陕西延安市城区大气环境质量变化动态

王蜀一 呼东峰

(1.陕西省环境科学研究院，西安 710054;2.陕西省环境监测中心站，西安 710054)

引 言

基于延安的资源优势，近年来以资源为先导的经济发展很快，延安正处在能源化工基地建设的快速发展期，处在环境污染、资源消耗的高峰期，能源化工产业的兴起和城市规模的扩张使延安市环境污染加剧。

本文在收集延安市2001～2010年的大气监测数据进行分析，探讨延安市空气污染变化规律。通过确定大气污染评价因子和其评价等级的界定，建立隶属函数，运用超标倍数加权法计算权重并进行归一化处理，就模糊数学综合评判法应用于延安主要城区大气质量评价进行探讨，建立起加权平均型延安市大气环境质量评价数学模型。通过对不同年度延安市空气质量评价年度分析了其动态变化规律，为进一步解决延安市空气质量上的问题提供可靠的依据。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

延安市位于陕西省北部，全区总面积3556km2，辖11镇9乡3个城市街道办事处，总人口45.8万人，城镇人口23万人。延安位于黄河中游，属黄土高原丘陵沟壑区，属高原大陆性季风气候，北部属半干旱地区，南部属半湿润地区。

延安地下蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气资源，陕北地区石油储藏量占整个鄂尔多斯盆地的80%以上。近年来，延安市以石油为龙头的工业经济发展迅速，形成了以石油化工、建材、陶瓷、塑料、食品等门类齐全、布局合理的地方工业经济体系。

1.2 评价标准和监测数据

采用国家制定的大气质量标准作为评价标准，见表1。

表1 大气环境质量评价标准(GB3095-1996)(单位:mg/m3)

根据大气功能区划特征，延安市城区内共设有4个大气自动监测点位，每日24h对3种主要大气污染物二氧化硫、二氧化氮和总悬浮微粒(TSP)进行监测。采样和测定方法均按照国家环境保护总局批准实施的环境空气国家标准分析方法:SO2的测定采用甲醛吸收副玫瑰苯胺分光光度法(GB/T 15262-94);NO2的测定采用Saltzman法(GB/T 15436-95);TSP的测定采用重量法(GB6921-86)，取每年的日平均浓度的算术均值为年均值，年均值的算术平均值为特征值。

1.3 数据处理与分析方法

(1)建立评价对象的因素集，在本研究中U={u1，u2，u3，…，un}，在本研究中 U={SO2，NO2，TSP}。

(2)建立大气评价等级，大气评价等级集合V={v1，v2，v3，…，vm}，在本研究中 V={I，II，III}。

(3)建立隶属函数，用降半梯形分布函数，确定某种因素的隶属度:

式中:rij——评价因素i对j级水质隶属度;

ci——参数i的实测浓度值;

sij——参数 i第 j级水质标准。

(4)建立模糊矩阵，通过隶属函数，利用实测值，求出i个单项指标对j级的隶属程度，得出i，j矩阵R:

(5)建立权重矩阵，权重矩阵A如下:A=［a1，a2，…，an］。

(6)计算模糊综合评价结果，Y=A·R=［y1，y2，y3，…，yi］。

2 结果分析

2.1 污染物隶属关系的建立

根据2001-2010年大气质量监测数据和大气环境质量标准(GB-3095-1996)(表1)，计算得出延安市十年的单因子隶属度，建立如下相关隶属度矩阵:

2.2 污染因子权重集的确定

按前述的权重计算方法，归一化处理后，建立归一化权数矩阵A，可得到2001-2010年大气质量监测数据的权重集。

2.2.1 污染因子权重集计算结果

权重集计算结果见表2，SO2和在2001年权重为0.4167，随时间推移污染加重，2009年达到 1.3167，表明2009年SO2污染较为严重。NO2权重逐年增加，2008年和2009年SO2和NO2污染严重，环境质量仅好于2001年和2002年的空气质量。TSP在2001年和2002年权重分别为2.1879和2.2293，TSP污染严重，这两个年份空气质量最差，均为III级，属于中度污染，说明TSP是延安市制约空气质量的主要因素，随着环境保护管理的加强，TSP污染权重逐年下降，2010年达到0.5276，比2002 年下降了 1.7017。

表2 延安市2001-2010年大气污染因子权重计算结果

2.2.2 归一化处理污染因子权重集

通过对权重级的归一化处理，结果表明(表3)，2001年和2002年，TSP污染严重，污染因子权重TSP＞SO2＞NO2。从2003年开始，TSP指标有所下降，SO2和NO2逐年上升，2003年和2006年，NO2成为主要污染因素，污染因子权重NO2＞SO2＞TSP。到2006年后，SO2污染权重最大，其次是NO2，TSP已得到有效控制。

2.3 延安市空气质量模糊综合评价结果

根据模糊运算法则，Y=A·R，应用模糊综合运算对矩阵A，R进行运算，可以得到各年的综合大气质量。

表3 延安市2001-2010年大气污染因子权重数据初始化

表4 延安市2001-2010年空气质量综合评价结果

根据最大隶属度原则对延安市2001-2010年十年的大气环境质量进行综合评价，综合评价结果为(表4):2001年和2002年延安市大气环境质量为中污染(Ⅲ级)，2006年的大气环境质量为清洁 (Ⅰ级)，表明空气质量优良。从表4中的隶属度计算结果可以看出，2006年空气质量在所评价的十年中最好，70%的年份为Ⅱ级，空气质量属轻度污染。

3 结论

本文采用模糊数学理论综合评价了延安市2001～2010年空气质量，结果表明延安市的空气质量在过去的十年间10%Ⅰ级，70%Ⅱ级，20%Ⅲ级，空气质量在2006年较好，2001、2002年空气质量状况较差。通过污染因子权重具体分析，表明TSP在2003年以前是延安市空气污染主要影响因子，SO2和NO2随时间推移逐年加重污染，TSP逐年减轻。近年来，延安市环境空气质量呈整体逐步好转趋势这得益于延安市近年来采取的一系列大气污染治理措施。同时研究表明，模糊综合评判考虑环境空气质量评价的模糊性，能够全面客观反映区域的大气环境质量，评价结果证明采用模糊综合评价大气污染状况是可行性的。

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