基于邢臺市環境空氣質量的模糊綜合評判

李素峰

（邢臺學院數學與信息技術學院，河北邢臺 054001）

大氣污染是指大氣中一些有害物質的含量達到一定的程度，使其破壞生態系統及人類正常生存和發展的條件，進而對人和物造成危害的現象。環境空氣質量評價的研究在當下中國乃至全球的發展共識中具有極其深遠的意義，在我國城市化及工業化的快速進程中，大氣污染問題日益突出，越來越多的霧霾天氣嚴重地影響著人們的生產生活和身體健康。近年來，大氣污染呈復合型特征，區域性污染日趨嚴重，主要集中在京津冀、長三角及珠三角等經濟發達地區的主要城市。邢臺市是河北省南部一座中小型城市，市區建成區89平方公里、人口92.5萬，地處太行山與華北平原的交界處，屬于典型的山前平原城市，大氣污染嚴重，屬于河北省大氣污染的重點區域。大氣污染治理任務艱巨，刻不容緩，要想有效合理地管控空氣質量的惡化，還一片青山藍天，首先必須對空氣質量做出科學合理的評價及分析，然后才能客觀真實地認識大氣污染狀況，科學理性地預測大氣污染發展趨勢，進而有效準確地制定大氣污染的控制措施，同時提高人們對大氣污染的防范意識和保護環境的自覺性，為科學有效地防治大氣污染提供重要的科學依據，為邢臺市實施可持續發展戰略起到一定的指導作用。

不少國內研究者應用模糊數學理論對城市大氣環境空氣質量做出科學客觀的評價，對環境空氣質量評價時將之前的3個評價因子增加為6個，使評價結果更為客觀全面。而當前應用此方法對邢臺市大氣環境空氣質量的評價研究還沒有。

一、材料與方法

本文采用邢臺市2013-2017年（5年） 環境空氣自動監測站的實測數據，經過收集整理后作為研究的基礎數據。目前，邢臺市總共設有4個環境空氣自動監測站，分別是：達活泉監測站、邢師高專監測站（邢臺學院老南院）、原市環保局監測站和路橋公司監測站（見圖1）。

圖1 邢臺市環境空氣自動監測站

按照環境空氣質量指數（AQI）法評價結果報告，2013年邢臺市在全國74個重點監測城市空氣質量綜合指數排名倒數第一；2014年退出倒數第一；2015年保住了上年的位次，2016年在市委、市政府的領導下，環保部門繼續加大工作力度，全年空氣質量排名位列全國倒數第四，比上年晉升兩個位次；2017年，由于受不利氣象條件影響，周邊城市空氣污染均出現大幅不降反升的情況，邢臺市通過有效的管控，空氣質量惡化勢頭得到有效扼制。本文利用模糊綜合評價原理對邢臺市近5年（2013-2017年）的城市空氣質量以及影響我市空氣質量的主要污染因子進行評估，使其更具有全面性、科學性和實用性。首先，根據《環境空氣質量評價規范（試行）》 （HJ663-2013） 的規定，建立包括 SO2、CO2、CO、O3、PM10、PM2.5六項基本污染因子在內的評價因素集，然后結合本地實際情況對《環境空氣質量標準》 （GB3095-2012）進行微調和補充，建立新的適合本地實際情況的評價標準，運用模糊綜合評價法對邢臺市近五年（2013-2017年）的空氣質量進行綜合評價分析，為邢臺市大氣污染評估及防治提供重要的參考依據。

二、評價方法

1.收集數據，整理和統計數據；

2.根據本地情況，確定影響空氣質量的各評價因子，建立評價因素集，則（n=6）；

3.依據新的評價標準確定各判定級別，建立評價集，則 V=｛v1，v2，…vn（｝m=5）；

4.建立各評價因子與評價標準之間的模糊關系矩陣R＝（rij）。文章采用半階梯型隸屬度函數建立各評價因子對每級標準的隸屬函數rij，從而建立模糊關系矩陣R＝（rij），隸屬度函數如下：

第Ⅰ級（優），即=1時：

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級（良、輕度污染、中度污染），即j=2、3、4時：

第Ⅴ級（重度污染），即j=5時：

其中，各式中的j為大氣污染的等級，Sij為第i個評價因子的第j級標準，xi為第i個評價因子的實測值，rij為第i個評價因子對第j級評價標準的隸屬度。

6.得出模糊綜合評價結果。在R與A求出后，利用模糊合成算子，即求出求出綜合評判矩陣B；

7.根據最大隸屬原則，確定評判級別；

8.對邢臺市2013-2017年的每年空氣監測數據分別做出評判，得出分析結果，進而為本區域的大氣污染防治工作提供更全面有力的依據。

三、評價結果及分析

1.數據來源

根據邢臺市環境保護局提供2013-2017年環境狀況公報，優良天數呈上升的趨勢，重污染天數逐年減少，首要污染物依然是顆粒物。見表1。

可見，邢臺市通過對環境空氣污染物的大力治理，取得了顯著的成效，空氣污染物得到了有效的管控。

表1 環境空氣質量狀況公報數據

2.建立評價因素集U

根據《環境空氣質量標準》 （GB3095-2012）的規定，大氣污染物主要包含SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5六項物質，其中“標準”中只給出了SO2、NO2、PM10、PM2.5四種污染物的年均值標準，而CO和O3（臭氧） 兩種污染物的年均值標準沒有給出。按照《環境空氣質量評價規范（試行）》 （HJ663-2013） 的規定，在對城市環境空氣質量進行年評價時，對于沒有給出年均值標準的CO和O3，采用日均值百分位數作為年均值標準，其中CO采用日均值第95百分位數、O3采用最大8h滑動平均值第90百分位數作為年均值標準。

3.建立評價集V

為更科學合理地評價本市的環境空氣質量，結合《環境空氣質量標準》 （GB3095-2012） 和邢臺市大氣實際污染狀況，將原評價標準的兩級擴展為五級，并且對評價標準的個別標準限值進行微調，建立評價集V={Ⅰ級優、Ⅱ級良、Ⅲ級輕度污染、Ⅳ級中度污染、Ⅴ級重度污染}。見表2。

4.建立模糊矩陣

由隸屬度函數的計算公式計算各評價因子對各級評價標準的隸屬度值，建立模糊矩陣R=（rij），見表3。

表2 環境空氣質量等級及對應污染物的濃度限值

表3 模糊關系矩陣

5.建立權重集

由權重計算公式可得權重集。見表4。

表4 各污染因子的權重集

6.模糊綜合評價

對權重集和模糊矩陣進行模糊矩陣的復合運算，然后進行歸一化處理，得到B=（b1，b2，b3，b4，b5）。本文采用M（·，+）算子（加權平均型）進行復合運算。此種運算法是依評價因子權重大小均衡兼顧的，適用于考慮各因素起作用的情況，綜合程度強，比較符合大氣污染的實際情況。按照最大隸屬原則，取b1，b2，b3，b4，b5中的最大值，即為本次環境空氣質量評價的模糊綜合評價結果，見表5。

表5 邢臺市各年度空氣質量模糊綜合評價結果

從表4評價結果可以看出，邢臺市2013年空氣質量Ⅴ級，屬于重度污染，2014年空氣質量Ⅳ級，屬于中度污染，2015-2017年空氣質量全部達到Ⅲ級，屬于輕度污染。可以看出，空氣質量逐年提升，邢臺市的環境空氣質量的防治工作取得了顯著的成績，雖然通過此評價，目前空氣質量還沒有達到Ⅰ、Ⅱ級的目標級別，但我們相信，全市人民在邢臺市委、市政府的堅強領導下，通過相關部門和大家的共同努力，我們一定會打贏一場大氣污染治理的人民戰爭，讓我們的“天更藍、云更白、山更青、水更綠”，讓我們的生活更幸福！