢業(yè)生論文查得表示法，即A=(A(u)/u)+(A(u)/u)+………+(A(u)/u)—2)1122nn這里A(u)/uu與它對的隸屬度的i對應關系，因此不能當作分子、分母進行化簡。其次，表達式中的“”號只是一種聯(lián)接符號，使表達連貫，而不是表示分式求和。序偶表示法A={(uA(u，(uA(u，………，(uA(u)}（2—3）1122nn向量表示法（A(u，A(u，………A(u）（2—4）12n此時元素u應該按次序排列，隸屬度為零的項不能略去。當論域為一般集合包括有限或無限集合，查得給出的另一種表示法如下：=1ˋ(u1)/u0（2—5）0表示無限多個元素合并的一種縮寫。它不是積分的意義，也不是求和的記號。論域中模糊子集的全體，稱為中的模糊冪集，記作，即F(U)={A/A:UA(u)=c[0,1]}2—6）對任A(u)=c則稱為集Ф若，則A=U稱為全集。2.1.3模糊集合的運算包含關系設，是論域上的兩個模糊集，如果對于中的每一個元素u，都有μ(U)≥μ)（2—7）AB則說包含，或為A的子集，記作：AB（2—8）16山東科技大學本科畢業(yè)生論文（2）相等關系設和均是論域上的模糊集，如果對于中的每一個元素u，都有μ(U)=μ)（2—9）AB則稱A和B相等，記為：A=B（2—10）模糊集的并、交、補運算設A，B是論域中的兩個模糊集即A,B則①A與B的交集記作A∩B,對∈U,均有（A∩BU）=A)∧B)（2—）②A,B的并集記作A∪B,對(A∪B)（U）=A)∨B)=max(A(u),B(u))③的補集記作A,對∈均有A=1-A(u)（2—13）∈均有（2—12）CC式中“∧”和“∨”是兩個運算符號，稱為“查得與算子”和“查得或算inf和SuP(min和max(取最小值、最大值。其它一些常用的算子列于表2一l中。表2一l常用算示表a.b=ab,∨b=max（，b）ab=min（1）a.b=aba.b=ab∧b=a+b-ab∧b=min（，b）ab=max（0ab=min（，1）2.1.4模糊關系和模糊拒陣17山東科技大學本科畢業(yè)生論文模糊關系現(xiàn)實生活中，存在著大量的更為復雜的關系，必須考慮元素之間的關聯(lián)的程度，因此需要把普通關系加以拓寬。若直積×V={(u，v)/u∈,U,v∈V}的一個模糊子集R,稱為到的一個模糊關系。如果，v)∈U×，稱為μ為v)具有關系R(u的程度，μv)亦可簡記為（u，RRv）當時，稱R為U中的模糊關系。UU×…×U的一個模糊子集RU×U×…U12n12n間的一個n(UU，U)=U×U×…Uμ(U，12n12nR1U…U為((U，U…U具有關系R的程度。2n12n模糊矩陣設U={uu，…，uV={vv…v}均為有限集，則從到的模糊12n1,2,n關系R可以用m×n階矩陣來表示，仍記作R.即R=（rr=u(u，v)（2—14）ijijrij其中r∈[01]1≤i≤m1≤j≤n滿足上式的矩陣，稱為模糊關系矩陣，ij簡稱模糊矩陣。當R為中的模糊關系時，R可以表示成n階模糊矩陣。特別地，若滿足r∈[0，1]，1≤i≤m，1≤j≤n（2—15）ij則R為一普通關系矩陣，具體表達如下:X={xxx}Y={yy……y}12m12n設有兩個有限集X={x，xx}Y={y，yy}是從12m12n到的二元關系，即R12………n………Rn1………Rn2………Rn3Rnn18山東科技大學本科畢業(yè)生論文則m×n矩陣R=(r)的關系矩陣記為×nijmrrr…rrrr…r1（x∈y）iiijR=ijm0rrr…rm1m2m3mn當m=nR為n階模糊矩陣。當r全為000rijij全為1時，稱為全知陣，記作E當r只在{0，1}中取值時，稱R為布爾矩陣ijBOOLE)，對應一個普通關系。模糊關系的建立關鍵是確定r幾.常用的方法有以下幾種ij,a.最大最小法:nnr=[in(uik,ujk)]/[uik,ujk)]（ij≤n）（2—16.iji1i1b.算術平均最小法nnr=[uik,ujk)]/[(1/2)uik,ujk)]（j≤n）（2—17.iji1i1幾何平均最小法（i，j≤n）（2—18）.d.夾角余弦法19山東科技大學本科畢業(yè)生論文（i，j≤n）（2—19）.（2—20）.距離法歐幾里德距離)當j時相關系數(shù)法（i，j≤n）（2—21）.絕對指數(shù)法h.主觀評分法（2—22）.請專家或有經驗的人打分，經過統(tǒng)計平均，最后歸納為[0，1]的數(shù)。本文將采用建立降半梯形函數(shù)的公式確立r。ij2.1.5隸屬函數(shù)的建立常用的隸屬函數(shù)大致有以下六種方式降半矩形分布，如圖2一5所示100≤x≤cx>a降半型分布如圖2一6所示20山東科技大學本科畢業(yè)生論文μ(x)=e-kx）降半正態(tài)分布如圖2一7所示μ(x)=e-kx2）降半梯形分布，如圖2一8所示(a—x)/（a—a）a≤x≤a1211201a＜x20≤x降半凹凸分布，如圖2一9所示0x>a-1/k21山東科技大學本科畢業(yè)生論文降半哥西分布如圖2一10所示μ(x)=1/(1+kx)（k＞1）2.1.6權重系數(shù)的確定方法模糊綜合評價中賦權方法很多，可以分為標準賦權法和主因素突出賦0一4”(AHP)等處理復雜系統(tǒng)時宜選用層次分析法):在模糊綜合評判別中，一般有以下幾種計算方法無權重即各污染因子同等重要，而在倍斜率隸屬函數(shù)結構中有隱含的污染權重，由于左右傾斜不等，加重了高級別對評價結果的影響，間接體現(xiàn)了主要污染物的重要性。超標加權法超標加權的各因子權重可用下式計算:（n為評價等級數(shù)）（2—22）為第i評價因子在第k監(jiān)測點上的權重值;22山東科技大學本科畢業(yè)生論文為第i評價因子的各級分類標準的均值見表4一，其它符號同前計算出值進行歸一化處理，則可得到各評價因子在各監(jiān)測點上的權重值。灰色聚類法的權重計算對于灰色聚類，其權重計算式一般為:（2—23）式中為第i評價因子的第j個級別的權重。其它符號同前。模糊綜合評判的權重計算其權重計算一般采用下式（2—24）式中:W為污染物i:X為污染物i;。為污染物i各級ii標準值的均值。統(tǒng)計法首先請有關專家或從事相應工作具有豐富經驗的人對因素集U={u，1uuu}打23n分。nA=(aaa……a，ij=1（j=1，2，……，m）i1j2j3jnji1然后對每個因素u（i=1.2.3…）進行單因素統(tǒng)計，其步驟如下:i①對因素u(i=12在它的權數(shù)a(i=12m)中找出最iij大值m，其中M=max{a}m=min{a}1<j<miijiij23山東科技大學本科畢業(yè)生論文②適當選取正整數(shù)，利用公式（M=m）/kii計算權數(shù)分成k組的組距。并將權數(shù)由小到大分成K組③計算結在每組內權數(shù)的頻數(shù)和頻率。④根據頻數(shù)和頻率的分布情況，確定u的權數(shù)a從而得到權重向量iiA=(aa…a)1,2n2.2模糊綜合評判法的基本原理時，我們作出系統(tǒng)特性的精確而有意義的描述能力將相應降低，直至達到由于大氣環(huán)境污染程度由輕到重是逐漸過渡的，沒有明確的界限，因此，對大氣環(huán)境質量進行綜合評價時宜采用模糊集理論方法。模糊綜合評判法就是基于上述理論得出的產物，能更客觀地反映事物所處的狀態(tài)。與評價事物相關事物的各個因素對其所作的綜合評價。評價環(huán)境的環(huán)境質量的優(yōu)劣程度。把環(huán)境系統(tǒng)作為事件，用不同的污染級別作決策，而最佳的對策就是被確定的環(huán)境質量級別，從而達到定量描述環(huán)境系統(tǒng)在各個污染物共同作用下的環(huán)境質量的優(yōu)劣程度。設論域U={xxx}m個模糊子集AAAA。構成了一12n123nXi{123…m}使得A{Xo}=U{Xo}，oiolk則認為X相對隸屬于A。論域U上有一標準模型，待識別的對象有n個即oiokXXX，…X，若某個X滿足A(X)=u{A(x則優(yōu)先錄取X.也就是說，123nkk1k當某一元素相對于一個集合的模糊關系的機會大些或頻率多些時，則此時24山東科技大學本科畢業(yè)生論文的隸屬度值也相對大些，那么占的權重也大些，應作為首選的因子考慮，這就是模糊綜合評判法中最大隸屬度原則。在綜合評判中各個因子的權重不一樣，同時建立權重集的依據和原理也必須合乎實際。在評價某個事物時，可以將評價結果分成一定的等級根據具體問題，以規(guī)定的標準來分級例在大氣環(huán)境質量評價中，可把評價的等級分為“清設評價因素集合為:U={u，u，…u}12n決擇評語集合為:V={v，v…v}12m首先對評價因素集u中的單因素u（i=1，2，…，n）作單因素評判，i從因素u著眼確定該事物對決擇等級v（j=1，2，…，m）的隸屬度可能ij性程度)r，這樣就得出第i個因素u的單因素評判集ijir（rr…r）ii1i2im它是決擇語語集上的模糊子集。這樣n個評價集就構造出一個總的評價矩陣R111221r……22R=n1r……n2nmR即評價因素論域到決擇評語論域v的一個模糊關系，μ(uv表示因Rij素u對決等級v的隸屬度。ij者小多少，又是一個模糊擇優(yōu)的問題，因此評價的著眼點可看成評價因素論域上的模糊子集A，記作:25山東科技大學本科畢業(yè)生論文A=(a/u)+(a/u)+…+(a/u)1122nn或者A=(a，a，…，a)12n其中a（0≤a≤1）為u對的隸屬函數(shù)。它是單因素u在總評價中的影iiji響程度大小的度量，在一定程度上也代表根據單因素u評定等級的能力。ii稱為的因素重要程度模糊子集，a稱為因素u的重要程度系數(shù)。ii于是，當模糊向量和模糊關系矩陣R為已知時，作模糊變換來進行綜合評判。B=AOR（b，b，…，b）（2—25）12m中的各素b廣義模糊合成運算得的運算結其計算式為jb=(a*r)*(a*r)…*(a*r)(j=1，2，…，m)（2—26）j11j22jnnj稱為決擇評語集上的等級模糊子集，b(j=1，2，…，m)為等級vij對綜合評判所得等級模糊子集最大隸屬度原則選擇最大的b所對應的等級v作為綜合評判的結果。ji2.3模糊綜合評判法數(shù)學模型的的建立設U={X，X…Xn}為n種因素或指標，V={V，V，…Vm}為m種1212評判。由于各種因素所處的地位不同，作用也一不樣，當然權重也不一樣，m是上的一個子集:B={b，b，…b}b反映了第jV;12mjj在綜合評判中所占的地位Vj對模糊集的隸屬度:B(Vj)=bj。綜合評判依賴上的模糊子集，A={aa，…a}，且=112n即第結合大氣環(huán)境質量評價方法，其步驟如下:(l)因素集U={uu，…，u}，這n個因子反映大氣環(huán)境質量，構成12n26山東科技大學本科畢業(yè)生論文綜合評價因子集。（2）給定m個判別級別并由其組成評判集〔評價集或決斷集{v1v…v.}2n（3）單因素評判f:UUi|Γ(V)（Ui）（r，r，…，rΓ(V)i1iim模糊映射可誘導出模糊關系Rf∈ΓU×即Rf(u，v（uv=rijijij因此，Rf可由模糊矩陣R∈u×m表示:nrrrr稱R為單因素評價矩陣。模糊關系R可以誘導出到的模糊線性變換Tf稱1、、R)構成一個模糊綜合決策模型，、、R是此模型的三個要素。（4:對于權重A=(aa…a，運用模糊矩陣的合成運算方法12n來計算，可得模糊A∈Γ∈ΓΓ若輸入一種權重A∈Γ(U)，則輸出一個模糊綜合評判B=AOR∈Γ(V)。綜合評判過程圖如圖2一1所示AOR=BR圖2一1綜合評判過程圖27山東科技大學本科畢業(yè)生論文在實際應用中，經常采用的具體模型有以下四種模型1：m（∧∨）即用∧代替*，∨代替*，有i=1，2，…，m，（2—28）式中∧∨分別為取?。╩in）和取大（max）運算，即：b=max[min(armin(ar，…，min(ar)]在此模型中，單j1ij2ijijij因素u的評價對等級v的隸屬度r被調整為:ijijr=a*r=a∧r=mina，r）j=1，2.，…，m，（2—29）ijiijiijiij由此可見，模型∧∨)是一種“主因素決定性”的綜合評判。模型2:M即用·代替*，研代替*，于是:j=1，2，…，m，（2—30）其中“.v”為取大max)運算，即:b=maxj（ar，ar…ar）11j22jnnj此模型中用“v*r乘一小于l的系數(shù)來代ij替給rm(v)也是一種“主因素突出型”的綜合評ij判。模型3:m(︿即用代替*，由代替*，于是j=1，2，…，m，（2—31）這里為取小(min運算，αβ=min（1，αβ為對m個數(shù)在運算下求和，即:nb=min[1，（ai，rij）ji1該模型對各r作有上界相加以求b。因此a也是在考慮多因素時rijjiij的調整系數(shù)。形式上這個模型是一種對每一等級v都同時考慮各種因素的綜合評判。j28山東科技大學本科畢業(yè)生論文模型4:M(.，即用．代替*，有界算子代替*，有nb=（ai，rijj=1,2,…m(2—32）ji1其中“.αβ=min（1，αβΣ為對m個n數(shù)在。運算下求和，即b=min[1，ji1級v的隸屬度b時，考慮了所有因素u(j=1，2，…，的影響，而不是像模jji型M(.ˇ那樣只考慮了對bj到所有因素的影響，所以各a的大小具有刻畫各因素u重要性程度的權系數(shù)iin的意義，因此a，應滿足如下要求：ai=1ii1所以模型M(.，)是一種“加權平均型”的綜合評判。在此模型中，模糊向量A=(a，a，…，a具有權向量的意義。12n3.1武漢市大氣環(huán)境資料的收集根據本論文的需要，筆者在武漢市環(huán)境監(jiān)測中心站，冶金部安全與環(huán)境保護研究院，洪山科技館，武漢理工大學西園圖書館等搜集到在武漢市大氣環(huán)境監(jiān)測資料如下:3.1.1大氣監(jiān)瀏網點1998一2000年武漢市城區(qū)大氣環(huán)境質量監(jiān)測按國家環(huán)境保護局驗收通過的優(yōu)化布點方案進行，以大氣地面自動監(jiān)測站的五個子站即漢陽區(qū)站、江岸區(qū)站，武昌火車站，武冶機修和東湖監(jiān)測站的監(jiān)測結果平均值代表武漢市大氣環(huán)境質量的平均水平.目前監(jiān)測的項目為二氧化硫(SO)229山東科技大學本科畢業(yè)生論文(NOx)，總懸浮顆粒物(Tsp)和一氧化碳(CO)(見表3一l)。武漢市大氣優(yōu)化布點表表3—112345東湖監(jiān)測站SO,NOTSPCOX江岸區(qū)站漢陽區(qū)站武昌火車站武冶機修城區(qū)降塵監(jiān)測共設17個點，分在7個行政區(qū)(江岸區(qū)，江漢區(qū)，橋口區(qū)，漢陽區(qū)，武昌區(qū)，青山區(qū)，洪山區(qū))，三類功能區(qū)(見表3一2):硫酸化速率共設28個點，分在7個行政區(qū)(江岸區(qū)，江漢區(qū)，橋口區(qū)，漢陽區(qū)，武昌區(qū)，)(見表3一43一3)，域區(qū)降水監(jiān)測點共8個(見表3一4)。武漢市城區(qū)降塵監(jiān)側網點表3—2行政區(qū)測點名功能序號行政區(qū)1武昌區(qū)4青山區(qū)武冶機三修30山東科技大學本科畢業(yè)生論文洪山區(qū)89漢陽區(qū)琴臺路二翠微路二武漢市城區(qū)硫化速率監(jiān)側網點表3—3行政區(qū)測點名功能區(qū)序號稱行政區(qū)測點名功能區(qū)稱115前進一二路熱點衛(wèi)三生所31山東科技大學本科畢業(yè)生論文14翠微房二管所3.2武漢市大氣環(huán)境監(jiān)側資料的分析研究現(xiàn)以1998年武漢市大氣環(huán)境監(jiān)測資料對武漢市近年大氣環(huán)境質量進行主要污染物、污染變化趨勢及大氣功能區(qū)達標預測。3.2.1主要大氣污染物預瀏二氧化硫該年度城區(qū)二氧化硫一次值的總有效監(jiān)測次數(shù)為72306率為0.04%0.991毫克/0.98測點;0.98%測點的一次值基本不超標。該年度城區(qū)二氧化硫年日均值為0.044毫克/:各監(jiān)測點的32山東科技大學本科畢業(yè)生論文年日均值范圍為0.028一0.063毫克/0.05倍，出現(xiàn)在武冶機修測點，其它測點的年日均值均未超標。該年度城區(qū)二氧化硫各季日均值分別為0.0510.0280.0280.063毫克/立方米，均未超標，其濃度變化為:四季度一季度>二季度三季度見圖3一l)1234季度圖3一1二氧化硫季節(jié)變化圖氮氧化物該年度城區(qū)氮氧化物一次值的總有效監(jiān)測次數(shù)為73164率為15.5%1.388毫克/8.25測點:41.4%它測點的一次值超標率均在20%以下。該年度城區(qū)氮氧化物年日均值為0.094毫克/0.88倍:各監(jiān)測點的年日均值范圍為0.050一0.172毫克/立方米。該年度城區(qū)氮氧化物各季日均值分別為0.086，0.068，0.066，0.153毫克/立方米，除四季度超標0.5倍外，其它各季度均未超標，其濃度變化為:四季度一季度>二季度三季度見圖3一2)33山東科技大學本科畢業(yè)生論文0.080.060.040.0201234季度圖3—2氮氧化物季節(jié)變化圖總懸浮顆粒物該年度城區(qū)總懸浮顆粒物一次值的總有效監(jiān)測數(shù)為1525個，日均值超標率為31.93%0.041一1.158毫克/標2.8663.64%，出現(xiàn)在武昌火車站測點，其它測點均在40%以下.該年度城區(qū)總懸浮顆粒物各季日均值分別為0.2790.2340.1690347毫克/立方米，除四季度超標外，其它各季度均未超標，其濃度變化為:四季度一季度二季度三季度見圖3一3).123434山東科技大學本科畢業(yè)生論文圈3—3總懸浮顆粒物季節(jié)變化圖一氧化碳該年度城區(qū)一氧化碳一次值的總有效監(jiān)測次數(shù)為65491率為1.3%31.503毫克/2.15站測點;3.3%該年度城區(qū)一氧化碳年日均值2.449毫克/0.29倍;各監(jiān)測點的年日均值范圍1.672一3.877毫克/立方米。該年月日度城區(qū)一氧化碳各季日均值為:2.264，2.331，1.525，3.093毫克/立方米，均未超標，其濃度變化為:四季度二季度一季度三季度見圖3一4)1234季度.圈3—4一氧化碳季節(jié)變化根據以上計算結果可以看出，氮氧化物的一次值、日均值及年均值的超標情況最為嚴重，其次為總懸浮顆粒物。因此，可以預測出武漢市城區(qū)的主要大氣污染物是氮氧化物和總懸浮粒物。另外，從各季度大氣污染物濃度日均值的變化可知，四季度的污染程度最嚴重，三季度的污染程度最輕。3.2.2大氣污染變化趨勢預測35山東科技大學本科畢業(yè)生論文按照speartnan秩序相關系數(shù)方法，對1993一1998年大氣污染物進行定量趨勢分析，并以此進行近幾年武漢市大氣污染的變化趨勢。秩相關系數(shù)RSn按下式計算:Rs=1—（6di）/(n—n)23i1式中：dixi與的差值n:年數(shù)xi:結果從小到大排列序號年排列序號比較1993一1998年度變化趨勢時，n=6，Rs0.05=0.829，Rs0.0l=0.943二氧化硫1993一1998年，城區(qū)二氧化硫總體污染變化呈上升趨勢可信度0.99)，各個測點，武昌火車站、東湖監(jiān)站呈上升趨勢，其它各測點的污染變化不明顯。表3一61993一1998年二氧化硫污染趨勢分析武冶機修東湖監(jiān)測站Rs一0.543一0.5430.829上升一0.3710.943—上升結論——上升圖3一5二氧化硫濃度日均值歷年變化趨勢分析36山東科技大學本科畢業(yè)生論文氮氧化物93一98年，城區(qū)氮氧化物總體污染變化呈上升趨勢可信度0.99)，由93年的0.068毫克泣方米升到98年的0.094毫克/測點的污染呈上升趨勢，其它各點變化不明顯見表3一7，圖3一。表3一7江岸區(qū)1993一1998年氮氧化物污染趨勢分析武昌火車站0.657—武冶機修東湖監(jiān)測站0.314—Rs0.771—0.600—0.829上升結論上升圖3一6氮氧化物濃度日均值歷年變化趨勢總懸浮顆粒物93一9893年的0.24毫克/立方米，其中年其污染濃度最小。各監(jiān)測點變化不明顯見表3一8，圖3一7)表3一81993一1998年總懸浮顆粒物污染趨勢分析武冶機修Rs0.314—0.086——0.543—0.143結論————37山東科技大學本科畢業(yè)生論文圈3一7總懸浮物濃度日均值歷年趨勢分析大氣污染綜合指數(shù)五年來，城區(qū)大氣污染綜合指數(shù)(502NOxTSP三項呈上升趨勢，各監(jiān)測點中的污綜合指數(shù)均勻無明顯變化見表3一8，圖3一8)表3一91993一1998年大氣污染綜合指效變化趨勢武昌火車站0.657—武冶機修東湖監(jiān)測站0.086—Rs0.600—0.600—0.429—0.971結論上升54數(shù)指3合綜21095年度9798圈3一8大氣污染綜合指數(shù)多年變化趨勢分析38山東科技大學本科畢業(yè)生論文由以上知武漢市大氣污染變化趨勢分析可以看出，SO，NOx年日均值2濃度基本處于上升趨勢，大氣污染綜合指數(shù)則處于比較明顯的上升趨勢，據此可以預測，武漢市最近幾年的大氣環(huán)境質量仍將處于下降趨勢。3.2.3大氣功能區(qū)達標預瀏每個監(jiān)測點位按監(jiān)測頻次要求取得全部監(jiān)測數(shù)據，達到《環(huán)境空氣質:功能區(qū)環(huán)境質量達標見表3一10)。表3一198年度武漢市大氣功能區(qū)達標統(tǒng)計表單位:mg/m3達標情況TSP0.151不達0.243不達標0.236不達標0.359不達標0.0630.06330.303不達機修標98年度武漢市大氣一類、二類、三類功能區(qū)均不達標。由此可以預測，隨著武漢市大氣污染程度的加劇，大氣功能區(qū)仍然不能達標。39山東科技大學本科畢業(yè)生論文4.1綜述所謂模型是指用文字、圖表和數(shù)學式子描述客觀現(xiàn)實事物外部特征和內在聯(lián)系的數(shù)學模型和地圖等。模型是現(xiàn)實事物的合理簡化。數(shù)學模型就是根據人們的實踐經驗或對客觀系統(tǒng)的觀測結果歸納出的一套反映系統(tǒng)內部狀態(tài)變化和輸入、輸出數(shù)據關系的數(shù)學公式和計算方法。數(shù)學模型可分三大類：第一類是確定性數(shù)學模型，主要研究事物之間的必然聯(lián)系。第二類是隨機數(shù)學模型，主要研究事物之間的偶然聯(lián)系。第三類是模糊數(shù)學模型，研究事物之間的模糊關系。本文將采用模糊數(shù)學模型進行大氣環(huán)境質量評價。數(shù)學模型的建立是一個復雜的動態(tài)過程。下面將闡述建立數(shù)學模型的具體過程。4.2數(shù)學模型的選擇與建立4.2.1數(shù)學模型類別的選擇與確定根據量的確定性與不確定性可將數(shù)學模型分類為:①確定性數(shù)模型。這類模型研究的對象具有確定性，對象之間具有必然聯(lián)系。②隨機數(shù)學模型。這類模型研究的對象有隨機性，對象之間有隨機的偶然關系，如用概率分布方法、以馬氏鏈接建立的數(shù)學模型。③模糊數(shù)學模型.這類模型研究對象之間有模糊性，既沒有明顯界限，也不具有簡單的概率分布。而在大氣環(huán)境污染中同一個污染因子可能對不同級別污染有不確定的因素，而且各個污染因子對整個評價論域的貢獻有模糊性，而且大氣污染等級本身也具有“亦此亦彼”的特性，這樣我們選擇模糊數(shù)學模型不僅具有嚴格的理論基礎，而且符合客觀實際的需要。40山東科技大學本科畢業(yè)生論文4.2.2模糊數(shù)學模型的選擇與確定根據第二章對五種具體模糊數(shù)學模型的分析比較以及對第三章武漢市大氣污染資料的數(shù)據處理和分析可知，武漢市的大氣污染因子中比較突出的污染因子是氮氧化物和可吸入顆粒物，且這兩者都呈上升趨勢。二氧化硫和一氧化碳的作用比較平緩不作為首要污染物，但對大氣污染同樣有所貢獻；而臭氧和飄塵則貢獻較小甚至可以不予考慮。這樣在主次分明里均有所“貢獻”的情況下依據所有因素在大氣污染中“貢獻率”的大小即權重的大小，按均衡兼顧的原則，決定選取加權平均型M(.，十模型。從理論上說，這種模型比較適合武漢市的大氣環(huán)境質量狀況。下面還將通過幾種模型的具體運算證明這點。4.3數(shù)學模型的建立步驟4.3.1建立評價空間確定評價因子和評價集根據武漢市5個監(jiān)測點實際監(jiān)測數(shù)據種類建立評價因子集。μ={μμμμμμ}μ為SO:μ為TsP:μ為NO:μ為CO;μ為O:μ為1234561223X4536GB3095一1996《環(huán)境質量標準》為依據，確立等級代表值。為了擴展為四級標準。第四級標準參照二級標準的日均濃度值制訂。這四級標準分別表示:優(yōu)清潔、良輕度污染)、中中度污染、差重度污染。擴展后的標準見表4一1。表4一1環(huán)境質量分級標準(mg/m)一19963級級0—0.050—0.120.05—0.150.15—0.250.25—0.500.2380.12—0.300.30—0.500.50—1.000..48TSP41山東科技大學本科畢業(yè)生論文0.10—0.150.15—0.300.1634.00—6.006.00—6.0010.00PM1020—0.050—0.120.05—0.150.15—0.250.25—0.500.2380.12—0.160.16—0.200.20—0.400.22這樣即可建立評價集。，，111，IV}4.3.2確立隸屬函數(shù)根據分級系統(tǒng)的各級標準分別建立每種評價因子相應于不同級別的隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)的確定方法通?？煞譃槟：y(tǒng)計方法與指派方法兩種，常用的是指派方法。指派方法普遍認為是一種主觀的方法，它可以把人們R成為模糊分布。所謂指派方法就是根據問題的性質套用現(xiàn)成的某些形式的模糊分布，然后根據測量的數(shù)據確立分布中包含的參數(shù)。根據第二章所提供的模糊分布及隸屬函數(shù)形式和前人經驗，并結合武漢市大氣環(huán)境質量評價的實際情況，本文選用較為簡便的降半梯形分布函數(shù)，以確定隸屬度。其隸屬函數(shù)分布圖如圖4一1所示。圖4一1降半梯形隸屬函數(shù)分布圖設R是從到上的一模糊關系，nm代表第n個因子，對第m級程度的大小，即第n個因子對第m級標準的隸屬度。42山東科技大學本科畢業(yè)生論文當j=1時，即第一級隸屬函數(shù)為：1xiiaxaa)a）i12i211i10ai1當j=2時，即第二級隸屬函數(shù)式為:i1211i1）i23i322i30xa或xai1i3當j=3時，即第三級隸屬函數(shù)式為:i2322i3）i34i433i40xa或xai2i4當j=4時，即第四級隸屬函數(shù)式為:0i3）i4i3433i41xai443山東科技大學本科畢業(yè)生論文式中xi種因素平均濃度的實測值。ir—表示第ij級的隸屬度。ijaaaa級大氣環(huán)境質量分級標準。1234因為以上表格中采用的標準，對于TSPCO這兩種因素，級與級標準為同一值，故對兩者選取如下隸屬函數(shù):1i1）i13i311i30xai3r=ri1i2xa或xai1i4）i3i1311i3axaa)xa4i41i30i3）i4i3433i41xai444山東科技大學本科畢業(yè)生論文根據以上隸屬函數(shù)式并結合評價因子分級標準表，可求出評價參數(shù)對各評定等級的具體隸屬函數(shù)。.1ir=）ii0xix）iix)）ii0xxiix）iir=x)）ii00xxiixir=x)）ii1xi45山東科技大學本科畢業(yè)生論文1xi）ii0xiiix)）ii0xxii）iir=x)）ii0xx1ii1xir=）i1x1iNO:X46山東科技大學本科畢業(yè)生論文1xix)）ii01xixix)）ii00xixxiir=x)）ii00xixxiir=）iixiCO:47山東科技大學本科畢業(yè)生論文1xix)）ii01xixix)）ii0xi0xxiir=）ii0.25（10—x）ii0xxiir=）i1xi4.3.3建立評價因子與評等級之間的模糊關系取和分別為評價因子集合與大氣質量分級的集合，將數(shù)據一一代入各個具體的隸屬函數(shù)中，可計算出模糊矩陣R如下:48山東科技大學本科畢業(yè)生論文4.3.4建立評價因子間的模糊關系（賦權）:(1)指數(shù)賦權法nW（C/S）/（C/S）iiiiii1其中，C為iS是此指標的環(huán)境質量的某一級標準。或ii將S視為該指標的各級環(huán)境質量標準取均值。i分級指數(shù)法當某環(huán)境指標的實測值優(yōu)于方法(l)中的環(huán)境質量標準S。低于環(huán)境i質量標準時采用同方法的計算方法進行計算。標準賦權法/si)或W（lgZ）/（nnW=(1/S/iiiii1i1n其中：Z=1/h，h=d/d為第i個環(huán)境指標的實測值，n為環(huán)境單元iiiiii1個數(shù)，m為環(huán)境評價指數(shù)個數(shù)。本模型雖將采用超標指數(shù)賦權法，但將權值歸一化，這樣既突出環(huán)境質量評價中主要污染物的作用，又考慮了不同污染物標準值的差異即毒理學等方面的差異，計算亦較簡便。其數(shù)學表達式為:a=X/S—24)iii權值歸一化后有：49山東科技大學本科畢業(yè)生論文W=a/n（4—25）aiiii1式中X—第i種污染物實測濃度(mg/m，)3is—第矛種污染物環(huán)境質量標準均值(mg/m，)3ia—第i種污染物標準指數(shù);iW—歸一化后第i種污染物的權重值。i根據表4一1GB3095一1996環(huán)境質量分級標準，計算權重值見表4一2表4-2超標倍數(shù)賦權法計算表SO20.220—iWi——————由表4一2可得出各評價因子權重組成的模糊向量A（w,w,w,ww,w）1234,56注:因實際監(jiān)測數(shù)據中僅有SO，TSP，NO，CO四種污染物的濃度值，2XPMO0值代替，則二者的歸一化103權重也為0，對原模型未產生影響。因此，即使在數(shù)據資料不足的情況下，模型仍然可以成立，對之后的計算機程序運算結果也沒有任何影響。4.3.5模糊矩陣的符合運算在建立兩個模糊矩陣R和A的基礎上，與已建立的數(shù)據庫形成連接，將R和A進行模糊矩陣的復合運算，B=AOR，可以得出模糊綜合評判的結果。因為采用的是加權平均模型，則計算公式為：50山東科技大學本科畢業(yè)生論文b=n(ar)j=(l，2，3，4，5，6)jiiji1B=(w,w,w,ww,w)1234,56=(WR+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，111221331441551661Wr+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，112222332442552662Wr+Wr23+Wr+Wr+Wr+Wr，1132333443553663Wr+Wr+Wr+Wr+Wr+Wr，)114224334444554664=(bbbb)（4—26）12344.3.6評判結果b、bbb譯語集中的級別即為本1234模型對該地區(qū)大氣環(huán)境質量評價的模糊綜合評判結果。若將隸屬度大小排4.3.7評價實例武漢市的大氣污染主要由人們的生活、生產活動所造成，主要污染源包括生活污染源、工業(yè)污染源、交通污染源三個方面，影響武漢市大氣環(huán)境質量的污染物主要有氮氧化物(N0(TSP)(SO)x2和一氧化碳(CO)及飄塵等五種。武漢市城區(qū)大氣環(huán)境質量監(jiān)測按國家環(huán)保局驗收通過的優(yōu)化布點方案共設東湖監(jiān)測站、江岸區(qū)站、漢陽區(qū)站、武昌火車站、武漢機修等五個站點.目前監(jiān)測項目為SO、NO、TsP和四種，2X應用以上所選定的模糊評價方法，以武漢市1998年度大氣環(huán)境監(jiān)測項目日均監(jiān)測值為例，對武漢市大氣質量進行綜合評價。任?。?998年度某日均值[SO]=0.044mg/m，[TSP]=0.258mg/m332[N0]=0.094mg/m，[CO]=2.449mg/m，33X51山東科技大學本科畢業(yè)生論文運用加權平均型模型，式（2—33）即bΣar，j=1，2，……mjiij按式一至一23)TSP，各級別隸屬分別為：r一50x一50×0.258)/9=0.233;211r=(50x一6)/9=(50×0.258一6)/9=0.767，221r=023r=024其模糊關系集為R=(0.233，0.767，0，0)。其余類同。按式一24)式確定權值A:例如，對于TSP:a=x/s=0.258/0.480=0.538;2ii權值歸一化后有:A=aΣa=0.538/[（0.404/0.238）（0.258/0.480）+2ii（0.094/0.163）（2.499/6）]=0.315其余類同為比較起見，還按文獻提出的標準賦權法即：W（1/S）/Σ[(1/0.238)+(1/0.48)+(1/0.163)+(1/3)]=0.1651i其余類同。計算結果如表4一3。再采用式一將A、A分別與隸屬矩陣R進行合成，得出計算結果B12和B及監(jiān)測境空氣質量?！疊=(AAAA)’’’’’’123452山東科技大學本科畢業(yè)生論文00000000（0.334，0.165，0.487，0.013）111101=0.334×1+0.165×0.233+0.487×1+0.013×1，0.334×0+0.165×0.767+0.487×1+0.013×1，0.334×0+0.165×0+0.487×0+0，0.334×0+0.165×0+0.487×0+0.013×0，=（0.872，0.626，0，0）表4—3隸屬矩陣和權值SOCO02X1R00001100A0.1080.3340.3150.1650.3380.4870.2390.013’表4—4環(huán)境大氣質量模糊綜合評價結果空氣類別0Ⅰ級0.6760.8190Ⅱ級0.8720.6260由表4一4可見，采用本文超標倍數(shù)賦權法所得的模糊綜合評判結果Ⅱ53山東科技大學本科畢業(yè)生論文這是由于標準賦權時末接納實測信息，強調賦權標準化所致。下面仍用上述方法取1999年某日五個監(jiān)測點實測平均值見表4一體評價武漢市區(qū)大氣質量，計算結果見表4一6、表4一7。表4—5武漢市1999年某日環(huán)境空氣監(jiān)測結果（mg/m）3東湖站武昌火車站3.5460.3310.22.1040.1190.0260.7260.3070.0663.0480.2580.0812.1020.2010.1172.30520.24320.098TSPX表4—6隸屬矩陣和權值東湖站1100000100江岸區(qū)1100010010000100武昌火11000武冶機10.550.6610000.450.6600.3454山東科技大學本科畢業(yè)生論文110000000.31710.68310.2580.3390.403表4—7環(huán)境空氣質量模糊綜合評價結果主要污染物空氣類0.910.673CO0.4510.9820.5030.029NOXNONOXX排序東湖武冶漢陽江岸武昌火車站采用模糊綜合評判方法不僅能表達環(huán)境空氣質量實際上已達到的級別，而且能進行不同測點空氣質量優(yōu)劣比較.它還能解決實際存在的測值逼近評價標準邊界兩側時的樣品質量分級歸屬問題。5.1結論本論文以武漢市環(huán)境監(jiān)測總站提供的武漢市五個監(jiān)測點所測CO、TSP和NO的實測值為依據，對武漢市大氣環(huán)境監(jiān)測資料進行了分析研究，建X立了適合武漢市大氣環(huán)境質量評價模型，并與大氣污染綜合指數(shù)法進行了55山東科技大學本科畢業(yè)生論文比較研究顯示出模糊綜合評判法的優(yōu)越性。(1)嚴重，其次為總懸浮顆粒物。據此可能預測，武漢市近幾年的大氣環(huán)境質量仍將處于下降趨勢。而且隨著武漢市大氣污染程度的加劇，大氣功能區(qū)仍然不能達標。(2)均衡兼顧決定選取加權平均型M(、模型為宜。(3)大氣污染綜合指數(shù)法是在采用單一標準的基礎上，加入污染因素最大值信息對大氣質量進行評價。它簡單易算，評價幅度較寬，對單一的標準是很實用的一種方法。同時最大值的加入也使污染因子權重偏向于主要污染物方面。在模糊綜合評判中采用超標倍數(shù)賦權法即:W=x/s/Σ(xi/si)所得評判iii結果比標準賦權法即:=W=x/s/Σ(xi/si)更符合實際情況。iii56山東科技大學本科畢業(yè)生論文5.2建議改點，所能收集的資料不十分理想，故驗證數(shù)據僅限于少量因子的平均值。建議有時間多收集資料并調用各因子在不同時間、不同地點、不同情況下、不同峰值進行具體驗算，比較模糊綜合評判法與大氣污染綜合指數(shù)法、模糊聚類法、灰色系統(tǒng)評價法的區(qū)別，提高其適應性。建議進一步研究各污染因子混合存在時可能出現(xiàn)的協(xié)同作用即加成作用或激化作用或拮抗作用即獨立作用和抵消作用以便更加客觀準確地進行大氣質量環(huán)境監(jiān)測。建議對模型中的賦權方法再進一步進行研究從中地出更加符合實際的賦權方法。性。57山東科技大學本科畢業(yè)生論文1.陸雍森環(huán)境評價，同濟大學出版社1999年15—31.2.葉文虎、奕勝基環(huán)境質量評價學1994年4月第一版24—65。3.全國氣象部門環(huán)境影響評價協(xié)作網大氣環(huán)境和環(huán)境影響評價氣象出版社，1998年。4.謝季堅、劉承平模糊數(shù)學方法及其應用華中理工大學出版社，2000年5月。5.賀中雄模糊數(shù)學及其應用天津科學技術出版社，1983年1月6.苗東生模糊學導引中國人民大學出版社，1987年2月。7.張躍軍模糊數(shù)學方法及其應用煤炭工業(yè)出版社，19