陜西延安市城區大氣環境質量變化動態

王蜀一 呼東峰

(1.陜西省環境科學研究院，西安 710054;2.陜西省環境監測中心站，西安 710054)

引 言

基于延安的資源優勢，近年來以資源為先導的經濟發展很快，延安正處在能源化工基地建設的快速發展期，處在環境污染、資源消耗的高峰期，能源化工產業的興起和城市規模的擴張使延安市環境污染加劇。

本文在收集延安市2001～2010年的大氣監測數據進行分析，探討延安市空氣污染變化規律。通過確定大氣污染評價因子和其評價等級的界定，建立隸屬函數，運用超標倍數加權法計算權重并進行歸一化處理，就模糊數學綜合評判法應用于延安主要城區大氣質量評價進行探討，建立起加權平均型延安市大氣環境質量評價數學模型。通過對不同年度延安市空氣質量評價年度分析了其動態變化規律，為進一步解決延安市空氣質量上的問題提供可靠的依據。

1 研究方法

1.1 研究區域概況

延安市位于陜西省北部，全區總面積3556km2，轄11鎮9鄉3個城市街道辦事處，總人口45.8萬人，城鎮人口23萬人。延安位于黃河中游，屬黃土高原丘陵溝壑區，屬高原大陸性季風氣候，北部屬半干旱地區，南部屬半濕潤地區。

延安地下蘊藏著豐富的煤炭、石油、天然氣資源，陜北地區石油儲藏量占整個鄂爾多斯盆地的80%以上。近年來，延安市以石油為龍頭的工業經濟發展迅速，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經濟體系。

1.2 評價標準和監測數據

采用國家制定的大氣質量標準作為評價標準，見表1。

表1 大氣環境質量評價標準(GB3095-1996)(單位:mg/m3)

根據大氣功能區劃特征，延安市城區內共設有4個大氣自動監測點位，每日24h對3種主要大氣污染物二氧化硫、二氧化氮和總懸浮微粒(TSP)進行監測。采樣和測定方法均按照國家環境保護總局批準實施的環境空氣國家標準分析方法:SO2的測定采用甲醛吸收副玫瑰苯胺分光光度法(GB/T 15262-94);NO2的測定采用Saltzman法(GB/T 15436-95);TSP的測定采用重量法(GB6921-86)，取每年的日平均濃度的算術均值為年均值，年均值的算術平均值為特征值。

1.3 數據處理與分析方法

(1)建立評價對象的因素集，在本研究中U={u1，u2，u3，…，un}，在本研究中 U={SO2，NO2，TSP}。

(2)建立大氣評價等級，大氣評價等級集合V={v1，v2，v3，…，vm}，在本研究中 V={I，II，III}。

(3)建立隸屬函數，用降半梯形分布函數，確定某種因素的隸屬度:

式中:rij——評價因素i對j級水質隸屬度;

ci——參數i的實測濃度值;

sij——參數 i第 j級水質標準。

(4)建立模糊矩陣，通過隸屬函數，利用實測值，求出i個單項指標對j級的隸屬程度，得出i，j矩陣R:

(5)建立權重矩陣，權重矩陣A如下:A=［a1，a2，…，an］。

(6)計算模糊綜合評價結果，Y=A·R=［y1，y2，y3，…，yi］。

2 結果分析

2.1 污染物隸屬關系的建立

根據2001-2010年大氣質量監測數據和大氣環境質量標準(GB-3095-1996)(表1)，計算得出延安市十年的單因子隸屬度，建立如下相關隸屬度矩陣:

2.2 污染因子權重集的確定

按前述的權重計算方法，歸一化處理后，建立歸一化權數矩陣A，可得到2001-2010年大氣質量監測數據的權重集。

2.2.1 污染因子權重集計算結果

權重集計算結果見表2，SO2和在2001年權重為0.4167，隨時間推移污染加重，2009年達到 1.3167，表明2009年SO2污染較為嚴重。NO2權重逐年增加，2008年和2009年SO2和NO2污染嚴重，環境質量僅好于2001年和2002年的空氣質量。TSP在2001年和2002年權重分別為2.1879和2.2293，TSP污染嚴重，這兩個年份空氣質量最差，均為III級，屬于中度污染，說明TSP是延安市制約空氣質量的主要因素，隨著環境保護管理的加強，TSP污染權重逐年下降，2010年達到0.5276，比2002 年下降了 1.7017。

表2 延安市2001-2010年大氣污染因子權重計算結果

2.2.2 歸一化處理污染因子權重集

通過對權重級的歸一化處理，結果表明(表3)，2001年和2002年，TSP污染嚴重，污染因子權重TSP＞SO2＞NO2。從2003年開始，TSP指標有所下降，SO2和NO2逐年上升，2003年和2006年，NO2成為主要污染因素，污染因子權重NO2＞SO2＞TSP。到2006年后，SO2污染權重最大，其次是NO2，TSP已得到有效控制。

2.3 延安市空氣質量模糊綜合評價結果

根據模糊運算法則，Y=A·R，應用模糊綜合運算對矩陣A，R進行運算，可以得到各年的綜合大氣質量。

表3 延安市2001-2010年大氣污染因子權重數據初始化

表4 延安市2001-2010年空氣質量綜合評價結果

根據最大隸屬度原則對延安市2001-2010年十年的大氣環境質量進行綜合評價，綜合評價結果為(表4):2001年和2002年延安市大氣環境質量為中污染(Ⅲ級)，2006年的大氣環境質量為清潔 (Ⅰ級)，表明空氣質量優良。從表4中的隸屬度計算結果可以看出，2006年空氣質量在所評價的十年中最好，70%的年份為Ⅱ級，空氣質量屬輕度污染。

3 結論

本文采用模糊數學理論綜合評價了延安市2001～2010年空氣質量，結果表明延安市的空氣質量在過去的十年間10%Ⅰ級，70%Ⅱ級，20%Ⅲ級，空氣質量在2006年較好，2001、2002年空氣質量狀況較差。通過污染因子權重具體分析，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隨時間推移逐年加重污染，TSP逐年減輕。近年來，延安市環境空氣質量呈整體逐步好轉趨勢這得益于延安市近年來采取的一系列大氣污染治理措施。同時研究表明，模糊綜合評判考慮環境空氣質量評價的模糊性，能夠全面客觀反映區域的大氣環境質量，評價結果證明采用模糊綜合評價大氣污染狀況是可行性的。

［1］吳寧.模糊綜合法在城市環境質量評價中的應用［J］.氣象科技，2005，33(6):548– 549.

［2］季奎，戴曉蘭.模糊數學在大氣環境質量評價中的應用［J］.環境科學與管理，2006，(6):188-190.

［3］劉鸝.模糊綜合評價法在工業區環境質量評價中的應用［J］.廣州化工，2007，35(3):66-68.

［4］周賓.模糊聚類法在大氣環境質量評價中的應用［J］.工業安全與環保，2007，33(8):52-53.

［5］梁淑軒，吳虹，李占臣，等.環境空氣質量動態變化規律的模糊數學綜合評價［J］.干旱區資源與環境，2010，24(6):77-81.

［6］魏毅.基于模糊數學的大氣環境質量綜合評價［J］.四川環境，2012，31(3):61-64.

［7］隋文斌.模糊數學法在水環境質量綜合評價中的應用［J］.長春工業大學學報(自然科學版)，2012，33(4):367-370.