王蜀一 呼東峰

(1.陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，西安 710054;2.陜西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，西安 710054)

引 言

基于延安的資源優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)以資源為先導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，延安正處在能源化工基地建設(shè)的快速發(fā)展期，處在環(huán)境污染、資源消耗的高峰期，能源化工產(chǎn)業(yè)的興起和城市規(guī)模的擴(kuò)張使延安市環(huán)境污染加劇。

本文在收集延安市2001～2010年的大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討延安市空氣污染變化規(guī)律。通過(guò)確定大氣污染評(píng)價(jià)因子和其評(píng)價(jià)等級(jí)的界定，建立隸屬函數(shù)，運(yùn)用超標(biāo)倍數(shù)加權(quán)法計(jì)算權(quán)重并進(jìn)行歸一化處理，就模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法應(yīng)用于延安主要城區(qū)大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行探討，建立起加權(quán)平均型延安市大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)不同年度延安市空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)年度分析了其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為進(jìn)一步解決延安市空氣質(zhì)量上的問(wèn)題提供可靠的依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

延安市位于陜西省北部，全區(qū)總面積3556km2，轄11鎮(zhèn)9鄉(xiāng)3個(gè)城市街道辦事處，總?cè)丝?5.8萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口23萬(wàn)人。延安位于黃河中游，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，屬高原大陸性季風(fēng)氣候，北部屬半干旱地區(qū)，南部屬半濕潤(rùn)地區(qū)。

延安地下蘊(yùn)藏著豐富的煤炭、石油、天然氣資源，陜北地區(qū)石油儲(chǔ)藏量占整個(gè)鄂爾多斯盆地的80%以上。近年來(lái)，延安市以石油為龍頭的工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，形成了以石油化工、建材、陶瓷、塑料、食品等門類齊全、布局合理的地方工業(yè)經(jīng)濟(jì)體系。

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

采用國(guó)家制定的大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-1996)(單位:mg/m3)

根據(jù)大氣功能區(qū)劃特征，延安市城區(qū)內(nèi)共設(shè)有4個(gè)大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每日24h對(duì)3種主要大氣污染物二氧化硫、二氧化氮和總懸浮微粒(TSP)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采樣和測(cè)定方法均按照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局批準(zhǔn)實(shí)施的環(huán)境空氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法:SO2的測(cè)定采用甲醛吸收副玫瑰苯胺分光光度法(GB/T 15262-94);NO2的測(cè)定采用Saltzman法(GB/T 15436-95);TSP的測(cè)定采用重量法(GB6921-86)，取每年的日平均濃度的算術(shù)均值為年均值，年均值的算術(shù)平均值為特征值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

(1)建立評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集，在本研究中U={u1，u2，u3，…，un}，在本研究中 U={SO2，NO2，TSP}。

(2)建立大氣評(píng)價(jià)等級(jí)，大氣評(píng)價(jià)等級(jí)集合V={v1，v2，v3，…，vm}，在本研究中 V={I，II，III}。

(3)建立隸屬函數(shù)，用降半梯形分布函數(shù)，確定某種因素的隸屬度:

式中:rij——評(píng)價(jià)因素i對(duì)j級(jí)水質(zhì)隸屬度;

ci——參數(shù)i的實(shí)測(cè)濃度值;

sij——參數(shù) i第 j級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)建立模糊矩陣，通過(guò)隸屬函數(shù)，利用實(shí)測(cè)值，求出i個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)j級(jí)的隸屬程度，得出i，j矩陣R:

(5)建立權(quán)重矩陣，權(quán)重矩陣A如下:A=［a1，a2，…，an］。

(6)計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，Y=A·R=［y1，y2，y3，…，yi］。

2 結(jié)果分析

2.1 污染物隸屬關(guān)系的建立

根據(jù)2001-2010年大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB-3095-1996)(表1)，計(jì)算得出延安市十年的單因子隸屬度，建立如下相關(guān)隸屬度矩陣:

2.2 污染因子權(quán)重集的確定

按前述的權(quán)重計(jì)算方法，歸一化處理后，建立歸一化權(quán)數(shù)矩陣A，可得到2001-2010年大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)重集。

2.2.1 污染因子權(quán)重集計(jì)算結(jié)果

權(quán)重集計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，SO2和在2001年權(quán)重為0.4167，隨時(shí)間推移污染加重，2009年達(dá)到 1.3167，表明2009年SO2污染較為嚴(yán)重。NO2權(quán)重逐年增加，2008年和2009年SO2和NO2污染嚴(yán)重，環(huán)境質(zhì)量?jī)H好于2001年和2002年的空氣質(zhì)量。TSP在2001年和2002年權(quán)重分別為2.1879和2.2293，TSP污染嚴(yán)重，這兩個(gè)年份空氣質(zhì)量最差，均為III級(jí)，屬于中度污染，說(shuō)明TSP是延安市制約空氣質(zhì)量的主要因素，隨著環(huán)境保護(hù)管理的加強(qiáng)，TSP污染權(quán)重逐年下降，2010年達(dá)到0.5276，比2002 年下降了 1.7017。

表2 延安市2001-2010年大氣污染因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果

2.2.2 歸一化處理污染因子權(quán)重集

通過(guò)對(duì)權(quán)重級(jí)的歸一化處理，結(jié)果表明(表3)，2001年和2002年，TSP污染嚴(yán)重，污染因子權(quán)重TSP＞SO2＞NO2。從2003年開(kāi)始，TSP指標(biāo)有所下降，SO2和NO2逐年上升，2003年和2006年，NO2成為主要污染因素，污染因子權(quán)重NO2＞SO2＞TSP。到2006年后，SO2污染權(quán)重最大，其次是NO2，TSP已得到有效控制。

2.3 延安市空氣質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊運(yùn)算法則，Y=A·R，應(yīng)用模糊綜合運(yùn)算對(duì)矩陣A，R進(jìn)行運(yùn)算，可以得到各年的綜合大氣質(zhì)量。

表3 延安市2001-2010年大氣污染因子權(quán)重?cái)?shù)據(jù)初始化

表4 延安市2001-2010年空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則對(duì)延安市2001-2010年十年的大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為(表4):2001年和2002年延安市大氣環(huán)境質(zhì)量為中污染(Ⅲ級(jí))，2006年的大氣環(huán)境質(zhì)量為清潔 (Ⅰ級(jí))，表明空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良。從表4中的隸屬度計(jì)算結(jié)果可以看出，2006年空氣質(zhì)量在所評(píng)價(jià)的十年中最好，70%的年份為Ⅱ級(jí)，空氣質(zhì)量屬輕度污染。

3 結(jié)論

本文采用模糊數(shù)學(xué)理論綜合評(píng)價(jià)了延安市2001～2010年空氣質(zhì)量，結(jié)果表明延安市的空氣質(zhì)量在過(guò)去的十年間10%Ⅰ級(jí)，70%Ⅱ級(jí)，20%Ⅲ級(jí)，空氣質(zhì)量在2006年較好，2001、2002年空氣質(zhì)量狀況較差。通過(guò)污染因子權(quán)重具體分析，表明TSP在2003年以前是延安市空氣污染主要影響因子，SO2和NO2隨時(shí)間推移逐年加重污染，TSP逐年減輕。近年來(lái)，延安市環(huán)境空氣質(zhì)量呈整體逐步好轉(zhuǎn)趨勢(shì)這得益于延安市近年來(lái)采取的一系列大氣污染治理措施。同時(shí)研究表明，模糊綜合評(píng)判考慮環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的模糊性，能夠全面客觀反映區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量，評(píng)價(jià)結(jié)果證明采用模糊綜合評(píng)價(jià)大氣污染狀況是可行性的。

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