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第四章 环境规划与管理的技术方法. 第一节 预测方法 第二节 总量控制技术 第三节 可持续发展评判方法 第四节 循环经济构建技术 第五节 决策技术. 第一节 预测方法. 一、预测与环境预测 1 、预测 是指根据客观事物的发展趋势和变化规律，对其 未来发展状态做出科学的推测与判断 2 、环境预测 指对规划对象相关的社会、经济、环境要素的发展趋势进行科学的推断. 第一节 预测方法. 一、预测与环境预测（续） 3 、环境预测以系统的观点为指导，遵循 系统性原理、连贯性原理、相关性原理 4 、环境预测，包括：
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第四章 环境规划与管理的技术方法 第一节 预测方法 第二节 总量控制技术 第三节 可持续发展评判方法 第四节 循环经济构建技术 第五节 决策技术
第一节预测方法 一、预测与环境预测 1、预测 是指根据客观事物的发展趋势和变化规律，对其未来发展状态做出科学的推测与判断 2、环境预测 指对规划对象相关的社会、经济、环境要素的发展趋势进行科学的推断
第一节预测方法 一、预测与环境预测（续） 3、环境预测以系统的观点为指导，遵循系统性原理、连贯性原理、相关性原理 4、环境预测，包括： 确定预测目标、收集整理有关资料、选择预测方法、建立预测模型、评价预测模型、利用模型进行预测、分析预测结果等步骤
第一节预测方法 二、回归预测方法 • 环境系统往往存在一定的因果关系，可通过对大量观测数据的统计处理，找到其关系和规律。 • 回归分析就是通过对观测数据的统计分析和处理，确定事物之间相关关系的方法。 • 回归预测可分为线性回归预测和非线性回归预测。
第一节预测方法 （一）线性回归预测 回归模型可以分为一元回归模型和多元回归模型 。
1、参数估计的方法 包括点估计、矩估计、最大似然估计和最小二乘估计等，而多元回归中通常选用最小二乘估计的方法。 2、模型参数的检验 包括相关系数检验、F-检验、t-检验、DW 检验和共线性诊断等
第一节预测方法 （二）非线性回归预测 当因变量和自变量之间的关系为曲线形式时，称它们之间的关系为非线性关系，所建立的模型为非线性模型。 依据自变量的数量，可以将非线性回归模型分为一元函数曲线模型和多元函数曲线模型
第一节预测方法 1．一元回归模型
第一节预测方法 2．多元回归模型 通常先将非线性模型转化成线性模型，然后利用线性模型的统计学方法进行参数估计和检验。
第一节预测方法 三、时间序列平滑预测 时间序列分析法是依据预测对象过去的统计数据，找到其随时间变化的规律，建立时序模型，进而推断未来数值的方法。
第一节预测方法 三、时间序列平滑预测 （一）一次指数平滑法 1．一次指数平滑法模型 假定：未来预测值对过去已知数据有一定关系，近期数据对预测值的影响较大，远期数据对预测值的影响较小，影响力呈几何级数减少。 以本期实际值和上期指数平滑值的加权平均值作为本期指数平滑值，作为下一期预测值：
（二）二次指数平滑法 1、时间序列呈直线趋势时，为了提高指数平滑对时间序列的吻合程度，在第一次指数平滑的基础上，再进行一次平滑； 2、目的不是直接用于预测，而是用来修正一次指数平滑值的滞后偏差； 3、二次指数平滑对原时间序列进行了两次修匀，更能消除原序列的不规则变动和周期性变动，使序列的长期趋势更加明显。
（三）三次指数平滑法 布朗三次指数平滑法； 在二次指数平滑的基础上再做一次指数平滑，然后用平滑值建立预测模型的方法； 布朗三次指数平滑法主要用于非线性时间序列的预测。
四、时间序列分析方法 时间序列分析方法，又称博克斯-詹金斯法或ARMA方法，是将预测对象随时间变化形成的序列看作一个随机序列、一种依赖时间的一族随机变量。 这一族随时间变化的数字序列，可以用相应的数学模型加以近似描述，能更本质的认识到其中的内在结构和复杂特性，达到最小方差意义下的最佳预测 相关软件：S-plus，TSP，Eviews和SAS等。
五、马尔可夫预测 • 1、概述 • 将时间序列看作一个随机过程，通过对事物不同状态的初始概率和状态之间转移概率的研究，确定状态变化趋势，以预测事物的未来。其特点： • 概率预测方法； • 无后效性； • 应用关键在于弄清楚各种有关状态； • 尽量使状态的数目尽可能的少。
五、马尔可夫预测（续） 2、方法特点 在环境预测，各个阶段（或时点）的状态和状态之间的转移概率是最为关键的； 其基本方法就是利用状态之间的转移概率矩阵预测事件发生的状态及其发展变化趋势； 状态转移概率矩阵应有一定的稳定性，应具有足够多的统计数据，才能保证预测的精度与准确性，这是运用马尔可夫预测方法的一个最为基本的条件。
六、灰色系统理论 1、基于灰色建模理论，通过GM（1，1）模型，预测某一序列数据间的动态关系
2、按照其预测问题的特征可分为： • 数列预测：对行为特征量进行等时距地观测； • 灾变预测：对异常出现时刻的预测； • 拓扑预测：即图形的预测、波形预测。 一般在原始数据列摆动幅度大而且频繁的情况下应用； • 系统预测：是对系统中的数个变量变化情况同时进行的预测，既预测这些变量间的发展变化关系，又预测系统中主导因素所起的作用
七、系统动力学方法 系统动力学（System Dynamics），是以反馈理论为基础，以数学计算机仿真技术为手段，通过对系统各组成部分和系统行为进行仿真，研究复杂系统的行为的学科。
（一）建模原理 • 1．系统动力学模型的主要目的 • 研究系统的问题 • 加深对系统内部反馈结构与其动态行为关系的研究与认识 • 进行改善系统行为的研究。
（一）建模原理（续） 2．系统界限 • 把系统中的反馈回路考虑成闭合的回路； • 把那些与建模目的关系密切、重要的量都划入边界，界限应是封闭的； • 在定性分析的基础上辅以定量分析，以确定系统的主要变量与回路； • 某一特定的动态行为，主要由系统内部所决定。
（一）建模原理（续） 3.状态变量、速率与流图法 • 系统动力学认为反馈系统中包含连续的，类似流体流动与积累过程； • 速率或称变化率，随着时间的推移，使状态变量的值增或减。
（二）主要步骤 1．系统分析 （1）主要任务：分析问题，剖析要因。 （2）主要内容： 调查收集有关系统的情况与统计数据； 了解用户提出的要求，目的与明确所要解决的问题； 分析系统的基本问题与主要问题，基本矛盾与主要矛盾，变量与主要变量； 初步划定系统的界限，并确定内生变量，外生变量，输入量；确定系统行为的参考模式等。
（二）主要步骤（续） 2. 系统的结构分析 （1）主要任务： 处理系统信息； 分析系统的反馈机制。
2. 系统的结构分析（续） （2）主要内容： 分析系统总体的与局部的反馈机制； 划分系统的层次与子块； 分析系统的变量、变量间关系，定义变量，确定变量的种类及主要变量； 确定回路及回路间的反馈耦合关系； 初步确定系统的主回路及它们的性质； 分析主回路随时间转移的可能性。
（二）主要步骤（续） 3．建立数学的规范模型 在系统分析和结构分析的基础上，根据各系统演化行为、反馈关系建立相应的方程和模型，主要包括： 建立L，R，A，C诸方程； 确定与估计参数； 给所有N方程，C方程与表函数赋值等。
（二）主要步骤（续） 4．模型模拟与政策分析 在系统建模、参数估计、参数矫正、灵敏度分析之后，以系统动力学的理论为指导进行模型模拟与政策分析，更深入地剖析系统； 寻找解决问题的决策，并尽可能付之实施，取得实践结果，获取更丰富的信息，发现新的矛盾与问题； 修改模型，包括结构与参数的修改，模型的检验与评估。
（三）DYNAMO语言及系统动力学仿真软件 1．变量、常数与方程 两大类数量，可划分为：常数，其值在一次模拟的全过程中不变；变量，其值是可变的（变量都带有时间下标，常数均不带时间下标）。 六种方程，即：状态变量方程L，速率方程R，辅助方程A，常数赋值方程C，表函数T和初值方程N。
（三）DYNAMO语言及系统动力学仿真软件 2．系统动力学实现软件 目前流行的系统动力学仿真软件主要有Pd-plus，vensim和stella
第二节总量控制 一、总量控制定义及分类 1、定义 所谓环境污染物总量控制，是在一定区域范围（通常是行政区域或流域）内，通过有效的措施，把排入区域的污染物总量控制在一定的数量之内，使其达到预定区域环境规划与管理的环境目标的一种控制手段。 城市的污染物排放总量是区域内工业、交通、农业、生活等污染源产生的污染物排放量的总和
一、总量控制定义及分类 （续） 2、类型 • 容量总量控制 • 目标总量控制 • 行业总量控制
二、总量控制规划方法 通过线性规划方法，可获得区域总污染源排放量最小、总污染源削减量（或削减率）最大，或削减污染物措施的总投资费用最小； 通过整数规划方法法可获得最佳的污染物削减方案组合； 通过动态规划方法求得总排放量的分配问题。
二、总量控制规划方法 （一）线性规划 Z为费用最小时，线性规划的数学模型在水环境、大气环境规划中的物理意义； Xj为第j个源的削减量； Cj为每j个源的每单位削减量费用 Aij为第j个单位源在第i个控制点上的浓度值； Bj为第i个控制点上的原浓度值-第i个控制点上的环境目标值。
二、总量控制规划方法 （二）整数规划 1．0-1型整数规划 区域污染浓度已超标； 各排放源有若干个削减污染方案； 通过0-1整数规划可求得在整体费用最小的情况下，每个源应选取的哪个治理措施。
（二）整数规划（续） 2．混合整数规划 治理措施有的可表现为连续变量，有的则是不连续的。 包含具体治理措施方案在内的总量控制规划是一个混合整体规划
二、总量控制规划方法 （三）动态规划 解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法，把多阶段决策问题转换为一系列互相联系单阶段问题，然后逐个加以解决； 各个阶段采取的决策，一般来说是与时间有关的，决策依赖于当前的状态，又随即引起状态的转移，一个决策序列就是在变化的状态中产生出来的； 一些与时间没有关系的静态规划问题，只要人为地引进时间因素，也可把它视为多阶段决策问题，用动态规划方法去处理。
g（x）为线性函数时，是线性规划问题；是非线性函数时，是非线性规划问题。g（x）为线性函数时，是线性规划问题；是非线性函数时，是非线性规划问题。
目标规划案例 表各建筑节能技术减排效应、成本、应用面积 表5.36 各技术减排效应、成本、应用面积 以总减排成本最小为规划目标，列式如下： Min(0.17×10-1×X1×756+1.61×10-2×X2×1010+1.50×10-2×X3×1510+0.97×10-2×X4×465+1.5×10-2×X5×150+1.55×10-2×X6×204+0.50×10-2×X7×352)
约束条件 1.要求达到碳排放与经济增长相对脱钩状态，2030年相对2010年的减排量达2.49×106tCO2，表达式如下：（0.17×10-1×X1+1.61×10-2×X2+1.50×10-2×X3+0.97×10-2×X4+1.5×10-2×X5+1.55×10-2×X6+0.50×10-2×X7）=2.49×106 2. 其他各项约束条件表达如下所示： 12≤X1≤120 12≤X2≤120 1≤X3≤2 12≤X4≤120 12≤X5≤60 12≤X6≤120 12≤X7≤120
