地理信息在环境保护中的应用论文

第一篇：地理信息在环境保护中的应用论文

地理信息系统在环境保护领域的应用

姓名：郑兴峰

学号：2104391112561 班级：环科112

2013年12月21日

目录

摘要.....................................................1 1引言...................................................2 2地理信息系统的发展及特点................................2 2.1地理信息系统的发展.................................2 2.2地理信息系统的特点.................................3 3地理信息系统在环境领域的应用............................3 3.1 环境管理..........................................3 3.2环境监测..........................................4 3.3 环境影响评价......................................5 3.4 环境规划..........................................6 3.5 突发性污染事故应急................................8 3.6 城市生态环境功能区划..............................9 4总结..................................................10 参考文献................................................11

摘要

随着地理信息系统(GIS)技术在各个应用领域的推广使用，GIS技术与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展紧密相连，形成了各种不同功能的GIS系统软件。介绍了地理信息系统(GIS)及其特点。从环境科学的角度出发，介绍了 GIS在环境信息、环境质量管理、环境规划和环境影响评价等方面的开发应用前景。并结合实例，探讨了地理信息系统在大气环境影响评价中的具体应用。关键词：地理信息系统 环境领域 应用

1引言

GIS(geographical information system)是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴交叉学科。它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的、动态的地理信息，为地理研究及地理决策服务。计算机支持是其主要特征，空间查询和空间分析是其主要功能。由于环境问题与地理因素紧密相关，通常带有很强的地理或地理分布特征，运用GIS技术能有效处理基于环境问题的大量复杂空间信息。

环境问题是21世纪全球性的问题，对环境问题的研究及解决必然涉及到复杂、敞开的地表系统。而GIS能为现实地理空间上的物质和能量运动规律的研究提供方便、准确的空间管理和空间分析手段。因此，GIS与环境科学的结合运用有着巨大的发展潜力。在环境管理、环境规划、环境监测、环境影响评价、环境工程及环境地球化学等领域拥有广泛的应用前景。

2地理信息系统的发展及特点

2.1地理信息系统的发展

地理信息系统于20世纪60年代起源于北美，在我国的研制与应用始于70年代末。直到1987年底，国家计委和中国科学院建立的资源与环境信息国家重点实验室通过国家验收，才标志着我国GIS技术应用与研究的开始。

其国外发展状况是，GIS的开拓阶段于60年代注重于空间数据的地学处理；巩固发展阶段于70年代注重实用性应用系统的开发建设，向实用化方向发展；普遍发展和推广应用阶段于80年代注重空间决策支持分析，向智能化方向发展；普及阶段于90年代以互联网为基础，以数据为中心，侧重于为用户提供服务；本世纪初开始网络化、可视化、社会化。国内发展状况是，准备阶段于（1978-1979）注重于基础工作的准备和研究，为GIS的全面发展奠定基础 ；起步阶段于（1980-1985）注重开展GIS在理论、实践和人才培养等各方面的工作；发展阶段于（1986-1995）注重GIS的实际应用，GIS的研究得到政府的支持并在全国推广应用；产业化阶段于（1996-2000）注重GIS的研究和应用，促使GIS逐渐形成行业；网络化与社会化阶段于（2001-今）GIS与互联网技术结合。

地理信息系统的创立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展分不开的。随着计算机技术和地理空间信息技术的不断发展，具有强大的空间分析功能的GIS软件纷纷问世，使得GIS技术蓬勃发展。目前，在全球范围内，GIS以前所未有的速度，在科学界、技术界和商业界，在社会、军事、经济和管理等部门全面发展和推广应用。2.2地理信息系统的特点

GIS是在计算机硬件支持下，对地理空间数据及相关的属性进行采集、录入、编辑、处理、分析、输出，并利用某一领域的数学模型进行空间分析、模拟的一门现代技术。其组成主要包括硬件、软件、数据和用户四大要素。与一般的管理信息系统相比，地理信息系统有以下特点：a)强大的空间数据管理系统。将现实世界经过模型处理后得到的各种数据(包括空间数据和属性数据)输入到系统中，系统可以有机地组织、管理、显示这些数据。b)形象直观的应用界面。系统用模型化了的电子地图和用户交互，使用者可依靠人类固有的对自然界的认知和逻辑来操作数据。c)强大的空间分析能力。数据是空间对象的一种属性，并可通过地理对象的相关性进行连接、分割、总计等操作，使空间问题的处理简单迅速。

3地理信息系统在环境领域的应用

3.1 环境管理

环境管理信息系统(EMIS)该系统是为环境管理和决策服务的技术过程系统。GIS在其中的应用大大改善了EMIS基础数据的处理和收集方式，提高了环境管理的效率。利用GIS的数据采集与编辑、信息查询、数据库管理、统计制图、空间分析等功能，环境工作者可将已经编码的空间数据组合起来，并确定其地理位置，同时揭示不同信息间的相互关系，尤其可对空间数据进行分析和运算。目前，为满足EMIS 向更高形式发展的需要，GIS在其中的应用以与环境模型相耦合为主要形式。

环境管理是指运用经济、法律、技术、行政、教育等手段，来限制人类损害环境质量的活动。通过全面规划，使经济发展与环境相协调，达到既要发展经济，满足人类基本需要，又不超过环境的允许极限的目的。国家和地方各级环保局都需要大量环境质量数据和统计报表，而GIS能够管理大气质量、噪声、水资源、生物资源、社会经济数据等，并能够有效地组织这类信息来进行环境统计、土地利用规划及总体发展规划等。目前，已有许多城市建立了自己的环境信息系统，它可以搜索、存储、加工、传输本市的环境质量、污染物排放和治理、清洁生产、环保产业与产品、自然保护、生态平衡、环境管理以及对外合作等相关的社会经济信息。还可利用GIS对环境监测信息、环境管理业务信息、排污申报信息、贮存收集的其它部门相关信息等进行数据分析。重点污染源是环境管理的主要内容，用GIS可以把重点源的地理位置、污染种类、污染负荷、对该地区的影响以及对区域环境的贡献等清晰地反映出来，同时还可以对重点污染源的各种污染要素进行分析和综合统一的管理，还可分不同层面对污染源进行显示处理。Ventura等就利用GIS对城市面源污染进行了分析和评价，并结合土地类型的分配，为采取控制措施提供决策依据。3.2环境监测

随着社会经济的不断发展，环境污染及生态破坏等环境问题也日趋严重。建立环境监察信息系统已成为保证人类社会、经济和环境可持续发展的重要任务之一。以往的环境监察主要以手工收集和处理为主、即使使用了计算机技术，也都是基于数据库建立的信息系统。传统的数据库结构缺乏不能很好地表达、存储空间信息，不能实现空间管理和空间分析。

随着环境管理对环境监察工作要求的提高，以及计算机硬件成本的下降和应用技术的迅速发展，对应用计算机来提高工作效率、降低劳动强度、促进决策的科学性的要求日趋强烈。现在，在数据的使用效果和决策的科学性上，还没有得到基本解决。这是因为环境监察工作涉及到许多方面的信息：监察的方法和准绳、环境标准、监测、污染源监测、污染处理设施运转、污染事故、排污事故等。

环境监察的信息涉及到自然、生态、经济、技术、法律和社会等错综复杂的领域。这些信息内容极其丰富，来源十分广泛，且各种信息之间具有十分强烈的相关性和综合性。描述这些信息的数据更含有大量的地理属性，既不是单一的空间数据，也不是纯粹的属性数据，而是二者兼有。因此，要对其进行透彻的分析，必须把空间数据和属性数据结合起来，将地理信息系统(GIS)技术引入到环境监察信息系统中是非常必要的。基于GIS技术的环境监察信息系统的建立，不仅可以提高对污染源的管理水平，而且在经济上减少了由于没有很好管理污染源带来的污染事故造成的经济损失，在社会发展层次上保障了人民生活安全和提高了人

民生活质量。3.3 环境影响评价

环境影响评价(Environmental Impact Assessment，EIA)是在决策和开发建设活动中实施可持续发展战略的一种有效手段和方法。EIA是建立在环境监测技术、污染物扩散规律、环境质量对人体健康影响、自然界自净能力等学科研究分析基础上发展起来的一门科学技术 GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。EIA中的许多环境同题和环境过程通过现有的成熟的模型可以准确的描述出来且算法精炼，如二维和三维水质模型、大气扩散模型、污染物在地下水中运移模型、噪声扩散模型等等，且大都具有明显的空间特性，但这些环境模型空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难。而空间分析和空间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为环境模型提供一整套基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间分布特性的环境模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用。

GIS技术在直接解决复杂的环境问题，模拟复杂环境过程时又遇到一些难以解决的问题，如随时间或空间变化过程的静态模拟，用简单的布尔代数逻辑运算去表达复杂的相互关系、三维实体的二维表示和透视处理等 而EIA通过20多年的发展，其中的环境模型已经相当成熟，可以简洁明确地处理这些问题，从而使GIS免受复杂算法的困扰，使其充分发挥空间数据管理分析、显示的能力。

GIS在项目环境影响评价中的应用体现在以下几个方面：①建立环境标准和环境法规数据库，并使各种环境标准、环境法规与建设项目的性质、规模及所在的环境条件相匹配．从而在进行具体项目EIA时可以根据该项目及其所处环境的实际情况，调用该项目EIA所必须遵守的环境标准和环境法规；②建立区域自然与社会经济信息数据库，其中自然环境信息包括地形、地质、水文、土地利用、土壤、动植物区系等；社会经济信息包括行政区范围、人口数量、卫生、教育、经济水平、产业结构、行业结构、基础设施、居住条件等；③建立区域环境质量信息与污染源数据库，环境质量信息包括大气质量、水资源、土壤、生物资源、噪声、放射性及其它有关信息；污染源信息包括工业、农业、生活、交通等污染源(数量、属性和空间信息)及污染发生所涉及的地区范围。GIS能够方便地管理

各种环境信息，并能够有效地组织这类信息进行环境统计，为EIA提供基础资料。④建立工程项目信息数据库；项目工程信息包括建设项目的性质和规模、工艺流程、污染种类、排放源、排放方式与排放量、环保治理技术等；⑤环境监测，利用GIS技术对环境监测网络进行设计，环境监测收集的信息又能通过GIS适时储存和显示，并对所选评价区域进行详细的场地监测和分析；⑥环境质量现状与影响评价，GIS能够集成与场地和建设项目有关的各种数据及用于环境评价的各种模型，具有很强的综合分析、模拟和预测能力，适合作为环境质量现状分析和辅助决策工具。GIS还能根据用户的要求，方便地输出各种分析和评价结果、报表和图形；⑦环境风险评价，GIS能够提供快速反应决策能力，它可用于地震和洪水的地图表示、飓风和恶劣气候建模、石油事故规划、有毒气体扩散建模等，对减灾、防灾工作具有重要意义。⑧ 环境影响后评价，GIS具有很强的数据管理、更新和跟踪能力，能协助检查和监督环境影响评价单位和工程建设单位履行各自职责，并对环境影响报告书进行事后验证。

另外，GIS在区域环境影响评价中也有应用。GIS能够有效地管理一个大的地理区域复杂的污染源信息、环境质量信息及其它有关方面的信息，并能统计、分析区域环境影响诸因素(如水质、大气、河流等)的变化情况及主要污染源和主要污染物的地理属性和特征等。GIS具有叠置地理对象的功能，对同一区域不同时段的多个不同的环境影响因素及其特征(如环境质量、人口、经济水平、产业结构、自然景观、地貌、山川、河流等)进行特征叠加，分析区域环境质量演变与其它诸因素之间的相关关系。从而对区域的环境质量进行预测。此外，可利用GIS将区域的污染源数据库和环境特征数据库(如地形、气象等)与各种环境预测模型相关联，采用模型预测法对区域的环境质量进行预测。利用GIS不仅可显示原有数据的地图，还可以建立分析结果的地图，例如在一张地图上。显示重点污染源的位置及其对环境的影响。3.4 环境规划

环境科学具有许多学科性，环境的规划管理，如流域的水污染控制，固体废弃物的处置场址选择、自然保护区的规划等都需要处理大量的空间信息。为了正确、科学地进行环境规划工作，必须有足够的、现时的环境状态与特征的信息资料，这些数据的处理和分析工作量是很大的，用传统的人工作业工作量大且精确程度不高，在此基础上，将GIS引入环境规划成为必然。GIS在环境规划方面具

有很大的优越性，因为它可以把各种不同来源的数据按类型进行分类，并放在不同的图层(Coverage)上，各层之间可以进行运算、变换、叠加、旋转等。另外，在环境规划中可以利用GIS数据表达直观形象的特点，输出的结果图形化，更便于为人们所接受。

城市环境规划是一项复杂的系统工程，涉及到对多源信息的采集、处理、分析及对不同方案的比较、模拟、预测，要求不同方式的输出与显示方式．这些工作都可以在GIS的支持下进行。

1)规划信息管理。城市环境规划信息涉及到产业布局、主要污染源分布、城市自然地理条件等领域，涵盖大气、水、植被、固体废弃物、噪声等要素，信息源多样，数据格式和结构不统一，进行统一的信息管理是规划工作的基础．GIS在信息管理方面具有突出的优越性，可以将空间信息和属性信息进行综合管理，对不同要素、不同领域的信息分层管理，并在各信息层之间建立有机的联系．因此，将有关的信息通过图形扫描输入、数据库移植、实地调查、统计汇总等方式采集输入GIS数据库，按照信息之间的内在联系建立互联机制，利用GIS数据库对规划信息进行综合管理，以提供规划使用．通过对已有资料的分析，可以为规划工作提供指导和借鉴。

2)规划方案确定。规划方案的确定涉及到不同方案的模拟、评价与比较．GIS可以根据已有信息、区域自然地理条件、方案设计等对模拟方案的运行情况，尤其是对重要污染源及其导致的污染扩散情况进行缓冲区分析，并对各污染要素进行叠合分析，形成动态的环境演变预测图．通过对不同方案的预测，根据城市总体规划的要求，就可以对各个环境规范方案进行比较，尤其是对设计的环境治理与保护方案的效果进行评价，按照一定的决策标准，选择最佳环境规划方案．无论是对于环境总体规划还是对于单项规划，GIS的模拟、比较、分析功能都可得到充分利用．GIS与各种环境规划专业模型的有效结合可以完成相关的规划工作，这种结合一般有两种方法：一是在GIS与专业模型间建立数据通道，GIS提供数据源，通过数据传输、格式转换后，在空间模型中进行分析处理，并将结果返回GIS通过其制图模块输出规划结果；另一种是在GIS的基础上进行二次开发，建立环境规划模块。

3)制作规划图件。城市环境规划的结果最直观的输出方式就是各种规划图件．GIS具有强大的制图能力，可按照规划方案，输出需要的图件．由于GIS的制图功能在图形符号、颜色分配等方面与环境规划图的要求不适应，因此必须按 7

照环境规划图的有关规程对GIS的制图模块进行完善，或将相应的制图软件与GIS数据库相联接，从GIS中获取有关的信息进行制图，输出要求的各种规划图件。

3.5 突发性污染事故应急

突发性环境污染事故是一种威胁人类健康、破坏生态环境的危害性较大的污染事故。其特点是没有固定的排放方式和排放途径，突然发生、来势凶猛。在短时间内排放大量有毒有害的污染物，其结果是对环境造成重大污染，经济上造成巨大损失，对居民的身体健康及生命安全造成巨大威胁，其危害制约着生态平衡及经济、社会的发展。因此，建立突发性污染事故应急GIS是十分必要的。

1)建立突发性污染事故隐患监护体系。对污染事故隐患进行监护，能够掌握事故隐患的发展状态，积极采取有效措施，防止事故发生。可利用GIS对声 音、活动图像等信息媒体进行快速处理 的功能，将被监测的场所、设备、物料、储量以及现场的温度、湿度、风向、风力等状况运用计算机软件系统进行综合 处理，显示出事故隐患的变化状态，针对可能发生事故的状况，按照事故预进行处理或提出处理措施和救助处理方案。

2)建立突发性污染事故紧急救助的快速反应系统。将某城市或某区域的底图输入计 算机，并把有毒有害物质的成份和它的其它信息综合统一起来，建立“紧急处理系统”软件，并与大气地面自动监测设备连接起来，在全市范围内或整个区域内形成一套“环境恶性事故报警与紧急处理系统”，一旦污染事故突发能迅速报告救援指挥中心，及时采取有效的救助措施，使事故造成的损失减少到最低限度。

3)建立突发性污染事故紧急处置查询系统。在对事故隐患及对引发事故敏感的有毒有害物质调查的基础上，对企业生产工艺中的每一个环节进行研究分析，查找出事故易发部位，确定污染因子及其排放方式，对人以及牲畜的毒性、危害程度，污染物排放量、浓度、持续时间等诸多因素，利用GIS和数据库管理技术，建立“污染事故处置查询系统”，当污染事故发生时，检出污染物种类后，可利用此软件，迅速查明防护、救援与处置措施。

4)开发突发性应急监测专家咨询系统。突发性应急监测专家咨询系统，就是开发具有人工智能的计算机软件，是一个解决高难度问题的实用工具，是一种综合现场实际模拟专家思维思考问题而做出决策过程的计算机应用程序，这个程序

可以依据建立数据库中的原始数据和外部输入的条件，模拟人的大脑进行思维和逻辑推理，进行一系列的程序运算，优化出所需最佳方案，供用户选择。目前，国际上已非常重视开发专家系统，国内则起步较晚，有条件的单位，可针对本单位实际，开展事故预防、救助专家系统的研究，以提高补救事故的能力。3.6 城市生态环境功能区划

城市生态环境功能区划是为了揭示区域生态环境特点的空间变化规律，进行不同等级的区域划分，因地制宜对制定环境规划、管理与决策提供依据。传统的方法一般为定性分析，利用G1S软件支持，可以更精确、更直观地对空间数据进行划分 把GIS应用于城市生态功能区划中节约了大量的人力、物力．可以提高工作效率，增加生态适宜度分析的科学性和客观性，应用GIS，区域的划分日趋细致．在GIS的图形中，栅格数据分辨率可以大大提高，增加信息容量，正确反映客观事实。把GIS应用于城市生态环境功能区划应该以建立相应的城市生态环境信息系统为发展目标，直接为地方环境管理提供数据、信息、决策和预测服务，同时，又为上级环境管理部门和环境管理信息系统提供信息支持。GIS在各个环境要素中的应用：

1）GIS在大气环境系统中的应用。在大气环境中，利用GIS不仅可以采集、管理巨量的环境数据，并能将这些数据按模式的需要以不同比例尺、不同精度、不同投影方式、不同格式反馈给模型。在大气环境模型中，大地地形及其地形高度对许多大气过程有着重要影响，在模式中要求尽可能精确地描述它。GIS很容易地根据分辨率的要求，对高程数据进行网格离散化。GIS能对模型运算输出数据进行综合处理，进行各类统计分析，如在过去较为繁琐的各污染物超过或满足某一级空气质量标准的面积的估算，利用GIS可以很容易统计出浓度处于某一区间范围的面积。利用GIS可综合多源信息的特点，可使对结果的分析进一步深入，进行有关的空间和属性查询。另外，GIS支持图形、图像、数据、报表等多种显示输出，这将在很大程度上丰富了大气应用模型。

2）GIS在水环境系统中的应用。GIS在水环境应用中仍可采集、管理大量基础数据，并通过和水环境模型的结合处理这些数据，进行水环境影响预测。在美国，GIS已经与美国水质工程中心的HEC1和HEC2模型以及其它水质模型，与河床模型、地下水迁移模型等实现了结合。美国犹地大学的一个科研小组利用GIS技术对墨西哥与美国的接壤地区进行了环境影响评价，他们建立了环境数据库、地表水污染路径模型、地下水污染路径模型，并利用GIS的空间分析能力(如缓冲区分析)，对该地区经济发展所造成的环境影响进行了分析评价。

3）CIS在土壤环境系统中的应用。CIS可以用于各种与土壤环境管理相关数据的采集、存储、显示、查询、统计、输出等。如区域重点污染源、主要污染物空间分布的可视化查询、统计等，以及土壤类型分布图、土地利用现状图、土壤监测点布置图的绘制。利用CIS对基础数据和监测数据进行前期处理，然后利用GIS软件的高级应用系统开发语言建立环境现状评价及预测模型，使环境模型运行于GIS内部，实现GIS和环境预测模型的整体集成。如在模拟化肥和农药在土壤中迁移方面，现有的数学模型主要有农业管理系统中化学污染物径流负荷与流失模型与农用系统地下水负荷效益模拟模型，通过GIS与这些模型结合可以确定面源污染的影响因素、形成机理和分布规律。

4）GIS在噪声环境系统中的应用建立噪声环境标准和环境法规数据库、噪声环境质量信息与污染源数据库、工程项目(区域)信息数据库，把各种基础信息输入到相应的数据库，GIS就能够方便地管理各种环境信息，并能够有效地组织这类信息进行环境统计，为环境影响评价提供基础资料。利用GIS技术对噪声环境监测网络进行设计，环境监测收集到的信息又能通过GIS适时储存和显示，并对所选区域进行详细的场地监测和分析。利用GIS结合噪声环境预测模型，可以进行噪声环境影响预测，并可以绘出等声级图，给出噪声超标的范围和程度、噪声污染面积。

4总结

GIS所提供的崭新的操作空间数据的环境，可以很好地实现数据与底图相连接的地图编辑、建立拓扑关系、数据管理、空间分析和输出显示，并具有方便的数据传输、共享以及强大的模块扩展功能。随着GIS技术的不断发展，相信它在环境领域的运用会进一步得到扩展和完善，而环境管理也会因它而更加方便、有效。预期GIS将会成为环境领域最重要、最有效的手段之一。这是科技发展的必然，但同时也需要广大环保工作者和科研人员不断探索和拓展它在环境领域中的具体应用。

参考文献

[1]孔雁波，朱翔

地理信息系统在环境管理方面的应用

云南省环境信息中心 [2]屈圣，王喜眉

地理信息系统在环境领域的应用

中国地质大学信息工程学院，中南民族大学等离子体研究所

[3]何艳，徐建明，施加春

GIS在环境保护中的应用现状与发展

浙江大学土水资源与环境研究所

[4]王海波，杜秋根，邢国义，李晓远

GIS在环境管理中的应用

辽宁省环境保护局，沈阳师范大学

[5]黄灵，吴小寅

地理信息系统在环境监察中的应用

南宁市环境监察支队 [6]冯立权，田卫，俞穆清

GIS在环境影响评价中的应用探析

中国科学院长春地理研究所

[7]何德文，柴立元

地理信息系统在环境影响评价中的应用

中南大学冶金科学与工程系统环境工程所

[8]樊文艳

浅论地理信息系统在环境科学中的应用(续)华东师范大学资源环境学院

[9]林卉，杜陪军，胡晋山

地理信息系统在城市环境规划中的应用

徐州师范大学国土信息与测绘工程系，中国矿业大学环境与测绘学院

[10]王凤林，毕彤

沈阳市突发性环境污染事故应急地理信息系统

沈阳市环境监测中心站

[11]焦红，李霞

地理信息系统在突发性应急监测中的应用

山东省博兴县环境保护局

[12]冯丽

GIS技术在环境系统中的应用探讨

西安理工大学

[13]索海生

浊漳河流域水资源水环境信息系统开发与研究

长洁市石子河水利工程管理处

[14]孔伟鸣

宜兴市环境地理信息系统研究与应用

宜兴市环境监测站 [15]顾军,龚建新,焦念志,赵淑江

胶州湾海洋生态环境GIS数据库的构筑

南京师范大学地理科学学院, 中国科学院海洋研究所

第二篇：纳米技术在环境保护中的应用

纳米技术在环境保护中的应用

101221202 汪丹

摘要：现在全世界的环境问题已经严重影响到人们的日常生活和身体健康，以及地球上其他的生物。温室效应使南北极冰川融化，海平面升高；森林被破坏使得大量动植物灭绝，水土流失；工业乱排导致大气污染、水污染；环境被严重破坏导致气候异常，灾难多发等等这些都是人类在以自我为中心的价值观下发展工业造成的。人类如果继续这样不顾环境的发展工业和科技，那么我想，电影《1012》中的情景很快就会出现。为了我们的子孙，为了地球上的其他生物，我们必须开发清洁能源，利用绿色材料，利用技术来坚持可持续发展，而纳米技术和纳米材料就是其中一个不错的选着。近几年随着纳米技术的崛起，那纳米技术和纳米材料被越来越多的用于防止大气污染、水污染、噪音污染等，本文就介绍了纳米技术以及它在环境保护各方面的运用。纳米技术不仅可以克服很多传统环保措施不足，我相信，随着此技术的不断发展，他会给环境保护工程做出更多的贡献。

关键字：环境保护

纳米技术

纳米材料

大气污染

水污染

众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。[1]

现在环境问题已经威胁到人类的生存和发展，因此，环境保护也应该成为全世界人必须共同关注的话题。为了人类社会的持续进步和人类后代的生存，人类必须要坚持可持续发展，而为了实现可持续发展我们可以利用充分开发清洁能源，节能减排，利用绿色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，随着纳米材料的悄然崛起，纳米技术在环境保护方面的应用也越来越多，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生, 纳米材料为其提供了技术支持。

一、纳米技术及其特性

纳米技术就是在1～100nm 尺度范围内, 研究电子、原子和分子内在规律和特征, 并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术；纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。[2]纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大，还有显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能, 使纳米颗粒具有独特的性质。纳米材料具有小尺寸效应(又称体积效应)①、表面效应②等独特性质，这使得纳米材料具有辐射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，因而在许多方面有着广阔的应用前景。由于纳米材料具有的特殊性能使得它在水处理和大气处理中有着广泛的应用。[3]

二、纳米材料在大气污染治理方面的应用

大气污染一直都是各国政府需要解决的难题，空气中超标的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影响人类健康的有害气体。在我国，“大气污染导致每年有30到70万人因烟尘污染提前死亡，2500万儿童患慢性咽炎，400万到700万农村妇女儿童受害。”[4]酸雨是大气污染的一种重大表现。世界目前已有三大酸雨区，给人类环境带来了多方面的不良影响，如土壤酸化与贫瘠化，作物减产，余下减少或灭绝等。而纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染问题提供了新的方法。案例：作为一家长期致力于燃油处理技术开发和应用，并经政府主管部门认定的高新技术企业，中国北京远通有限责任公司携具有国际先进水平的EPS纳米燃油装置亮相2009中国（北京）国际城市交通、地铁轨道交通及市政设施展览会。

该项技术经中国科学院渗流流体力学研究所、中国原子能研究院核物理研究所中子实验室、美国国家标准技术研究院中子研究中心反复检测对比研究确认：经过EPS纳米燃油装置处理后，燃油的成分均为纳米级，全部小于3纳米。这个结论权威地证实了，经EPS纳米燃油装置处理后的燃油全部成为纳米燃油，其物理性能发生了巨大变化，这是到目前为止世界上唯一产生纳米燃油的技术。[5]

经纳米燃油技术处理过的燃油可以称为“改性纳米燃油”，其燃烧过程与未处理过的燃油有显著不同，通过对车辆发动机的最佳优化匹配调整，达到显著的节油和环保效果。普通汽车加装该装置：可以节省燃油10%至30%，净化尾气50%至90%，增加动力10%至30%，并能降低发动机噪音，抑制积碳生成，延长发动机寿命。[6]

此案例充分说明纳米技术在节能减排方面的巨大贡献，利用EPS纳米燃油装置，燃油可以得到充分的燃烧，不仅减少了燃油量，而且还减少了燃油燃烧不充分带来的大量CO、NO、SO2的排放，对大气污染的防治起到重要作用。其实，除此之外，纳米技术还通过其他途径治理大气污染。

（一）空气中硫氧化物的净化

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，而这些有害气体一般都是燃料不充分燃烧产生的。如果在燃料燃烧的同时加入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，防止产生二氧化硫进入空气中。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0．01％，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。

（二）汽车尾气净化

随着经济的发展，人们的生活水平提高了，越来越多的人买汽车。然而，汽车尾气的排放会直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。[7]纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。

（三）室内空气净化 现在，装修材料中往往加入大量的有害化学物质。所以，新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO2的降解效果最佳。纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧化膜能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应③，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。[8]而且，在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

三、纳米技术在水污染治理方面的应用

案例：2006长江淡水豚中外联合考察队经历了39天长江航行后遗憾宣布，来回近3400公里考察未发现一头白鳍豚，这个结果证明白鳍豚种群状况极度濒危，可能成为世界上第一个被人类消灭鲸类动物。白鳍豚是仅生存中国长江中下游珍稀水生哺乳动物，属国家一级保护动物，被列为世界最濒危12种动物之一。白鳍豚5岁～6岁性成熟，1年怀胎，一年哺乳，一胎一仔，习惯以小家庭形式生活。这一消息让人感到恐惧，如果再不好好地治理长江，好好地治理水污染，会有更多的物种灭绝。

长江生态恶化，是沿江经济布局不合理恶果。据统计，全国两万多家化工企业，分布长江沿岸就有9000多家，占全国45%。三峡库区大中型工矿企业3000多家，化工厂有2000多座。这些化工企业污染严重，为发生重大污染事件埋下严重隐患，一旦发生污染事故，后果不堪设想。[9] 随着人口的增加和工农业生产的增长，人类的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常严重，加剧了水资源危机的程度。当前，全球80多个国家的15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，所以保护水资源,节约用水势在必行。污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等，污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。而，纳米技术在水污染治理方面也有突出表现，纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质，它们从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。所以，纳米技术在污水处理的很多领域都起到重要作用。

（一）处理无机污染废水

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力。[10]如纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

（二）处理有机污染废水[11]

案例：中科院采用纳米TiO2 粉末, 利用太阳光进行光催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液,在多云和阴天的条件下光照12h, 浓度为0.5mmol/L 的苯酚已降解为零, 浓度为1mmol/L 的十二烷基苯磺酸钠基本降解完全且无二次污染[12] 大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质。例如纳米Ru／TiO2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳④的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。此外，用纳米TiO2催化降解技术来处理毛织染整废水，具有省资、高校、节能的优势，最终能使有机物完全矿化，不存在二次污染等问题，显示出良好的应用前景。[13]

（三）自来水的净化处理

新型纳米净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI203的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。[14]

四、纳米技术在其它环保领域的应用

（一）噪声控制

飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命册。[15]

（二）固体废物处理

现在，人类生活垃圾的排放量也大得惊人，而，纳米技术及纳米材料可以应用于城市固体垃圾处理。它的作用主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾J决速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。[16]

（三）防止电磁辐射

近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。此外，中科院理化所利用纳米技术研究出了新一代手机电磁屏蔽材料，不仅可以实现手机信号抗干扰能力，同时还大大降低电磁波辐射。

（四）在照明工程方面的应用

人类夜晚照明需要大量的电力，通过照明节电可以带来巨大的社会、经济和生态效益。[17]而火力发电排放的CO2、SO2、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，利用一些纳米材料的光致发光特性是可行的办法，白昼吸收自然光并贮存起来，晚上再直接把光射到需要的地方，这从多孔硅光致发光现象得到了验证。

五、纳米技术在环境保护应用上的前景 随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。现在有很多纳米技术的成功研究都没有用到世纪中，我相信，在不久的将来，这些技术都会出现在我们的日常生活中，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题都将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”

注释：

①小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。

②表面效应：超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。

③生化反应即生物化学反应，就是指在生物的细胞内进行的化学反应。④有机碳总量即溶解于水中的有机物总量折合成碳计算的量。参考文献：

[1] 向德平.《社会问题》[M].中国人民大学出版社,2011.3：299 [2] 张立德,牟季美.《纳米材料和纳米结构》[M].北京:科学出版社,2001.6：59-62.[3] 李逢波.无机纳米材料在电力环保中的应用[J].中国科技信息,2010.(4)[4] 向德平.《社会问题》[M].中国人民大学出版社,2011.3：306 [5] 《EPS纳米燃油技术开创燃油史重大技术突破》，http://auto.ifeng.com/usecar/news/2009 0820/87018.shtml [6] 《EPS纳米燃油技术的作用机理》，http:// [10] 马荣萱，李继忠．《纳来技术及其材料在环境保护中的应用》[J]．环境科学与技术，2006．29f7)：1 12-115．

[11]邓勇航.《纳米材料在环境保护领域的应用研究》[J].广西轻工业(化工与材料)，2008,2(2)[12]韩玮.《绿色化学、纳米材料与环境保护》[J].中国环保产业,2004,(8);46-48.[13]胡伟武,冯传平.《纳米材料和纳米技术在环境保护发面的应用》[J].化工新型材料，2007.35(增刊)[14]邓勇航.《纳米材料在环境保护领域的应用研究》[J].广西轻工业(化工与材料)，2008,2(2)[15]戴晓峰．《纳米技术在环境保护中的应用》[J]．生物学杂志，2006，23(4)：61-62． [16]罗明良,蒲春生．《纳米技术及材料在环保中的应用与展望》[J]．化工新型材料，2001，29：27-28．

[17]陈仲林，张玉奇，严得忠．《纳米技术在绿色照明工程中的应用前景》[J]．照明工程学报，1997，3：48—52．

第三篇：核技术在环境保护中的应用(精)

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关键词 核技术 核应用 环境保护

[论文发表行业模范网站，最为卓群的论文服务商，论文秘籍网。]中图分类号：TL99 文献标识码：A

Application of Nuclear Technology in Environmental Protection

WU Jian, LI Yumin, LI Xiangquan

(Zhejiang Radiation Environment Monitoring Stations, Hangzhou, Zhejiang 310012

AbstractFacing the environmental pollution in the world today, nuclear technology in the field of environmental protection has a very broad application prospects, this paper discusses the role of nuclear technology played in environmental protection..Key wordsnuclear technology;nuclear applications;environmental protection

当前我国环境保护的现状

众所周知，社会发展取决于生产发展，人类的活动又主导着各类社会活动，因此，伴随着人类的活动，尤其是工业化革命以来，各种类型的环境污染与日俱增。《2007世界人口状况报告》中指出，2008年，世界人口总数约为66亿，这样一个巨大的数字，对于我们人类赖以生存的地球来说，意味着每天会产生大量的污水向河流海洋中倾倒，各种有害的气体向空气中排放，各种固体废弃物大量被抛弃等……这一切引起了全世界人民对自身未来的焦虑，因此寻找有效的治理三废方法成为当务之急。

随着人类自身科技水平的发展，当前我们已经开发出了多种类型的环保技术，譬如膜分离技术、超过滤技术、核技术、活性碳技术等。在人类历史上，核能的开发与应用曾经为工农业生产及人类生活带来重大的影响，包括俄罗斯的切尔诺贝利核电站泄漏事件以及近期发生的日本地震导致核电站泄露及爆炸，都对居民本身以及当地乃至全世界的生态环境产生重大影响。因此，现代人往往谈“核”色变，尤其是灾难发生后，遍布全世界的核反应往往使人们感到恐惧。不过在人们发现核技术的发展有可能使人类健康和地球环境带来巨大威胁的同时，也必须注意到一个曾经一直被忽略的事实：先进的核技术也

可以在改善环境的过程中发挥出积极的作用。历史上已经得到过证实，正确的应用核技

术不仅不会对人类的健康和自然环境产生危害作用，还能够在其他方面做出巨大的贡献。因此，将核技术良好的运用于环境保护，给子孙后代造福，对当代的环境工作者来说，具有很大的现实意义。

核技术目前已经在大气环境、水环境、土壤环境、泥沙侵蚀环境、宇宙环境以及灾变环境等方面取得了令人振奋的成果。这些显著的成果具有十分重要的意义。它们为治理我国的环境污染问题提供了崭新的一种思路。该项技术一旦投入实际应用中来，必定会给全社会带来巨大的环境效益、经济效益和社会效益。尽管人们或许还心存疑虑，但是从当前全世界各国在研究核技术应用工作方面的进展情况来看，用核技术来解决环境问题已成为一种不可逆转的趋势，核技术在环境污染治理中所起到的作用将会越来越大，甚至是在某些环境问题的处理之中，核技术甚至是惟一的解决方案。因此，核技术在环境保护领域有着很大的潜力和应用前景。核技术在环境保护中的应用

2.1 核技术应用于废气治理

废气之中最有危害性的主要是硫化物和氮化物。运用核技术通过对废气中的NOX和SO2进行辐射处理，在有效去除具有危害性的物质的同时还能够生成有用的肥料。该过程的原理为：在使用辐射处理废气的过程中与空气接触并发生反应，致使空气中的水分和氧气逐渐被分离生成一些具有很强氧化能力的活性粒子，这些粒子通过与NOX、SO2接触并发生反应，生成稀硝酸和稀硫酸。在这个反应的过程之中如果再定量加入少量的氨使之发生反应，就可以在提高废气去除率的同时生成含硝酸铵和硫酸铵的肥料。对于烟道气净化，由于入射的电子束的能量大部分能够与烟道气体中的某些基质气体发生作用使其母体分子产生电离和破碎，形成活性物质，再与水结合分别生成硝酸和硫酸。假使在辐照前预先在烟道气中加入一定量的氨，就可以使硝酸和硫酸转化为粉末状的氨盐，在通过静电沉降等方法将这些固体粉末状的氨盐收集起来，使用多级辐射可以获得更高的去除效率。而目前技术含量较高的电子束干法除尘净化烟道气技术可以在去除硫化物和氮化物的同时清除其他污染物，而其最终产物也能用作化肥，因为在反应过程中不会产生需要处理的沉渣和泥浆，因而不会产生污染物的处置问题。此外，电子束辐照方法也能够有效的净化其他种类的工业废气，如：汽车尾气，易挥发的有机

物，焚烧炉的废气以及其他有气味、有毒的气体等。另外，当前开来比较有前景的还有等离子体技术在大气污染控制中的应用，如用于氮氧化合物的脱除、汽车尾气净化、挥发性有机化合物的转化、烟气脱硫脱硝工业试验装置的设计等方面。

2.2 核技术应用于固体废弃物处理

现在我国每年排放的工业固体废弃物产生量已达到12亿吨，目前已积存垃圾近一百亿吨，占地近八亿平方米，其中工业危险废物大约占到总量的3%~5%。由于经济上的种种原因的限制，当前我国对危险废弃物的处理方法大多是暂时堆放或者直接填埋。这种废弃物处理的方法不仅需要大量的土地，还会直接导致地下水、土壤和大气污染严重。一个拥有百万人口左右的城市，差不多每天要产生1000吨各种类型的固体废弃物。它们在造成环境污染的同时也浪费了大量的地球资源。到目前为止，世界上的大多数国家处理垃圾的方法主要有：填埋、焚烧、垃圾分类以及资源回收。根据经济性、易操作性、无害性三个方面来进行综合评定，学术界普遍认为焚烧是较好的一种方法。因此全世界各国处理固体废弃物的处理大部分都采用此种方法。用于焚烧处理用的普通炉子的平均温度一般在800℃，基本上是依靠垃圾自身燃烧产生的热值进行焚烧，这种垃圾焚烧的方法存在着以下一些主要缺点：（1）低温焚烧能够导致许多对环境有害的化合物不能够分解完全，直接挥发到空气之中，从而对环境造成二次污染，即使使用先进的技术手段对焚烧炉产生的废气再次处理，也肯定会提高固体垃圾的处理成本，而且会对技术有较高的要求；（2）垃圾焚烧设备的投资大，运行的费用高；（3）低温焚烧是利用垃圾自身燃烧产生的热值进行焚烧，因此对垃圾自身所含有的热值有较高的要求，即垃圾的热值每千克不能够低于5000焦耳。这样就对垃圾本身提出了新的要求。

2.3 核技术应用于废水处理

当我们使用电子束辐射法来处理各种污水、清洁水源的时候，辐射可以使水中产生多种活性物质，例如OH-自由基。OH-自由基是一种可以使水中的任何有机污染物分解的物质。除此之外，使用辐射处理污水还可以通过降低污水中的化学需氧量和生化需氧量，而达到有效地杀死水中的病菌等有害微生物的目的，顺便去除掉污水中含有的臭味。当水中存在着大量的合成洗涤剂时，谁知就会富营养化，导致鱼类很难在水里活下去，使用辐射法可以使污水中的合成洗涤剂大量的分解掉，使其失去发泡能力。除此之外，使用辐射法对污水中含有的农药、苯酚、染料和其他种类的有机溶

剂进行处理，使其发生分解和脱色。目前在美国、意大利、俄罗斯等国家已经普及使用辐射法来处理各种废水，还有许多的国家也陆续在试验当中。

参考文献

[1]袁光钰,王伟.环境科学中的核技术应用问题[J].环境科学进展,1997(3.[2]陈范欣.核技术在环境保护中的应用[J].物理通报,2001(7.[3]包伯荣,吴明红,罗文芸,周瑞敏,张仲燕.辐射技术在废水及污泥处理中的应用[J].核技术,1996(12.郭之虞,王宇钢,包尚联.核技术及其应用的发展[J].北京大学学报(自然科学版,2003(S1.[4]

第四篇：外部性理论在环境保护中的应用

外部性理论在环境保护中的应用

摘要：外部性理论是环境经济学的理论基础。它一方面揭示了市场经济活动中一些低效率资源配置的根源，另一方面又为如何解决环境外部不经济性问题提供了思路。环境经济政策体系是国际社会迄今为止，解决环境问题最有效、最能形成长效机制的办法。外部性内部化是制定环境经济政策的出发点所在。从环境的外部性理论入手,分析我国环境问题的现状,利用外部性理论,提出解决我国的环境污染问题的对策。关键词：外部性 环境经济政策 环境保护

1、外部性含义

a）外部性是在没有市场交换的情况下，一个生产单位的生产行为（或消费者的消费行为）影响了其他生产单位（或消费者）的生产过程（或生活标准），如果

Fi=f（Xi，Xi，Xi，···，Xi，Xj，）i≠j 则可以说生产者（或消费者）j对生产者（或消费者）i存在外部影响。其中Fi是生产者i的生产函数或消费者i的效用函数；Xi是生产者（或消费者）i的内部影响因素；Xj是生产者（或消费者）j对i施加的影响。

b）外部性是指当某个企业的经济行为（或某人的消费行为），经过非价格手段，直接地、不可避免地影响了其他企业的生产（或其他人的效用），并且成为后者自己所不能加以控制的情况时，对前者来说就存在外部性问题。实际上，外部性是指一个经济主体的行为对另一个经济主体的福利所产生的影响并没有通过市场价格反映出来。

外部性的产生，实质上是社会边际收益或社会边际成本与私人边际收益或私人边际成本之间存在着差异。当存在外部性时，人们在进行经济活动时所依据的价格，既不能准确地反映社会边际收益也不能准确地反映社会边际成本，由于价格信号失真，据此做出的经济活动决策会使社会资源配置发生扭曲，不能实现帕累托最优。因此，只要存在外部性，资源配置就不是有效的。

在环境资源日益稀缺的情况下，环境资源的无产权和零价格制度，致使其生产和消费中存在私人边际成本与社会边际成本以及私人边际收益与社会边际收益的差异，导致了环境资源的竞争性使用和环境质量的不断降低，产生了环境外部性问题。当存在环境外部性问题时，厂商的利润最大化原则并不能导致环境资源配置的帕累托最优状态。

外部性对私人收益与社会收益、私人成本与社会成本相比较,可以分为外部经济性和n

m

23m

n外部不经济性。外部经济性是指一种经济行为给外部造成的积极影响,使他人减少成本,增加收益。外部不经济性是指在经济活动中,由于决策者在自己承担的成本之外,带给他人或社会以额外的成本或负担,从而使社会成本大于私人成本的现象。

2、环境问题中的外部性

环境问题不仅仅关系到人类生存的条件，对经济发展也有一定的影响。目前,环境污染问题成为世界各国关注的焦点。环境的外部性分为外部经济性和外部不经济性，外部经济性主要是微观主体通过自己的活动给其他群体所处的环境带来积极的影响。如上游居民种树，保持水土，下游居民得到质量和数量有保障的生产和生活用水。外部不经济性是指微观主体通过自己的活动给其他群体所处的环境带来消极的影响。环境污染便是外部不经济性的典型实例，有学者称其为资源的无效率配置，因为产生外部性的行为人其私人成本要小于社会成本。假设河流的上游有一个钢厂，下游有一个渔场，钢厂造成河流的污染使渔场受损，钢厂产量越高，渔场损失越大。而钢厂作为肇事者，却无需对渔场给予任何补偿。由于钢厂厂主在生产时只考虑其私人成本和个人利益最大化，无需考虑河流受到的影响，而使渔场受到损害，尽管这种损害是无意的。外部性之所以存在的一个根本原因, 在于河流作为一种公共资源的特殊性。

3、探索环境保护的途径

外部性理论阐述了由于资源的无偿共享性(即有竞争性和无排他性), 导致了厂商们单纯追求自身利益的最大化而无需对资源和环境负责, 从而引发环境问题的大量存在。为此, 必须引入一些特定因素对厂商行为形成约束, 才能尽可能减少上述破坏环境的行为发生。

政府的宏观调控职能在此发挥着至关重要的作用。环境规划和管理近些年被国内外的实践证明是一条行之有效的途径, 它通过运用法律、行政、经济、教育等综合手段来实施环境管理。

一、法律限制。在一个法制社会，这是解决上述问题的最常规方法。法律由国家制定和认可，其稳定性与强制性使受害者的权益受到最有力保护。美国经济学者斯蒂格里兹认为，“ 运用法律系统解决外部效应有一个很大的优点，受害者有直接的利益，因此受害者比政府更愿意弄清有害事件是否发生。” 法律的公开公正性通过整个审判过程可以得到足够的体现，受害者不会受到集团压力的影响。但是从另一方面来讲，法律措施也显出一些弊端。一是诉讼成本问题。诉讼环节的复杂和费用的昂贵使一些私人受害者望而却步。二是在存在多数受害者情况下，很难阻止“ 搭便车”(free riders)现象, 每个人都想让他人去起诉，如果成功，自己便可坐享其成。

二、行政督导。政府的行政管理手段一直以来都具有灵活、简便和有效的特点。相对于法律手段而言，这种措施更适合在小范围使用，结合地方特点，制定与使用更灵活而有针对性。当由于外部性导致市场调节失灵时，政府将充当“ 第二只手” 调节资源的最优配置。例如, 厦门PX是个化工项目，投资逾百亿，但距离人口密集区过近，有环境污染之险。从2004年2月国务院批准立项，到2007年3月105名政协委员建议项目迁址，厦门PX事件开始进入公众视野，6月1日市民集体抵制PX事件，及至厦门市政府宣布暂停工程，PX事件的进展牵动着公众的眼球；从二次环评、公众投票，到最后迁址，地方政府与公民百姓，从博弈到妥协，再到充分合作，留下了政府与民众互动的经典案例。

三、税收与补贴。经济手段的最大特点，在于它触动了厂商们最敏感的神经——对利益的关心，从而直接干预自身的经济行为。当然，针对环境污染和资源遭受掠夺情况来看，主要应采取向污染者征税原则，这就是著名的“污染者付费原则”。在最佳排污量被确定的前提下，超过的部分即被称为外部费用，以此作为征收排污税的标准。这就会出现：

边际私人成本=边际社会成本+边际外部费用-排污税； 当排污税=边际外部费用时，边际私人成本=边际社会成本。

私人成本的增加将促使厂商或抬高价格，或限定产量，产量便会达到新的均衡。在通常情况下，厂商们会因交税而不得不限制污染行为，但是，少量的税却不会影响大生产商的行为，对于有利可图的产品，厂商们不会因交税而限产；另外，最佳排污量的确定也会使一些厂商打“ 擦边球”，也就是使污染量尽可能接近并小于这个数字。总之，经济手段不会像行政与法律手段带有指令性或强制性，对一些污染行为只能限制，不能禁止。

四、绿色教育。绿色教育包括生态意识、可持续发展和环保意识三个方面，其中生态意识是后两个的重要基础。党的十八大报告将中国特色社会主义事业总体布局从 “四位一体”扩展为“五位一体”，包括经济、政治、社会、文化、生态。生态文明建设的提出，使得全社会、全人民范围内重视资源、保护环境的思想深入人心。这里政府有关机构的宣传和倡导至关重要。可以通过新闻媒体将可持续发展和环保意识渗入到每个公民思想之中，并通过高等院校的绿色教育培训出运用环境科技制定公共政策的专业人才。污染企业要把清洁生产、污染预防、污染治理纳入整个生产经营计划，只排污、不治污的投机行为将会给予严厉打击。毫无疑问，治污所耗用的资金和技术将使产品成本有所提高，但随着环境技术的改进和创新，将带来劳动生产率的提高；同时，符合环保标准的产品也会深受消费者的青睐，从而为企业带来更多的利润。

五、自愿协商是不要政府干预,让市场自己来达到最优的一种完全自由化的市场方法。该方法是以科斯为首的一些经济学家们的主张。他们认为,只要有了设计适当的产权, 就可以靠有关当事人的自愿协商或判断解决外部性问题。在环境保护领域, 排污权交易制度就是科斯理论的一个成功运用。当然,科斯理论也存在诸如在市场化程度不高的经济中,科斯理论不能发挥作用等局限性。

4、我国的环境经济政策

环境污染及其外部不经济性的实质是私人成本的社会化, 所以要从根本上解决水污染问题, 也只有将这种外部成本内部化, 即让排污者产生污染的外部费用进入他们自己的生产或消费决策,由其自己承担或内部消化 , 即环保界普遍接受的“污染者负担”或“污染者付费”原则。4.1征收环境税

外部性的产生归结于生产无效率,这是因为投入品的价格没有正确地反映出社会成本。所以英国的经济学家庇古在20 世纪30 年代提出了向污染者征税,以矫正其投入品定价过低问题。对造成我国的环境污染的行为征收“庇古税”,即把环境污染和生态破坏的社会成本,内化到生产成本和市场价格中去,再通过市场机制来分配环境资源的一种经济手段。征收的税率取决于污染的边际损失,并不因企业排污的边际收益或边际控制成本差异而有所区别；环境税只是相对于排污量而征收,与企业的产量没有直接的关系。4.2排污收费

排污收费制度是由政府首先给所有产生污染的企业确定一个污染标准,企业按照这一标准交纳排污费。在市场机制的作用下,企业会根据自己利润最大化的原则来决定自己的污染物排放量和产品产量。实行排污收费有以下优点:第一,企业拥有一定的自主权。每个企业都可以根据自己的边际控制成本在减排污治理与排污缴费之间进行选择,有利于激励企业实行减少污染。第二,可以降低政府的监督、管理成本。从政府管理的角度讲,政府不再干涉企业具体的生产决策,只是确定企业从事的经济活动是否会导致污染,污染的量是多少。这样,降低了政府用于环境监督管理的费用。第三,排污收费是国家的财政收入,可以用于清洁生产补贴和建设公共的污染治理设施。4.3排污权交易 实施排污权交易首先要建立合法的污染物排放权力(通常以排污许可证的形式表现),并允许这种权力像商品那样被买入或卖出,以此来进行污染物的排放控制。排污权交易的优势是明显的:首先,成本最小。治理成本低的企业可以多减排,把多余的许可证拿到市场中出售。而治理成本高的企业少减排,不足的排污权到市场中去购买,从最后的效果来看,污染的减排总是由治理成本低的企业来完成,所以从总体上降低了污染治理的成本。其次,绿色环保组织可以买入排污许可证而不卖出,以实现污染物排放总量的减少和环境水平的提高。最后,政府可以根据国家的环境目标卖出或买入排污许可证,从而实现政府对环境总水平的调控。

参考文献

[1] 牛红义,韦彩嫩.外部性理论对我国环境经济政策的的启示[A].环境与经济可持续发展,2010年第3期.[2] 郝俊英，黄桐城.环境资源产权理论综述[A].经济问题,2004年第6期.[3] 胡艳慧.基于外部性理论的我国环境问题研究[A].现代商贸工业,2010年第8期.[4] 李云燕.基于稀缺性和外部性的环境资源产权分析[A].理论聚焦.[5] 陆静超,马放.外部性理论在环境保护中的作用[A].理论探讨,2002年第4期（总第107期）.[6] 王欣.外部性在环境问题中的应用-以包装纸生产使用为例.科技信息环保与绿化,2006年第11期.[7] 周新军.外部性理论在运输业中的应用及发展[A].经济研究,铁道运输与经济.[8] 王金南,逯元堂,曹东.环境经济学:中国的进展与展望[A].中国地质大学学报（社会科学版）,2006年5月第6卷第3期.

第五篇：研究性学习：化学在环境保护中的应用

化学在环境保护中的应用

化学在我们的生活中演绎着一个不可缺少的部分。人们在生产、生活中会带给大自然许许多多的伤害，但我们也有许许多多的途径去缓和这种情况，而化学也在其中发挥着重要的作用。因此我们小组做了《化学在环境保护中的应用》这个课题。

首先，我们了解到了绿色化学的性质，(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少向环境排放废物；(3)提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；(4)生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。

然后，我们知道了许多国家也通过化学手段在环境保护中得到了应用，如：丹麦 给土壤消毒 丹麦的国土面积很小，为防止受污染的土壤给人造成危害，政府制订了一项给污染土壤进行消毒的计划：估计用30年的时间，采用生物分解、水冲洗以及高温处理等办法，对过去和现在的化学、铸钢、采矿企业所在地的土壤，进行消毒清洁，以消除污染。以及日本 风车净化湖水 日本第二大湖———霞浦湖的湖边有一高25米、4个叶片直径为20米的荷兰式风车，既是供人观赏的一景，同时也是净化湖水的设施。风车随着叶片转动，内部的一台水泵将湖水不断汲上，再通过过滤器将水中的浮游垃圾及污物除去，然后将这些去污的湖水再排入一座水生植物园，用于灌溉花草和养金鱼等，为湖、园平添了清丽脱俗的气氛等等。

同时，也有许多教训值得我们思考，比如：美 国西海岸的洛杉矶市。该市250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。自1952年以来，伦敦发生过12次大的烟雾事件，祸首是燃煤排放的粉尘和二氧化硫。烟雾逼迫所有飞机停飞，汽车白天开灯行驶，行人走路都困难，烟雾事件使呼吸疾病患者猛增。1952年12月那一次，5天内有4000多人死亡，两个月内又有8000多人死去

因此我们应该通过我们日常的行为来保护我们赖以生存的环境，我们得每一个细小的行为都会带给环境或大或小，或好或坏的影响。而对于这一问题无论是根源还是解决的途径都与化学有着密不可分的联系，我们认为应该不断深入得了解这个问题，只有我们真正了解了导致环境恶化的本质才能够治理并保护我们赖以生存的环境。