随着社会的发展, 环境质量越来越受到重视, 环境质量评价方法的研究也日趋活跃。空气质量评价是环境质量评价的重要方面, 其方法有空气污染指数法、模糊综合评价法、灰色聚类关联分析法、主成分分析法等。环境质量评价中“污染程度”的概念是模糊的, 而大气环境是一个多因素耦合的复杂系统, 具有大量模糊性质的事物、现象, 因此利用模糊数学描述差异的中间过渡状态, 可以合理地评价空气质量的客观现状。本文选用模糊数学综合评价方法对定襄县新老城区的环境空气质量进行评价。
在定襄县老城区 (建设银行) 和新城区 (环保局) 空气质量监测点进行实时数据监测, 监测因子为SO2、NO2和PM10 (可吸入颗粒物) , 选取2007年至2009年的监测值, 各污染因子每日的质量浓度取24h自动监测的平均值。
剔除2007、2008、2009年的异常数据, 分别剩余284、309、311天的数据, 符合数据的有效性规定, 所需数据由剔除异常数据后的数值计算。模糊综合评价的过程详见文献[2]。
计算定襄县新老城区SO2、NO2和PM10的年均值, 建立污染数据集 (见表1) 。根据国家环境空气质量标准 (GB3095-1996) 把定襄县环境空气质量分为三级, 建立评价集, 三级标准对应的空气质量依次为清洁、尚清洁、轻污染。
利用超标赋权法计算权重, 求得定襄县2007年至2009年的权重结果见表2。可以看出, 3年里, 定襄县新、老城区均表现为SO2的权重最大, 是影响定襄县空气质量的首要污染物质。从年际变化来看, 除2009年新城区PM10的权重有略微增大之外, 新、老城区SO2、NO2和PM10的权重均呈减小的趋势, 表明2007年以来定襄县的空气质量得到了改善。
根据三种污染因子的三级标准, 采用降半阶梯形隶属度函数法, 分别确定SO2、NO2和PM10三个级别的隶属度。将表1中新、老城区SO2、NO2和PM10的年均浓度代入隶属度函数中, 得到三污染因子三级别的隶属度, 进而确立新、老城区各年的模糊评价矩阵R (表3) 。
从表3可以发现, 定襄县空气质量的主要限制因子是SO2和PM10。两城区SO2和PM10的浓度符合的标准都由三级升为二级或者一级, 说明定襄县SO2和PM10污染情况已有所缓解。新城区SO2的污染程度明显弱于老城区, 但颗粒物污染程度稍强于老城区。
确立权重和隶属度后, 即可计算模糊综合评价矩阵B=A·R。采用先乘后并的方法[7], 根据最大隶属度原则, 在矩阵B={b1, b2, b3……bn}中存在bj=max{b1, b2, b3……bn}, 则该评价对象级别为第j级[2]。通过计算得到结果见表4。可以看出2007、2008年定襄县环境空气质量属于三级, 为轻污染;2009年空气质量属于二级, 得到了一定改善。
以新城区为例, 对春 (3～5月) 、夏 (6～8月) 、秋 (9～11月) 、冬 (本年12月～次年2月) 四个季节进行综合评价 (表5) 。
可以看出定襄县新城区春季和冬季空气污染较严重, 由于2008年4月山西省环保局的“区域限批”, 定襄县人民政府立即采取了叫停污染企业、集中供热、引用清洁能源等一系列环保措施, 从2008年夏季开始, 定襄新城区的空气质量均为二级。
采暖期为11月至次年3月, 非采暖期即4月至10月。以老城区为例, 运用模糊数学综合评价定襄县采暖期与非采暖期的环境空气质量, 结果见表6。可以看出, 定襄县老城区采暖期的空气质量相对较差, 为三级标准。除2007年外, 非采暖期的空气质量均达到二级标准, 这说明定襄县以燃煤为主, 定襄县环境空气污染为煤烟型污染。
通过对2007年至2009年定襄县新老城区环境空气质量的模糊综合评价, 可得到以下结论。
(1) SO2是定襄县环境空气的首要污染物, 对环境空气质量总体水平影响最大;冬季、采暖期空气质量相对较差, 是典型的“煤烟型”污染城市。
(2) 老城区仍然以原煤为主要燃料, 因而相对于新城区, 老城区的SO2污染比较严重。
(3) 各污染因子对一级、二级标准的隶属度升高, 对三级标准的隶属度降低, 可见定襄县的环境空气质量在逐渐改善。
摘要：运用模糊矩阵复合运算方法对定襄县2007年至2009年环境空气质量进行综合评价。从年、季节、采暖期与非采暖期三角度出发, 选用SO2、NO2、PM10作为评价因子, 运用隶属度进行单因子评价;依据最大隶属度原则, 得到定襄县环境空气质量综合评价结果。结果表明:SO2是定襄县空气质量的首要制约因子, 其次是PM10;冬季和采暖期污染最严重, 定襄县环境空气质量表现为明显的“煤烟型”特征。
关键词：空气质量,模糊数学,隶属度,权重,综合评价
[1] 张晖, 李大治.大气空气质量评估的模糊数学方法[J].南通职业大学学报, 2005.
[2] 梁淑轩, 吴虹, 李占臣, 等.环境空气质量动态变化规律的模糊数学综合评价[J].干旱区资源与环境, 2010.
[3] 冯梅, 陈业勤, 张学兵, 等.空气环境质量评价分析的数学方法及应用[J].环境科学与技术, 2008.
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