李素峰

（邢臺學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，河北邢臺 054001）

大氣污染是指大氣中一些有害物質(zhì)的含量達到一定的程度，使其破壞生態(tài)系統(tǒng)及人類正常生存和發(fā)展的條件，進而對人和物造成危害的現(xiàn)象。環(huán)境空氣質(zhì)量評價的研究在當下中國乃至全球的發(fā)展共識中具有極其深遠的意義，在我國城市化及工業(yè)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(chǎn)生活和身體健康。近年來，大氣污染呈復(fù)合型特征，區(qū)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(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的主要城市。邢臺市是河北省南部一座中小型城市，市區(qū)建成區(qū)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(qū)域。大氣污染治理任務(wù)艱巨，刻不容緩，要想有效合理地管控空氣質(zhì)量的惡化，還一片青山藍天，首先必須對空氣質(zhì)量做出科學(xué)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(xué)理性地預(yù)測大氣污染發(fā)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(huán)境的自覺性，為科學(xué)有效地防治大氣污染提供重要的科學(xué)依據(jù)，為邢臺市實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略起到一定的指導(dǎo)作用。

不少國內(nèi)研究者應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論對城市大氣環(huán)境空氣質(zhì)量做出科學(xué)客觀的評價，對環(huán)境空氣質(zhì)量評價時將之前的3個評價因子增加為6個，使評價結(jié)果更為客觀全面。而當前應(yīng)用此方法對邢臺市大氣環(huán)境空氣質(zhì)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(huán)境空氣自動監(jiān)測站的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)過收集整理后作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，邢臺市總共設(shè)有4個環(huán)境空氣自動監(jiān)測站，分別是：達活泉監(jiān)測站、邢師高專監(jiān)測站（邢臺學(xué)院老南院）、原市環(huán)保局監(jiān)測站和路橋公司監(jiān)測站（見圖1）。

圖1 邢臺市環(huán)境空氣自動監(jiān)測站

按照環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）法評價結(jié)果報告，2013年邢臺市在全國74個重點監(jiān)測城市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名倒數(shù)第一；2014年退出倒數(shù)第一；2015年保住了上年的位次，2016年在市委、市政府的領(lǐng)導(dǎo)下，環(huán)保部門繼續(xù)加大工作力度，全年空氣質(zhì)量排名位列全國倒數(shù)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(xiàn)大幅不降反升的情況，邢臺市通過有效的管控，空氣質(zhì)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(zhì)量以及影響我市空氣質(zhì)量的主要污染因子進行評估，使其更具有全面性、科學(xué)性和實用性。首先，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量評價規(guī)范（試行）》 （HJ663-2013） 的規(guī)定，建立包括 SO2、CO2、CO、O3、PM10、PM2.5六項基本污染因子在內(nèi)的評價因素集，然后結(jié)合本地實際情況對《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》 （GB3095-2012）進行微調(diào)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(zhì)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(jù)。

二、評價方法

1.收集數(shù)據(jù)，整理和統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

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

3.依據(jù)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(guān)系矩陣R＝（rij）。文章采用半階梯型隸屬度函數(shù)建立各評價因子對每級標準的隸屬函數(shù)rij，從而建立模糊關(guān)系矩陣R＝（rij），隸屬度函數(shù)如下：

第Ⅰ級（優(yōu)），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(jié)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(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)分別做出評判，得出分析結(jié)果，進而為本區(qū)域的大氣污染防治工作提供更全面有力的依據(jù)。

三、評價結(jié)果及分析

1.數(shù)據(jù)來源

根據(jù)邢臺市環(huán)境保護局提供2013-2017年環(huán)境狀況公報，優(yōu)良天數(shù)呈上升的趨勢，重污染天數(shù)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(huán)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(huán)境空氣質(zhì)量狀況公報數(shù)據(jù)

2.建立評價因素集U

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》 （GB3095-2012）的規(guī)定，大氣污染物主要包含SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5六項物質(zhì)，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(huán)境空氣質(zhì)量評價規(guī)范（試行）》 （HJ663-2013） 的規(guī)定，在對城市環(huán)境空氣質(zhì)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(shù)作為年均值標準，其中CO采用日均值第95百分位數(shù)、O3采用最大8h滑動平均值第90百分位數(shù)作為年均值標準。

3.建立評價集V

為更科學(xué)合理地評價本市的環(huán)境空氣質(zhì)量，結(jié)合《環(huán)境空氣質(zhì)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(diào)，建立評價集V={Ⅰ級優(yōu)、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(shù)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(huán)境空氣質(zhì)量等級及對應(yīng)污染物的濃度限值

表3 模糊關(guān)系矩陣

5.建立權(quán)重集

由權(quán)重計算公式可得權(quán)重集。見表4。

表4 各污染因子的權(quán)重集

6.模糊綜合評價

對權(quán)重集和模糊矩陣進行模糊矩陣的復(fù)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(quán)平均型）進行復(fù)合運算。此種運算法是依評價因子權(quán)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(huán)境空氣質(zhì)量評價的模糊綜合評價結(jié)果，見表5。

表5 邢臺市各年度空氣質(zhì)量模糊綜合評價結(jié)果

從表4評價結(jié)果可以看出，邢臺市2013年空氣質(zhì)量Ⅴ級，屬于重度污染，2014年空氣質(zhì)量Ⅳ級，屬于中度污染，2015-2017年空氣質(zhì)量全部達到Ⅲ級，屬于輕度污染。可以看出，空氣質(zhì)量逐年提升，邢臺市的環(huán)境空氣質(zhì)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(zhì)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(lǐng)導(dǎo)下，通過相關(guān)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(zhàn)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！