基于DPSR-VIKOR法的西安市大氣環境安全評價及障礙研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0172-06

211300）

中圖分類號：X820文獻標志碼：B

Evaluation of Atmospheric Environmental Safety and Analysis of BarriersinXi'an City Based on DPSR-VIKOR Method

HuangRongl，Wang Yiyongl，2，Zhou Chaofan1，3

（1.ShaanxiProvincialKeyLaboratoryofDisasterMonitoringand MechanismSimulation，Baoji UniversityofArtsand Sciences，Baoji 721013，China；

2.Northeast Institute of Geographyand AgroEcology，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130102，China;

3.Chunhui Senior High School，Nanjing 2113Oo，China）

Abstract：Withthedevelopmentofurbanizationandindustrialization，theairproblemhasbecomeoneofthekeyproblemstoachieve sustainabledevelopment.Inthispaper，theatmosphericenvironmentstateofXi'anfrom2Ol3to2O21wasobtainedbyfitingtheDPSR modelndtheORodelndtheraccalevaationwascidout，ndtestacledegreofteidelevelasallatedy usingtheobstacleegforulaandthefollowingonclusionsweredaw：heamospericevironnteologicalassessmensults ofXinCityuringteperiodfrom23togenerallfuctuatedgreatly，showingdecreasing“bmodalpate”esultsofthe layeredevaluationoftheDSRmodeloftheatmosphericenvironmentinXi'nshowtatthedrivinglayercontinuedtodeclinelinearly from2013to2O21，thepresurelayerchangedandfluctuatedgreatlyfrom2013to2O21，thestatelayeralsochangedandfluctuatedsig nificantly from 2013 to 2021，and the influence layer showedan overallupward trend from 2013 to 2021.

KeyWords：Xi'an City；atmospheric safety；DPSR model；VIKOR evaluation method；obstacledegree

前言

大氣作為人類生存的必需品，大氣污染問題一直是人類關注的重點問題之一。當前大氣污染嚴重，且受不利氣象氣候條件的影響，中國部分地區大氣污染有所反彈。人類活動對大氣的影響已成為當前重大問題，各國都在使用大量人力、物力進行研究，如何減少人類的影響，保護大氣。大氣評價最早出現在關于大氣的研究中，學者們主要對大氣環境質量評價、大氣環境影響評價以及大氣健康風險評價[1-3]，但評價對象都相對單一，所選的指標也較少。前人對西安的大氣關注度極高，也進行了以下相關研究，劉倩等對西安大氣PM_2.5 中金屬元素進行健康生態評價發現普遍都存在致癌物[4，袁宏林等對西安市冬季大氣顆粒物中污染物重金屬進行了生態評價，崔靖睿等對西安不同地區大氣沉降顆粒物進行了元素分析和毒性評價[6]，周變紅等對西安城區大氣中多環芳烴的季節變化特征及健康風險進行評價[7]等。生態安全評價這一研究主題在初期廣泛應用在土地相關研究上，在大氣上研究比較少，但近來熱度不減，使用大氣生態安全評價相比之前普通的大氣單一污染物研究更加準確、考慮的角度更加全面。西安市作為中國北部的重要樞紐城市，大氣環境的質量水平長期處于低水平且改善困難，對西安市大氣生態安全評價更有利于西安市未來大氣治理及保護提供可靠的依據。

1 研究區概況

西安市是陜西省省會，位于黃河流域中部的關中平原，地形平坦微陡，上有陜北黃土高原，下臨秦嶺，境內海拔高度差異懸殊位居全國各城市之冠。西安市的地貌主要由秦嶺山地與渭河平原構成，西安城區主要建立在渭河平原的二級階地上。西安市大部分河流屬于黃河流域的渭河水系。西安市動植物資源豐富，自然植被未遭受第四季大陸冰川的直接侵襲，依舊保留著若干第三紀古老植物，并且因為有一部分所屬秦嶺，不同海拔高度的植被分布不同，野生動物資源也十分豐富，現已建立了3個國家級自然保護區。西安市屬于溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冷暖干濕四季分明。2023年西安市全年生產總值為11486.51億元，比上一年增長了 4.4% ，規模以上工業增長值增長 13.9% ，這兩項的增速均位居副省級城市第一。總體來看，西安市經濟發展狀況良好，在向新一線城市經濟水平努力邁進。

2 研究方法與評價模型

2.1 數據來源

西安市大氣環境生態安全評價指標主要包括社會經濟狀況、空氣污染物排放量、污染物濃度和綠化及廢氣治理指標等，數據主要來源于研究區西安市環境質量公報、陜西省統計年鑒和公開網絡信息等，極少部分缺失數據采用插值法進行補充。

2.2 研究方法

文章首先采用DPSR模型結合遴選的21個指標進行分類，運用熵權法計算出指標的權重和層次的權重，在此基礎上使用VIKOR法對西安市大氣環境安全進行評價，得出了西安市2013年－2021年的大氣環境狀態，并對DPSR模型進行分層評價，得出各個層次的評價值，了解不同層次對大氣環境整體的作用效果，最后利用障礙度公式計算指標的層次的障礙度，為西安市大氣環境提升指明了方向。

2.3評價指標體系

2.4大氣環境生態安全評價模型

2.4.1 指標權重計算

指標原始數據矩陣設為 數據標準化處理采用歸一化法。文章在指標權重的計算方法中，選擇熵權法首先依據標準化處理好的數據進行各個指標信息熵計算，見式（1）：

其中 k=1/lnn ，在研究中 n=9 ，且須假定：當 時，令 P_ijlnP=0， 最后通過信息熵 H_j 可以計算出指標權重 ω_j ，見式（2）：

2.4.2 VIKOR法

通過參考文獻[8]，確定在正負理想解下的群體效用值 Si 和個體遺憾值 R_i ，公式中 μ 為折中系數，代表群體效用的比重。文章中設 μ=0.5 時，表示群體效用和個體遺憾同等重要。此外由于VIKOR計算出的評價值越小越好，為了結果更直觀，采用式（4）進行處理，處理后視為VIKOR法得出的評價結果，數值越大意為大氣環境越好。

T=1-Q_i

2.4.3 障礙度計算

引入障礙度公式，可以分析大氣環境提升的主要阻力，見式（5）、式（6）、式（7），障礙度函數主要通過因子貢獻度 A_i 指標偏離度 B_ij 、障礙度實現 C_ij ，計算出各個指標在研究時間區間內每一年的障礙度。

2.5評價等級與標準

依據評價方法的數值結果范圍和研究區實際情況，制定生態安全評價等級標準見表2。

3 評價結果與分析

3.1 西安市大氣環境評價結果

將處理好的2013年-2021年數據做大氣環境評價得出結果如圖1所示，可以看到大氣生態安全評價結果在整體上起伏較大，呈現遞減的“雙峰式”。根據生態安全評價結果來看，2016年生態安全最優，而2013年最差，其中在2017年有大幅度下降，跌至除2013年最低值。考慮到可能是2013年開始人類生態安全意識提升，而在生態環境保護的進程中，經濟發展與生態安全之間的相互關系很難平衡，2017年失衡導致生態安全評價值驟降，而在后期慢慢平衡二者的關系，評價值趨于平穩。

3.2 西安市大氣環境DPSR模型分層評價結果

對西安市大氣環境進行DPSR模型分層評價結果如圖2所示，可以看到驅動層在2013年－2021年持續線性下降，結合指標分析，西安市經濟和人口都保持了增長，評價值持續降低，經濟發展對大氣環境產生的壓力日益嚴重，需注意高質量發展。壓力層在2013年-2021年變化起伏較大，排除2017年總體上其他年份呈現上升趨勢，結合指標分析， SO₂ 排放量、氮氧化物排放量、顆粒物排放量這三個指標都逐年下降，而工業廢氣排放量在下降的進程中在2017年突然增長，可見工業廢氣是影響壓力層變化的主要原因，應嚴格把控廢氣排放，保證空氣質量穩步提升。狀態層在2013年－2021年的分析結果類似于壓力層，但相較壓力層起伏更大，同樣是2017年巨幅下降，結合指標分析，可以看到 NO₂ 年均濃度、 PM₁₀ 年均濃度、 PM_2.5 年均濃度以及CO年均濃度這四個指標的差異值不大，總體上呈現下降趨勢，而SO₂ 年均濃度和 0₃ 最大8小時平均值在2017年都增長明顯，說明其他指標控制相對得當，應著重注意SO₂ 的排放與處理。影響層在2013年－2021年總體上持續上升，在2017年和2018年有小幅度的下降趨勢，結合指標分析，這兩年人均公園綠地面積較少明顯，其他指標均在正常范圍內浮動，當前植被面積是重生態保護問題，自然生態不斷退化，人工綠地增加，調節好二者之間增減浮動，保持%植被面積總體上升，生態功能正常維護是當前應注重的問題。

3.3 西安市障礙度計算

通過障礙度計算，分析影響大氣環境的主要阻力，計算得出2013年-2021年的障礙度數值，得到圖3。如圖3所示，在2013年-2016年障礙度數值普遍較高，主要是2013年-2016年影響層園林綠化覆蓋面積、廢棄治理設施和治理能力都偏高，2013年-2014年狀態層各指標障礙度數值都偏高，并且2014年-2015年壓力層指標也大部分偏高，這一時期SO₂ 氮氧化物和顆粒物排放嚴重，影響數值的提升。2018年-2020年障礙度數值也有一個增高的趨勢，主要是驅動層指標障礙度數值大部分偏高，人均GDP、工業總產量與常住人口數影響著障礙度的變化，此外響應層的人均公園綠地面積和燃氣普及率兩個指標也在這些年份由之前的障礙度數值為0產生明顯數值變化，對西安市大氣障礙度有一定的影響力。

3.4 層次障礙度

對2013年-2021年每一年每個層次指標的障礙度進行累加如圖4所示，為了避免和分層評價的結論沖突，這部分只強調數值變化。如圖可以看到驅動層的障礙度保持了明顯的提升，至2021年達到了最大的障礙度數值，是主要影響大氣生態安全提升的阻礙。壓力層總體上呈現下降趨勢，但與2016年下降程度相比其他年份略明顯，在2017年有個小幅度的提升，對大氣生態安全提升的阻礙逐漸減弱。狀態層變化起伏明顯，2013年障礙度數值最大，達到近10年的峰值，2014年劇烈下降，并在接下來的年份有小幅度起伏，總體上呈現下降趨勢，對大氣生態安全的阻礙度不穩定。響應層呈現先下降后增長再下降的趨勢，在2017年和2018年障礙度數值增長明顯，障礙度數值最高與最低年份差異明顯，可見響應層對大氣生態安全的影響也不穩定。

4結束語

文章以西安市為研究區域，利用DPSR模型和VIKOR模型擬合，對西安市大氣環境安全評價及障礙度分析，得出以下結論：西安市2013年－2021年期間大氣環境生態評價結果總體上起伏較大，呈現遞減的“雙峰式”。對西安市大氣環境進行DPSR模型分層評價結果顯示，驅動層在2013年－2021年持續線性下降，經濟發展對大氣環境產生的壓力日益嚴重;壓力層在2013年-2021年變化起伏較大，工業廢氣是主要影響因素；狀態層在2013年-2021年變化起伏明顯， SO₂ 是主要影響因素;影響層在2013年-2021年總體呈現上升趨勢，人均公園綠地面積的變化是需關注的重要問題。西安市大氣環境保護工作在今后發展過程中應發展新興產業，在可控范圍內最小程度影響生態環境，擴大綠化面積，增加林業類型，建立和諧的生態環境。

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