黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評價*

尚海龍，羅貴梅，潘秀菊，段蘇勇，楊 勝，吳幫德，辜華清

(1凱里學(xué)院 旅游學(xué)院，貴州 凱里 556011；2貴州省黃平民族中學(xué)，貴州 黃平 556100)

大氣環(huán)境質(zhì)量是影響一個地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體性的重要指標(biāo)，大氣環(huán)境的改善對于提高地區(qū)生態(tài)環(huán)境效益具有重要意義。大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評價是在國家大氣環(huán)境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)體系下，采用選定的方法確定某一地域的大氣環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)等級[1]。目前，大部分學(xué)者主要運用層次分析法[2-3]、灰色聚類關(guān)聯(lián)分析法[4-5]、模糊綜合評價法[6-8]等進行大氣環(huán)境質(zhì)量評價，其中模糊綜合評價法應(yīng)用較廣。陸婷等[9]運用模糊綜合評價法構(gòu)建了京津冀地區(qū)大氣污染治理力度考核評定模型，對京津冀八個城市進行排名，并驗證了京津冀環(huán)保部門建立執(zhí)法聯(lián)動機制的必要性；矯立軍等[10]通過模糊綜合評價法對京津冀大氣環(huán)境承載力進行研究，并針對實證結(jié)果提出相應(yīng)的對策；張春娜等[11]運用模糊數(shù)學(xué)方法對唐山市大氣環(huán)境質(zhì)量進行評價，得出了大氣環(huán)境質(zhì)量為輕度污染的結(jié)論?？v覽以上研究，其評價結(jié)果較其他研究方法更為客觀與接近實況，且為后續(xù)相關(guān)研究提供了理論方法與實踐指導(dǎo)。因此，本文運用模糊綜合評價法來對黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價，從而客觀確定大氣環(huán)境質(zhì)量水平等級，以期為改善與保護大氣環(huán)境提供一定參考。

黎平縣位于東經(jīng)108°31′～109°31′，北緯25°41′～26°08′，地處黔、湘、桂三省(區(qū))交界及云貴高原向江南丘陵過渡地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫16 ℃左右。2018年空氣質(zhì)量綜合指數(shù)2.77，AQI優(yōu)良天數(shù)比例為98.31%，SO2、NO2與CO濃度分別為12 μg/m3、9 μg/m3與1.1 mg/m3。

1 評價指標(biāo)構(gòu)建

國家規(guī)定的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對同一時空環(huán)境所允許的污染物容量，并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進行控制污染與改善環(huán)境，將環(huán)境質(zhì)量保護規(guī)劃納入經(jīng)濟社會發(fā)展范疇。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》將大氣環(huán)境質(zhì)量劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，然而這個等級劃分只規(guī)定了各污染物的濃度限值，由于不同污染標(biāo)準(zhǔn)級別間各指標(biāo)限量跨度較大，并沒有對污染物的單因子權(quán)重和綜合評價權(quán)重做規(guī)定[11]。因此，運用該標(biāo)準(zhǔn)對大氣環(huán)境質(zhì)量進行的綜合評價，可能會有一些誤差。根據(jù)國家環(huán)?？偩诸C發(fā)的《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》附件一[12]，本文選取了SO2、NO2以及PM10作為主要評價因子(表1[11])，運用模糊綜合評價法對黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量進行評價，以期為大氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)測和保護提供有益參考。

表1 大氣環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Evaluation standards of atmospheric environment quality

2 評價方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 大氣環(huán)境主要污染物的隸屬度函數(shù)

本研究通過運用污染物的測量值和各級污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)測算污染物對應(yīng)的污染等級的隸屬度。隸屬度函數(shù)主要包括高斯隸屬度函數(shù)、降半階隸屬度函數(shù)以及三角隸屬度函數(shù)等。在此運用降半階隸屬度函數(shù)，可以用j表示污染的等級，j=1，2，…，n；用xi表示環(huán)境要素的第i種污染物的測量值；用Sij表示第i種污染物的第j級標(biāo)準(zhǔn)；用rij表示第i種污染物對應(yīng)的第j級隸屬度[11]。隸屬度具體測算公式如下：

當(dāng)j=1時，大氣環(huán)境質(zhì)量為Ⅰ級，數(shù)學(xué)表達式為：

(1)

當(dāng)j=2，3時，大氣環(huán)境質(zhì)量為Ⅱ、Ⅲ級，數(shù)學(xué)表達式為：

(2)

當(dāng)j=4時，大氣環(huán)境質(zhì)量為Ⅳ級，數(shù)學(xué)表達式為：

(3)

2.2 模糊關(guān)系矩陣

建立模糊關(guān)系的方法，須用全部污染物指標(biāo)建立一個m×n的隸屬度矩陣。本研究中設(shè)污染物項目數(shù)m=3、大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)n=4，就成功得到了一個第i年的3×4的隸屬度矩陣Rij。

2.3 權(quán)重模糊矩陣

賦權(quán)方法在模糊綜合評價中可以分為主觀賦權(quán)法和標(biāo)準(zhǔn)賦權(quán)法兩大類型。超標(biāo)倍數(shù)法作為主觀賦權(quán)方法之一，運用此方法能夠?qū)?quán)值全部統(tǒng)一化，不但突出了環(huán)境質(zhì)量評價中主要污染物所產(chǎn)生的作用，而且考慮到不同污染物標(biāo)準(zhǔn)值的差異，使計算更為快捷簡便[11]。其測算數(shù)學(xué)表達式如式(4)所示。

(4)

式中：wi為污染物i的權(quán)重值；Si為第i種污染物3個類別標(biāo)準(zhǔn)的平均值；xi為污染物i的實際濃度值。

2.4 確定模糊綜合評價矩陣

模糊評價結(jié)果矩陣是一個一維向量，它包含n個元素，根據(jù)隸屬度原則可以從結(jié)果矩陣中得到評價對象的污染等級，使得結(jié)果矩陣的n個元素與n個污染等級之間一一對應(yīng)，同時可知結(jié)果矩陣的n個元素中的每一個元素的參數(shù)值，對應(yīng)的評價對象污染等級可進行對應(yīng)判定[11]。本文采用此方法，以獲取綜合評價結(jié)果矩陣Rij，準(zhǔn)確判斷某年的污染等級，以便對評價對象做出更科學(xué)的評價結(jié)果。

2.5 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)2010—2018年影響大氣環(huán)境質(zhì)量主要評價因子的原始數(shù)據(jù)(表2)來源于黔東南州人民政府網(wǎng)站。

表2 黎平縣污染物年均濃度Tab.2 Annual average concentration of pollutants in Liping County

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境質(zhì)量的模糊關(guān)系矩陣

建立模糊關(guān)系矩陣。以2010年的數(shù)據(jù)為例，建立隸屬度矩陣式(5)。由式(5)可見，2010年黎平縣大氣污染物中的污染物濃度均為一級，SO2、NO2、PM10的濃度分別是77.5%、80%、87%。將表2中的數(shù)據(jù)，代入隸屬度函數(shù)(式1-3)進行測算，可建立模糊隸屬矩陣(表3)。據(jù)表3，SO2在2013年污染程度為中度，2014年污染程度為輕度，2010—2012年和2015—2018年均為清潔；NO2研究時段均屬清潔，而PM10在2010—2013年為輕度污染，2014—2018年為清潔，其輕度污染的隸屬度分別為0.133，0.667，0.967，0.74，0.4，0.083，0.2，0.05，0.015。此反映出，PM10隸屬度在研究時段呈顯波浪式降低趨勢。

(5)

表3 黎平縣大氣污染隸屬度Tab.3 Subordination degree of air pollution in Liping County

續(xù)表3

年份項目隸屬度ⅠⅡⅢⅣ2018年SO21000NO21000PM100.8500.15000

3.2 權(quán)重模糊矩陣

根據(jù)式(4)，得出2010—2018年黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量的權(quán)重，并對wi進行歸一化處理得到一個1×3的權(quán)重值矩陣A，具體結(jié)果如表4所示。據(jù)表4分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2014年影響黎平縣大氣質(zhì)量的主要污染物因子是SO2，2010—2013年和2015—2018年影響黎平縣大氣環(huán)境的主要污染物因子是PM10，其權(quán)重分別為0.361，0.584，0.642，0.74，0.403，0.598，0.514，0.561，0.605。究其原因主要是黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量受到施工及運輸揚塵、燃煤煙氣污染源交通源粉、冶煉塵、建材塵等影響較大。因此，要保持黎平縣空氣環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)良狀態(tài)，須強化大氣環(huán)境治理，并不斷完善保護政策。

表4 單項污染因子權(quán)重Tab.4 Weight of single pollution factor

3.3 模糊綜合評價矩陣

根據(jù)模糊綜合評價矩陣對單項污染因子權(quán)重進行計算(表5)。綜合評價結(jié)果表明，黎平縣的空氣質(zhì)量2010年屬于清潔，2011—2014年為輕度污染，2015—2018年為清潔。2010—2012年輕度污染權(quán)重指數(shù)呈上升趨勢，2013—2018年呈下降趨勢?？傮w來講，研究時段黎平空氣環(huán)境質(zhì)量趨向清潔發(fā)展。

表5 模糊綜合評價結(jié)果Tab.5 Results of fuzzy comprehensive evaluation

4 結(jié)果及分析

本文在參照國家大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，選取SO2、NO2、PM10作為評價因子，運用模糊數(shù)學(xué)方法對黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量進行定量綜合評價，得出以下結(jié)論：

1)2014年影響黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染物因子是SO2，2010—2013年和2015—2015年影響黎平縣大氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染物因子是PM10，其權(quán)重分別為0.361，0.584，0.642，0.74，0.403，0.598，0.514，0.561，0.605。

2)模糊綜合評價結(jié)果表明黎平縣的空氣質(zhì)量2010年屬于清潔，2011—2014年為輕度污染，2015—2018年為清潔。2010—2012年污染權(quán)重指數(shù)呈上升趨勢，2013—2018年呈下降趨勢，反映出黎平空氣環(huán)境質(zhì)量趨向清潔方向發(fā)展。

黎平縣環(huán)境空氣質(zhì)量主要受施工及運輸揚塵、燃煤煙氣污染源交通源粉、冶煉塵、建材塵等影響。因此，要強化環(huán)境空氣質(zhì)量實時監(jiān)控，著力在建筑揚塵、能源污染與工業(yè)污染等方面上加大整治力度，并確保綜合整治工作有效實施。