多种改进模糊概率模型对比研究

本文以超标法、层次分析法、信息熵法三种方法分别计算权重的模糊概率模型,依据2003-2013共10年的黄河水系6个国家监测点的水质监测数据,对黄河华北西部段水质进行评价。与传统方法相比,模糊概率评价法用概率处理污染物浓度,用隶属度描述水质等级界限,使评价结果与实际情况更接近;空间评价分析结果显示除宁夏吴忠新墩断面有上游水质优势外,其他断面水质情况只与附近环境相关而与其所处流域位置无关。三种模型结合单因子评价模型在结果和原理上进行比较分析发现,强调了不同类指标因子权重值差异及客观性的层次分析法,是最适合模糊概率模型的权重计算方法,其评价结果更为客观、可靠,可广泛用于河流水体的综合水质评价。     

河流综合水质评价方法比较研究

为探讨综合水质评价结论的科学合理性,对典型的7种河流综合水质评价方法,包括单因子评价法、污染指数法、模糊评价法、灰色系统评价法、层次分析法、人工神经网络法、水质标识指数法,在归类分析其特性的基础上,针对代表性的评价样本,进行了综合水质评价比较研究。主要结论为：①单因子评价法以最差水质指标所属类别作为综合水质类别,评价结论表现为过保护;②污染指数法能够直观判断综合水质是否达到功能区目标,但是不能判断综合水质类别;③对模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP人工神经网络法和水质标识指数法等5种典型评价方法,当综合水质为Ⅰ~Ⅴ类水情形时,这几种方法评价结论基本一致,证明这5种典型评价方法对Ⅰ~Ⅴ类水的评价结论具有科学合理性;④当综合水质为劣Ⅴ类水时,模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP人工神经网络法的评价结论偏保守,而水质标识指数法解决了劣Ⅴ类水质的连续性描述问题,能够对劣Ⅴ类水进行科学合理评价,并对Ⅰ~Ⅴ类水、劣Ⅴ类水不黑臭、劣Ⅴ类水黑臭进行全面、科学合理的定性与定量评价.     

基于熵权的模糊物元模型在水资源可持续利用评价中的应用

针对水资源可持续利用评价中存在的不相容性和模糊性问题,将物元分析理论与模糊集理论相结合,构建复合模糊物元,并应用加权欧式距离作综合评价,对各样本做优劣排序,并划分类别。在计算各评价指标的权重时,引入熵值理论,运用信息熵反映的样本数据的效用值确定权重,避免了权重分配中的人为干扰。结合实例应用,并与其他方法的评价结果作比较,验证了该模型的可靠性。分析表明,物元分析与模糊集理论的有效结合,能将多指标评价中的不相容矛盾转换成相容关系,且有效地避免了由于模糊性导致的信息丢失;熵值法确定的权重较好地反映了样本信息的有序度,充分利用实测数据客观地对评价指标进行赋权。结果表明,基于熵权的模糊物元模型应用于水资源可持续利用评价是合理、客观、可行的。     

基于线性变换的水质综合评价方法

对于多个因子的水质综合评价存在很多不同方法,尚未形成公认的权威评价方法。因而,对水质综合评价方法进行探索有利于积累研究经验,丰富方法手段。在把数据向[0 1]区间标准化的基础上,通过线性空间变换,把水质样本数据与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)数据转换到同一线性空间。计算水质样本数据向量与5类水质划分等级标准数据向量的欧式距离,把欧式距离的最小值作为水质类别辨别的依据,最终得到水质的综合评价结果。借由已经公开发表的19个断面水质监测数据,运用大型工程计算软件Matlab 2010b进行计算,并与变权欧式距离模型、灰色聚类法、模糊综合指数法和BP神经网络法的评价结果相比较,符合性较好,验证了线性空间变换法应用于水质综合评价的科学性和合理性。方法可用于水质综合评价。在不对污染因子进行加权的情况下,基于线性变换的水质综合评价方法,获得的评价结果较轻。对于被评价为同一类水质的不同监测断面,可以借助"评价单元与5级水质标准的欧式距离矩阵",对评价单元水质差异进一步辨识。     

基于全排列多边形综合图示法的水质评价

针对水质评价指标的多样性和由单指标给出评价结果的不相容性,为对各级指标进行综合评价,提出了全排列多边形综合图示评价方法.该方法综合考虑了各级指标临界值对综合指标的放大和紧缩效应,反映了整体大于或者小于部分之和的系统整合原理.该方法与主成分分析法相比,能够克服主成分分析法要求影响水质的各项指标之间的关系都为线性关系的缺点.为有效地评估南水北调东线源头承质情况,建立了基于全排列多边形综合图示法的南水北调东线源头水质评价模型.最后,以长江芒稻河断面和中泓两个断面2001-2008年的水质监测数据为例对模型进行验证,结果表明:2001-2008年中泓断面的水质基本满足《地表承环境质量标准》(GB3838 - 2002)中第1类水质评价标准,而芒稻河断面的水质基本满足第Ⅱ类水质评价标准.总体上,中泓断面的水质优于芒稻河断面的水质,近年来,由于受工业或生活污水影响,两断面的水质状况都呈逐年恶化的趋势.     

模糊数学在水质综合评价中的应用

水质评价是环境管理的一个重要方面。污染程度是一个模糊概念，在实际工作把离散的质量级别进行连续性处理。模糊数学在水质评价中得到广泛应用。以长江干流段2004年1月至2004年12月的水质监测资料作为依据，运用模糊综合评价方法对水质进行了分级评价。结果显示，所评价的长江干流段水质为地表水标准中的Ⅱ类水。在2004年1月至2004年12月的时间段内，长江水质综合指数在2．0至2．6之间变动，2004年2月和8月水质综合指数最多为2．6，水质随时间的变化较平缓。在所评价的长江5个断面中水质综合指数都小于3．0，其中湖南岳阳城陵矶水质综合指数最高为2．6，其主要的污染物为CODMn，江苏南京林山水质综合指数最小为2．0。     

水质指数法在行政交界断面污染溯源中的应用

行政交界断面经常被设定为行政区域补偿核定的参考断面,同时也是环境污染纠纷事件的频发地带。利用合理的综合分析手段评价行政交界断面的水质情况,特别是能够对断面的污染进行溯源一直以来都是环境管理的迫切需要。本文首次将水质指数法应用到行政交界断面的水质评价和污染溯源中,充分发挥其简便直观的特点,通过实例运用初步证明了其在解决行政交界断面污染溯源问题上的可行性,为进一步加强环境管理的针对性,提高环境治理的有效性,完善环境评估的全面性提供了思路。     

排污权的设定对环境技术进步的影响

排污权的设定是我国在治理环境污染过程中一项重要的政策。客观地评价这项政策的实施效果,不仅有利于政策本身的实施和完善,同时也可为其他地区开展相关工作提供借鉴。采用2004~2014年中国30个地区的面板数据,借鉴国内外评价政策实施效果的主流计量方法——双重差分法(Difference-in-Difference,DID),建立环境技术进步测度模型,探究排污权设定对环境技术进步的影响,最后提出政策建议。研究发现:当期排污权的设定并未对中国省际环境技术进步产生显著影响,但是在设定2 a之后,排污权在一定程度上控制了污染物的排放,其对我国环境污染的治理具有一定的促进作用,由此可以说明排污权确实能够提高环境技术进步。从长远来看,排污权的设定有利于我国经济健康可持续的发展。     

江苏省水资源短缺风险的相似云评价方法研究

为有效的监测和评估水资源短缺风险的程度,实现水资源可持续开采和利用,提出水资源短缺风险的相似云综合评价模型。针对水资源短缺风险的影响因素同时具有模糊和随机性问题,建立基于熵权和相似云方法的综合评估模型。借鉴现有理论的基础上,综合考虑风险率、脆弱性、可恢复性等5个评价指标,采用熵权法确定各个指标的权重,利用正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市水资源的短缺风险等级。给出一种新的计算正态云模型相似度方法——基于组合模糊贴近度的正态云相似度度量方法,通过比较待评价城市与风险等级之间的熵权正态云相似度值的大小,构建基于熵权相似云的水资源短缺风险评价模型。江苏省三大流域的实例表明,该方法简单可行,结果相对客观合理,能够克服现有方法的一些缺点。     

基于贝叶斯公式的湖泊富营养化随机评价方法及其验证

为了准确评价湖泊所处的营养状态,进而为湖泊富营养化的防治提供科学依据,提出了基于贝叶斯公式的湖泊富营养化随机评价方法。该法通过计算单个水质指标属于某个评价级别的概率,由最大似然分类原则确定单个水质指标的评价级别,并采用加权平均法推求湖泊富营养化多个水质指标的综合评价级别,具有方法简单、计算工作量小的特点。经全国30个湖泊实测水质资料的验证,随机评价方法与模糊评价方法和灰色评价方法相比较,有29个湖泊评价结果的差异小于等于一个级别,其比例为96.6％,说明这三种富营养化评价方法的计算精度相当。根据各项评价指标与叶绿素的相关系数,计算各项水质指标在富营养化评价中所占权重的方法,适用于浮游植物型湖泊,如果采取等权重方法,则适用于任何类型的湖泊。确定湖泊富营养化评价的水质指标个数和种类的选择具有不确定性,确定湖泊富营养化的评价级别和各个级别对应的水质标准浓度也具有不确定性,因此湖泊富营养化的评价方法具有不确定性。应采用多种途径对湖泊富营养化的评价方法进行研究,并取长补短,使评价结果更趋合理。     

基于模糊集合理论的中国区域土地覆盖数据集融合及精度分析

全球土地覆盖的特征及其空间分布的信息是理解人类活动与全球变化之间复杂相互作用的关键信息来源,对全球变化研究至关重要。目前欧美等国家相继研制了全球范围的土地利用覆盖数据集,并对全球科学界免费提供,这些数据集为人类提供了更加准确的、完整的全球土地覆盖信息。然而,全球范围的土地利用覆盖数据集的种类多,特点不一,因此需要结合其优点,以适用于中国陆面。采用了一种基于模糊集合理论的数据融合方法,对主要数据集进行中国区域土地覆盖数据集融合分类重建,并结合高分辨率卫星分类结果进行了一致性检验分析。检验分析表明该方法能够兼容多种数据集的特点,该项成果可用于全国和区域数值模式以及生态环境评价等进一步研究应用     

基于大型底栖动物的沙颍河干流水质生物学评价——两种方法体系的比较分析

于2013年4月在沙颍河干流进行了大型底栖动物的调查,共设置21个采样站位。为进行水质生物学评价,选取5个生物指数(Shannon-wiener指数、Margalef指数、FBI科级生物指数、BPI生物污染指数和Simpson指数),并采用综合生物指数法(BI)和模糊数学法等两种不同的方法体系进行了综合评价。根据综合生物指数法(BI)进行评价,沙颍河干流有90.05%的站位处于轻度污染状态,9.52%的站位处于中度污染状态;而根据模糊数学法进行评价,33.33%的站位处于轻度污染状态,61.90%的站位处于中度污染状态,只有4.76%的站位处于重度污染状态,两者站点评价结果的一致率为38.10%。经分析,模糊数学法综合评价结果与沙颍河的现实情况较为吻合,更为合理可靠。基于模糊数学综合评价结果,沙颍河干流的不同闸坝河段的污染程度呈不连续分布,表明其水质在局部河段有所提高和改善,这可能与河段较长,河流具有一定的自净能力有关。     

基于信息熵和数据包络分析的区域土地利用结构评价——以常州市武进区为例

土地利用结构评价是地理学、统计学支撑的区域可持续发展研究的重要课题。旨在运用新的方法和视角评估土地利用结构的合理性。以常州市武进区土地利用结构作为研究对象,以该区的16个乡镇作为评估的单元,研究区独特的区位和土地利用结构为课题研究提供了天然的实验室。在宏观层面上,运用信息熵理论对区域土地利用结构的有序性、均衡度、优势度进行了分析,结果表明常州市武进区土地利用结构有序性具有明显的空间差异,这种差异跟各板块内部社会经济结构有密切关系;在微观层面上,采用数据包络分析方法,结合武进区社会经济等多项指标,从土地利用结构效率角度,指出武进区各乡镇土地利用结构优化调整方向。研究结果表明:基于信息熵和数据包络分析模型的研究方法可有效克服传统的基于多元统计方法的综合评价技术不足的缺点,能够更加全面地反映区域土地利用结构的差异情况。研究表明:在武进区未来发展过程中,政府应加强土地调控,必须以提高技术效率为主线,加大单位面积土地上的技术投入,优化资源投入结构。各级政府在编制土地利用总体规划时,应当将土地利用结构评估作为规划的一项内容,明确各土地资源类型的布局安排、数量指标和质量要求。另外,此评价方法对区域土地利用结构优化研究有一定的参考价值。     

基于跨区域水质水量指标的流域生态补偿量测算方法研究

生态补偿量测算方法研究是国内外流域生态补偿领域研究的重点课题之一。本研究提出的基于河流水质水量的跨行政区界的生态补偿量计算办法,将实行统一的流域和区域综合环境管理纳入到流域地区政府的责任范围内,即将流域水体行政区界河流水质和水量指标设定为生态补偿测算的综合指标值中。本研究首次尝试应用“综合污染指数法”进行流域生态补偿的水质评价,并提出依据水权和对全流域GDP的贡献度或比率的方法进行流域水流量的测算。同时,提出跨区域流域生态补偿量测算的原则、模式、流程及计算模型,并结合实例进行了理论上的测算,解决了流域生态补偿中利益主体责任不清的弊端和补偿执行不力的缺陷,并为流域生态补偿的有效实施提供了执行的方法和依据。     

基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型

采用环境一号卫星高光谱数据直接监测太湖富营养化状态的方法较多光谱影像监测有着更高的精度优势,对内陆水环境监测具有一定的意义。利用2009年4月地面实测高光谱数据模拟环境一号卫星星上数据,结合确定的太湖富营养化状态遥感评价的水质因子,构建富营养化状态评价模型,并采用实测数据和环境一号卫星高光谱影像数据对模型的精度和适用性进行验证。研究结果表明：（1）选用叶绿素a作为富营养化遥感监测的水质因子监测太湖富营养化状态与综合营养指数法相比,平均相对误差为597%;（2）采用模拟的环境一号卫星高光谱影像数据结合三波段模型与采用地面实测数据评价结果之间的相关系数r=0855,平均相对误差为919%;（3）结合环境一号卫星高光谱影像对2010年5月2日太湖进行富营养化监测评价,结果显示太湖水体整体成中营养状态,存在1129%的监测水域出现轻度富营养化状态     

基于信息熵和数据包络分析的区域土地利用结构评价

土地利用结构评价是地理学、统计学支撑的区域可持续发展研究的重要课题。旨在运用新的方法和视角评估土地利用结构的合理性。以常州市武进区土地利用结构作为研究对象,以该区的16个乡镇作为评估的单元,研究区独特的区位和土地利用结构为课题研究提供了天然的实验室。在宏观层面上,运用信息熵理论对区域土地利用结构的有序性、均衡度、优势度进行了分析,结果表明常州市武进区土地利用结构有序性具有明显的空间差异,这种差异跟各板块内部社会经济结构有密切关系;在微观层面上,采用数据包络分析方法,结合武进区社会经济等多项指标,从土地利用结构效率角度,指出武进区各乡镇土地利用结构优化调整方向。研究结果表明：基于信息熵和数据包络分析模型的研究方法可有效克服传统的基于多元统计方法的综合评价技术不足的缺点,能够更加全面地反映区域土地利用结构的差异情况。研究表明：在武进区未来发展过程中,政府应加强土地调控,必须以提高技术效率为主线,加大单位面积土地上的技术投入,优化资源投入结构。各级政府在编制土地利用总体规划时,应当将土地利用结构评估作为规划的一项内容,明确各土地资源类型的布局安排、数量指标和质量要求。另外,此评价方法对区域土地利用结构优化研究有一定的参考价值     

河口及邻近海域鱼类优先保护次序的评价模型

正确评价河口及邻近海域鱼类优先保护次序,对河口生态管理以及维持生物多样性具有重要意义,而鱼类优先保护次序评价指标体系和评价方法研究是珍稀鱼类保护的基础。在实地调查和资料收集的基础上,借助专家咨询和相关研究成果提出了由物种濒危系统、遗传价值系统和物种价值系统3个子系统及其指标集组成的鱼类优先保护评价指标体系,确定了评价等级和标准。为克服权重确定的主观随意性,基于信息熵原理确定各指标的客观权重,在此基础上,引入理想点法进行鱼类优先保护多目标决策评价,进而建立了鱼类优先保护次序的评价模型,最后以建立的模型对漳卫新河口及邻近海域鱼类优先保护次序进行评价。结果表明,计算方法简便,评价结果合理,在河口生态管理中具有一定的应用价值     

影响环境质量的关键因子的识别方法

影响环境质量的因素很多 ,它们所起作用各异 ,为尽可能客观地找出其中的关键因子 ,有针对性地进行环境治理或准确地评价环境治理效果 ,设计了一套直接寻找关键因子的方法 ,称作增量趋势法。该法是利用环境监测数据Ci 与标准值Cis,计算出各因子的相对超标量 yi1=[Ci(t) -Cis]/Cis 及相对变化量yi2 =[Ci(t) -Ci(t- 1) ]/Ci(t- 1) ;根据相对超标量yi1和相对变化量 yi2的符号 (>0或≤ 0 )的不同组合方式 ,将各因子分成 4种状态 ,再在各状态中 ,依 yi1和 yi2 的数值大小进行子排序 ;最后 ,由各因子所处的状态与位次进行总排序 ,找出关键因子。为说明该方法如何运用 ,以南京市内秦淮河水质为例 ,分析了各水污染因子所处的状态 ,并进行了排序 ,同时还与传统方法做了简单的对比。结果表明增量趋势法具有如下特点 :(1)物理意义明确 ,分析方法简明 ,适宜于用计算机和环境信息数据库进行自动分析 ;(2 )由于增量趋势法是利用原始监测数据 ,通过简单运算来寻找关键因子的 ,因此 ,能客观地判别各污染因子所起的作用 ,揭示污染治理的效果 ,找出污染加剧的原因 ,增加评价的准确性 ,减少治理时的盲目性 ;(3)趋势增量法同时还考虑了污染因子的动态演变过程 ,可分析随时间推移各因子趋于好转或恶化的变化趋势 ,与许多静态方     

长江口滨岸带生态环境质量评价指标体系与评价模型

基于生态系统理论,构建了由社会、经济、自然环境、自然灾害4个子系统和7个二级指标及29个三级指标组成的长江口滨岸带生态环境质量评价指标体系;以信息熵理论为基础建立了客观确定指标权重的综合信息熵模型法,并以层次分析法和综合信息熵模型法相结合确定评价指标权重值;采用灰色关联综合评价模型对上海滨岸带生态环境质量进行评价。对上海滨岸带宝山、浦东、南汇、奉贤、金山和崇明岸段1999~2003年5年间生态环境质量的时空变化特征和分级规律的研究表明：宝山滨岸带生态环境质量1999~2000年为较差,2001~2003年为中等;浦东、奉贤、南汇和金山生态环境质量一直处于中等水平;崇明生态环境质量1999、2000年为良,而2001~2003年为中。     

桓仁水库小流域水质模糊综合评价

为评价桓仁水库小流域水质污染程度,进行布点采样并进行实地监测,检测数据表明水库水质主要污染因子呈明显季节性变化。通过建立模糊综合评价数学模型对桓仁水库小流域水质污染程度进行评价,评价结果表明:桓仁水库小流域水质均超过国IV类水质标准,水库上游排放污染物经小流域进入水库是导致水质恶化的主要原因。