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)測中心站，西安 710054)

引 言

基于延安的資源優(yōu)勢，近年來以資源為先導(dǎo)的經(jīng)濟發(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)測數(shù)據(jù)進行分析，探討延安市空氣污染變化規(guī)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(shù)，運用超標倍數(shù)加權(quán)法計算權(quán)重并進行歸一化處理，就模糊數(shù)學(xué)綜合評判法應(yīng)用于延安主要城區(qū)大氣質(zhì)量評價進行探討，建立起加權(quán)平均型延安市大氣環(huán)境質(zhì)量評價數(shù)學(xué)模型。通過對不同年度延安市空氣質(zhì)量評價年度分析了其動態(tài)變化規(guī)律，為進一步解決延安市空氣質(zhì)量上的問題提供可靠的依據(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個城市街道辦事處，總?cè)丝?5.8萬人，城鎮(zhèn)人口23萬人。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)，南部屬半濕潤地區(qū)。

延安地下蘊藏著豐富的煤炭、石油、天然氣資源，陜北地區(qū)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(yè)經(jīng)濟發(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)濟體系。

1.2 評價標準和監(jiān)測數(shù)據(jù)

采用國家制定的大氣質(zhì)量標準作為評價標準，見表1。

表1 大氣環(huán)境質(zhì)量評價標準(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個大氣自動監(jiān)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(jiān)測。采樣和測定方法均按照國家環(huán)境保護總局批準實施的環(huán)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(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(shù)，用降半梯形分布函數(shù)，確定某種因素的隸屬度:

式中:rij——評價因素i對j級水質(zhì)隸屬度;

ci——參數(shù)i的實測濃度值;

sij——參數(shù) i第 j級水質(zhì)標準。

(4)建立模糊矩陣，通過隸屬函數(shù)，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(quán)重矩陣，權(quán)重矩陣A如下:A=［a1，a2，…，an］。

(6)計算模糊綜合評價結(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)測數(shù)據(jù)和大氣環(huán)境質(zhì)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(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)測數(shù)據(jù)的權(quán)重集。

2.2.1 污染因子權(quán)重集計算結(jié)果

權(quán)重集計算結(jié)果見表2，SO2和在2001年權(quán)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(quán)重逐年增加，2008年和2009年SO2和NO2污染嚴重，環(huán)境質(zhì)量僅好于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污染嚴重，這兩個年份空氣質(zhì)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(zhì)量的主要因素，隨著環(huán)境保護管理的加強，TSP污染權(quán)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(quán)重計算結(jié)果

2.2.2 歸一化處理污染因子權(quán)重集

通過對權(quán)重級的歸一化處理，結(jié)果表明(表3)，2001年和2002年，TSP污染嚴重，污染因子權(quán)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(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)量模糊綜合評價結(jié)果

根據(jù)模糊運算法則，Y=A·R，應(yīng)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(zhì)量。

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

表4 延安市2001-2010年空氣質(zhì)量綜合評價結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則對延安市2001-2010年十年的大氣環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價，綜合評價結(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)，2006年的大氣環(huán)境質(zhì)量為清潔 (Ⅰ級)，表明空氣質(zhì)量優(yōu)良。從表4中的隸屬度計算結(jié)果可以看出，2006年空氣質(zhì)量在所評價的十年中最好，70%的年份為Ⅱ級，空氣質(zhì)量屬輕度污染。

3 結(jié)論

本文采用模糊數(shù)學(xué)理論綜合評價了延安市2001～2010年空氣質(zhì)量，結(jié)果表明延安市的空氣質(zhì)量在過去的十年間10%Ⅰ級，70%Ⅱ級，20%Ⅲ級，空氣質(zhì)量在2006年較好，2001、2002年空氣質(zhì)量狀況較差。通過污染因子權(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隨時間推移逐年加重污染，TSP逐年減輕。近年來，延安市環(huán)境空氣質(zhì)量呈整體逐步好轉(zhuǎn)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(huán)境空氣質(zhì)量評價的模糊性，能夠全面客觀反映區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量，評價結(jié)果證明采用模糊綜合評價大氣污染狀況是可行性的。

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