环境质量引力普适指数公式

1 引言

环境质量分析与评价方法主要有指数评价法、不确定评价法和智能评价模型等数十种之

多(Flores，2002; Sanchez et al., 2007; Bokar et al., 2004; Li et al., 2011; Cai et

al., 2002; Yang et al., 2007; Kuo et al., 2004; Dang et al., 2010; 邵磊等，2010)，

这些方法和模型各有其特点(李祚泳等，2012).其中，不确定评价法虽然在环境质量分析评

价过程中能在一定程度上反映系统的模糊性、灰色性和不相容性等特性，但评价函数的设计

和计算工作量皆很大，且评价函数设计无规律可循，主观性较大;人工神经网络等智能评价

法虽然在建模过程中模拟了人类大脑思维，但无明确的物理意义，且模型参数需要优化，编

程较复杂，使用不便;传统的指数评价法虽然形式简洁、计算简单、结果直观，但评价结果

有时难以反映真实污染状况.已有的各种环境质量分析评价公式、模型和方法均存在一个共

同局限：可比性、普适性和通用性较差.环境质量分析评价过程实际上是将待评价样本与各

级标准样本进行相似性比较，按其综合特征值大小进行聚类和识别.

万有引力存在于一切自然现象中.牛顿的万有引力定律描述为：任何两个物体之间存在

相互作用的万有引力，其数值大小与它们的质量 m1 和 m2 的乘积成正比，与它们之间的距离

r12 的平方成反比.由于客观世界在某种意义上具有同一性，因此，已有学者将万有引力定

律应用于图像识别和数据挖掘等问题的处理(顾丽敏等，2008;李卫平等，2006).受到上述研

究的启迪，亦可认为：任何两个环境样本之间也存在类似万有引力的潜在的聚类相互作用的

引力.因而只要将规范对称性(不变性)思想与万有引力定律相结合，在适当设定指标参照值

和指标值的规范变换式及环境“参照级”样本的基础上，定义环境样本的“规范质量”及“规

范坐标”的概念后，就可将万有引力定律引入环境质量评价、聚类和识别中，建立基于指标

规范值的环境样本(或环境标准样本)与“参照级”样本之间的相互吸引的环境质量的万有引

力指数公式(简称引力指数公式)，本文并将其应用于 4 类不同功能水体环境(地表水、地下

水、海水和湖泊富营养化水体)质量及室内、外空气环境质量的实例分析评价.以期建立物理

意义明确、科学合理、和谐统一、简洁直观、普适通用的环境质量评价指数公式，为环境保

护、规划、污染防治技术和管理决策提供理论基础和技术手段.

2 环境指标的选取和指标参照值及指标值的规范变换式

依照国家制订的地表水环境质量标准(GB3838— 2002)、地下水环境质量标准(GB/14848

—1993)、海水环境质量标准(GB3097—1997)、适用于我国湖库水体的富营养化标准及室外

空气环境质量标准(GB3095—1996)和室内空气质量标准(GB/T18883—2002)，分别选取了 4

类水体的 95 项指标(其中，地表水、地下水、海水和富营养化水体分别有 24 项、33 项、23

项和 15 项指标)和空气的 29 项指标(其中，室内空气 15 项指标和室外空气 7 项指标的年、

日 2 种不同分级标准情形)作为水环境和空气环境的评价指标体系.