趙江偉，趙文英，代艷偉（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，石家莊050037）

GIS技術(shù)在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的運(yùn)用

趙江偉，趙文英，代艷偉（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，石家莊050037）

引入地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)具有越來越重要的作用，從監(jiān)測數(shù)據(jù)、空間分析、屬性查詢角度出發(fā)，可實(shí)現(xiàn)對污染狀況的綜合統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)借助大氣污染因子的權(quán)重分析，對地區(qū)進(jìn)行差異化統(tǒng)計(jì)賦值，以實(shí)現(xiàn)對城市大氣環(huán)境質(zhì)量的科學(xué)評價(jià)。研究結(jié)果表明，GIS技術(shù)在該方面具有良好的評價(jià)結(jié)果，與實(shí)際狀況契合度很高。

地理信息系統(tǒng)；大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)；模型分析

引言

現(xiàn)階段，依據(jù)新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）全國各城市均開展了對SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六項(xiàng)污染物進(jìn)行評價(jià)。傳統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法中，多借助常規(guī)監(jiān)測數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，直觀效果較差，基于環(huán)境功能、小區(qū)管理，將評價(jià)模型充分與GIS技術(shù)融合，借助空間分析、質(zhì)量控制、地理要素等方面關(guān)系的分析，可實(shí)現(xiàn)對大氣環(huán)境質(zhì)量的更為科學(xué)的評價(jià)。

1 研究思路分析

在GIS技術(shù)處理下：可將不同來源的大氣評價(jià)影響結(jié)果以一定的規(guī)格模式上傳至數(shù)據(jù)庫平臺；通過友好的用戶界面對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、改動(dòng)、完善，并建立拓?fù)潢P(guān)系；針對各個(gè)要素進(jìn)行空間分布分析，建立大氣環(huán)境評價(jià)的初步模型；從初步模型、質(zhì)量關(guān)系等方面進(jìn)行檢驗(yàn)和校正處理，根據(jù)GIS繪制的等值線可實(shí)現(xiàn)對大氣環(huán)境的空間變化全面掌控，將對應(yīng)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分級、分區(qū)域統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)評價(jià)模型、劃分等級對實(shí)際質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，借助GIS輸出功能形成相應(yīng)的直觀化的評價(jià)結(jié)果。

2 大氣評價(jià)模型

2.1 模型的選擇

評價(jià)模型對后期評價(jià)結(jié)果的影響較大，需要根據(jù)大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測進(jìn)行模型的選取，現(xiàn)階段，相關(guān)模型包括：大氣環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型、灰色聚類法和模糊數(shù)學(xué)法等。指數(shù)模型一般具有計(jì)算便捷、操作簡單的特點(diǎn)，可充分反映污染破壞的影響比例，分析處理中便于與地理空間信息想結(jié)合。為此，本文以指數(shù)模型的加權(quán)平均法進(jìn)行分析處理。

式中：PI為大氣環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)；Wi為第i個(gè)評價(jià)因子的權(quán)重；Ci為第i個(gè)評價(jià)因子濃度的實(shí)測值；Coi為第i個(gè)評價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 評價(jià)因子的分析選取

針對不同地區(qū)的環(huán)境狀況進(jìn)行污染物評價(jià)特征因子的選擇，并對代表性污染物進(jìn)行合理分析。目前在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中，一般選取SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六項(xiàng)污染物進(jìn)行評價(jià)分析。

2.3 權(quán)重的確定

權(quán)重是某一項(xiàng)污染物在評價(jià)因子中具有的比重，評價(jià)因子中對應(yīng)權(quán)重分配對后期結(jié)果影響極大。合理的確立評價(jià)因子的權(quán)重對后期評價(jià)結(jié)果精確度、靈敏度具有積極影響。

權(quán)重確立方法中，一般需要從評價(jià)因子的重要性、空間分布差異等方面進(jìn)行選擇。實(shí)際操作中，評價(jià)因子的影響隨空間位置差異會(huì)存在一定的變化。固定空間位置后，評價(jià)因子的監(jiān)測值低于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，對應(yīng)重要程度下降，監(jiān)測值高于標(biāo)準(zhǔn)的狀況下，其重要程度有所增加。為此，本文借助GIS技術(shù)信息空間位置、查詢功能的輔助，將研究區(qū)域劃分成對應(yīng)小區(qū)域后進(jìn)行權(quán)重的確立，權(quán)重取值隨空間位置相應(yīng)發(fā)生變化。

3 研究應(yīng)用案例分析

本文借助某地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)為例進(jìn)行探討，該地區(qū)燃料以煤為主，且煤燃料用量逐漸增加，導(dǎo)致空氣污染呈現(xiàn)為 “煤煙型”。根據(jù)大氣污染特點(diǎn)，本文選取選用二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入顆粒物（PM10）和細(xì)顆粒物（PM2.5）4項(xiàng)空氣污染物作為評價(jià)因子。

3.1 數(shù)據(jù)的收集處理

各污染因子濃度監(jiān)測值統(tǒng)計(jì)表、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中各項(xiàng)大氣污染物的濃度限值。該城市共設(shè)立了26個(gè)大氣監(jiān)測控制點(diǎn)位，除市里的8個(gè)大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)（國控站和質(zhì)控站）外，另外還建有17個(gè)縣級自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位，本文以各監(jiān)測點(diǎn)位2015年度的污染物濃度年日均值為評價(jià)基礎(chǔ)。

3.2 具體操作步驟

（1）借助MAGPGIS的DTM功能，將監(jiān)測分布數(shù)據(jù)記錄后，繪制對應(yīng)污染因子等值曲線。

（2）將SO2、NO2、PM10、PM2.54個(gè)等值線圖進(jìn)行區(qū)空間分析，形成一個(gè)包含所有4個(gè)污染因子信息的復(fù)合層。在這個(gè)新的信息層上，把整個(gè)研究區(qū)域被分成M個(gè)小區(qū)域（以縣域行政區(qū)劃來分），有關(guān)模型計(jì)算的所有屬性信息均存儲(chǔ)在該層的小區(qū)屬性表中。

（3）根據(jù)復(fù)合層屬性中的參數(shù)進(jìn)行模型計(jì)算，把輸出圖形顯示的分級結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對比進(jìn)行考慮，判斷對應(yīng)二者之間是否相符。若在一定精度范圍內(nèi)，滿足測量精度要求，需要借助該模型、閾值對大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分級定位；反之若偏差過大，需要對閾值進(jìn)行合理改進(jìn)，重新計(jì)算并擬合相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，直至滿足精度范圍要求。

表1 該城市大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)表

從表1中計(jì)算結(jié)果可得出，對應(yīng)該地區(qū)的總體空氣質(zhì)量整體較差，受污染狀況較為嚴(yán)重，輕度污染以上占總面積的73.3%；較清潔區(qū)域僅占4.2%。在誤差允許范圍內(nèi)，污染地區(qū)一般是在工業(yè)集中區(qū)較為明顯，縣區(qū)污染狀況普遍高于市區(qū)，評價(jià)結(jié)果與該城市的整體狀況大體一致，契合度較高。

4 結(jié)語

本次評價(jià)方法借助“權(quán)重改變”處理手段進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)，可行性較高，可應(yīng)用于實(shí)際的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)工作中。借助GIS技術(shù)可充分實(shí)現(xiàn)對大氣環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)測處理，評價(jià)結(jié)果科學(xué)性、合理性、精確度均滿足要求，該方法的借鑒意義較強(qiáng)，但是受大氣環(huán)境自身復(fù)雜度的影響，任何一種評價(jià)模型均會(huì)存在一定的限制性，在實(shí)際操作中，需要結(jié)合當(dāng)?shù)貭顩r、能耗資源進(jìn)行模型的選擇和閾值分析。GIS技術(shù)可充分利用地面監(jiān)測數(shù)據(jù)與空間監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)合，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況，可實(shí)現(xiàn)合理的圖形展示、空間分析，滿足現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測高效管理的需求。

[1]郭東恩，沈 燕，張 峰.GIS技術(shù)在大氣環(huán)境模擬與評價(jià)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].測繪科學(xué)，2011，36，5.

[2]朱瑞娟，馬民濤，盧萌萌.主成分分析和GIS技術(shù)在沈陽大氣環(huán)境時(shí)空特征研究中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2012，30（4）：110～113.

[3]楊 晨.基于GIS的城市大氣質(zhì)量評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及案例分析[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

X823

A

2095-2066（2016）33-0013-02

河北省重點(diǎn)城市細(xì)顆粒物空氣質(zhì)量持續(xù)改善與管理技術(shù)研究（201409007）。

2016-11-12

趙江偉（1982-），男，工程師，從事大氣環(huán)境監(jiān)測與質(zhì)量管理工作。

趙文英（1968-），女，高工，碩士，從事大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與管理工作。