陜西省大氣環(huán)境質(zhì)量狀況分析與評價(jià)

陳景輝， 盧新衛(wèi)， 任春輝

(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710062)

0 前 言

大氣污染是目前全球最為關(guān)注的環(huán)境問題之一[1].大氣中主要的污染物有二氧化硫 (SO2) 、二氧化氮(NO2) 、總懸浮顆粒物(TSP)可吸入顆粒物 (PM10)，這些污染物對人體健康的危害已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注.研究資料顯示，硫氧化物與氮氧化物主要損傷和危害呼吸系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致呼吸衰竭，也會(huì)引起過早死亡[2];PM10能夠引起一系列嚴(yán)重的心血管及呼吸道疾病，包括過早死亡[3].關(guān)于SO2、NO2和PM10的環(huán)境影響國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行過相關(guān)研究[4，5]，國內(nèi)許多研究人員對我國城市大氣污染狀況進(jìn)行了研究[6，7]，對陜西省部分城市的大氣污染也有一定的研究[8-10].了解陜西省空氣環(huán)境質(zhì)量的污染狀況，有利于喚起人們的環(huán)保意識(shí)，對執(zhí)行大氣環(huán)境質(zhì)量管理也有重要意義.

1 研究區(qū)域概況

陜西，地處東經(jīng)105°29′至110°15′、北緯31°42′至39°35′之間，南北長約880公里，東西寬約160～490公里，全省縱跨黃河、長江兩大水系，總面積20.58萬平方公里，常住人口為3 762萬人(2008年).轄區(qū)內(nèi)設(shè)西安、寶雞、咸陽、銅川、渭南、漢中、延安、榆林、安康、商洛10個(gè)省轄市和楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū)，107個(gè)縣(市、區(qū)).陜西橫跨3個(gè)氣候帶，南北氣候差異較大，陜南屬北亞熱帶氣候，關(guān)中及陜北大部屬暖溫帶氣候，陜北北部長城沿線屬中溫帶氣候.其總特點(diǎn)是：春暖干燥，降水較少，氣溫回升快而不穩(wěn)定,多風(fēng)沙天氣；夏季炎熱多雨，間有伏旱;秋季涼爽較濕潤，氣溫下降快;冬季寒冷干燥，氣溫低，雨雪稀少.陜西地勢的總特點(diǎn)是南北高，中部低.同時(shí)，地勢由西向東傾斜的特點(diǎn)也很明顯.北山和秦嶺把陜西分為3大自然區(qū)域：北部是陜北高原，中部是關(guān)中平原，南部是秦巴山地.

2 數(shù)據(jù)來源及分析

本文所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自1999～2008年的陜西省環(huán)境狀況公報(bào)和陜西統(tǒng)計(jì)年鑒.根據(jù)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制出1999～2008年陜西省大氣主要污染物變化曲線(如圖1所示)和1999～2008年陜西省煤炭消費(fèi)總量變化曲線(如圖2所示).由圖1可以看出，10年來陜西省的空氣環(huán)境質(zhì)量狀況明顯好轉(zhuǎn)，陜西省大氣中主要污染物呈下降趨勢，SO2和NO2呈緩慢下降趨勢，波動(dòng)浮動(dòng)不大，并處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；而PM10出現(xiàn)了直線式的下降，說明陜西省對顆粒物的防控力度逐年加強(qiáng)，使大氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn).

大氣中SO2、NO2和PM10來源很廣，幾乎所有的工業(yè)企業(yè)都可能產(chǎn)生，但是它們的共同點(diǎn)是主要來自燃料的燃燒過程，此外，也有一小部分會(huì)來自城市交通運(yùn)輸行業(yè)尾氣的排放.因此，討論大氣中SO2、NO2和PM10的污染就應(yīng)該適當(dāng)考慮煤炭消費(fèi)量的因素.由圖2可以看出，10年來陜西省煤炭消費(fèi)總量呈現(xiàn)明顯上升趨勢，幾乎呈現(xiàn)直線上升，這與陜西經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是密不可分的.

圖1 1999～2008年陜西省大氣主要污染物變化曲線 圖2 1999～2008年陜西省煤炭消費(fèi)總量變化曲線

10年來，陜西省煤炭消費(fèi)總量不斷上升，而大氣中主要污染物呈緩慢下降趨勢，出現(xiàn)這種變化趨勢應(yīng)該主要有以下幾種原因：(1)NO2平均濃度變化在相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)上呈緩慢降低的態(tài)勢，并保持著一種相對平衡的狀態(tài)，這說明陜西省近些年來加大了對機(jī)動(dòng)車輛尾氣排放的管理.(2)SO2和NO2濃度變化存在波動(dòng)，但是波動(dòng)幅度不是很大，說明陜西省各城市生活、生產(chǎn)等排污狀況還沒有得到徹底控制和治理.(3)近年來，陜西省為改善大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，實(shí)施了一系列積極有效的措施，加大治理燃煤型污染，控制城市二次揚(yáng)塵污染，堅(jiān)決取締重污染的工業(yè)企業(yè)，嚴(yán)肅查處亂砍濫伐破壞生態(tài)的違法行為等，使陜西省各城區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量得到了明顯改善，尤其以可吸入顆粒物的污染降低幅度最為明顯.雖然主要大氣污染物的濃度變化存在波動(dòng)，但總體上來說，近10年來陜西省大氣污染程度得到了一定程度的緩解，這與政府相關(guān)部門以及社會(huì)各階層的努力工作是密不可分的.

3 大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)

大氣環(huán)境質(zhì)量有多種評價(jià)方法，國內(nèi)很多學(xué)者嘗試著用各種不同的評價(jià)方法對大氣環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評價(jià)，例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[11]、灰色聚類關(guān)聯(lián)分析法[12]、綜合指數(shù)方法[13]以及模糊綜合評價(jià)方法[14]等.模糊綜合評價(jià)法是對許多綜合問題進(jìn)行評價(jià)的一種有效方法，在環(huán)境、采礦等工程領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，因此本文選取陜西省大氣主要污染物二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和可吸入顆粒物(PM10)作為影響因子，采用模糊綜合評價(jià)模型方法，求出陜西省大氣主要污染物各年綜合污染程度，將大氣環(huán)境質(zhì)量按照最大隸屬原則，劃歸不同環(huán)境空氣質(zhì)量等級(jí)，并加以比較，做出分析和評價(jià).

表1 各項(xiàng)污染物濃度限值

3.1 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

為改善環(huán)境空氣質(zhì)量，防止生態(tài)破壞，創(chuàng)造清潔適宜的環(huán)境，保護(hù)人體健康，1996年國家環(huán)?？偩诸C布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)，如表1所示，此標(biāo)準(zhǔn)代替了1982年頒布的《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[15].本文的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即采用中國人民共和國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996).

3.2 評價(jià)步驟

(1)確定評價(jià)對象的因素集U={u1,u2,u3,……,um}.

(2)給定評判集V={v1,v2,v3,……,vn}.

(3)建立隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣R.據(jù)肖位樞所述“質(zhì)量評級(jí)的模糊數(shù)學(xué)模型”中，質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)給出3種指標(biāo)形式，對應(yīng)列出3種不同的隸屬函數(shù).在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)，建立如下隸屬函數(shù)：

上面所示的式子中：i=1，2，3，…，m表示各個(gè)污染因子，j表示每個(gè)評價(jià)年份，k=1，2，3，…，n表示各級(jí)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).分別把各年的SO2、NO2和PM10年均濃度值(ui)和各級(jí)濃度標(biāo)準(zhǔn)值(vik)分別代入上面3個(gè)公式，得到模糊關(guān)系矩陣Rj.

(4)確定權(quán)重矩陣.為了突出各年主要污染物在評價(jià)中的作用，需要計(jì)算各污染因子的權(quán)重，計(jì)算公式如下：

表2 評價(jià)結(jié)果及各污染因子權(quán)重

其中，vi取各主要污染物各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的平均值；bij為1999～2008年第j年的第i種污染物權(quán)重，對bij進(jìn)行歸一化處理后，組成權(quán)重矩陣：Bj= (bj1，bj2，…，bjm).

(5)模糊綜合評價(jià)計(jì)算.由模糊綜合評價(jià)模型A=B○R求其復(fù)合運(yùn)算，得A=(A1，A2，…，An)，并將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，記作A=(A1，A2，…，An)，按照最大隸屬原則確定各年大氣環(huán)境質(zhì)量所屬級(jí)別.

(6)評價(jià)結(jié)果分析.按照以上步驟，將所得綜合評價(jià)結(jié)果列于表2.從表2可見，近10年來陜西省大氣環(huán)境質(zhì)量均符合國家環(huán)境空氣質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明陜西省大氣污染形勢仍然不夠樂觀，提高大氣環(huán)境質(zhì)量，仍是政府環(huán)保部門工作的重中之重.三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度從2000年開始增大，從2004年后開始逐漸減小，2007年達(dá)到最小值，而一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度比重不斷增大，這說明近10年來陜西省在改善大氣環(huán)境質(zhì)量方面作出了大量切實(shí)有效的工作.

4 結(jié)論

(1)總體上來看，10年來陜西省的空氣環(huán)境質(zhì)量狀況明顯好轉(zhuǎn)，10年來空氣中的首要污染物仍然是顆粒物.空氣中的主要污染物SO2和NO2的年均濃度值呈緩慢下降趨勢，波動(dòng)浮動(dòng)不大，并處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；而PM10出現(xiàn)了直線式的下降，說明陜西省對顆粒物的防控力度逐年加強(qiáng)，使大氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn).

(2)陜西省以燃煤為主的能源工業(yè)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀以及人為活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的破壞，使得顆粒物(主要是PM10)成為最為主要的污染因子.因此，要改善大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，則需要在轉(zhuǎn)變能源工業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，進(jìn)行大氣環(huán)境綜合治理等方面繼續(xù)加大力度，做出更加切實(shí)可行的工作.

(3)通過對大氣環(huán)境質(zhì)量的模糊綜合評價(jià)分析，確定了污染因子權(quán)重，較高的依然是PM10，這符合PM10作為陜西省首要大氣污染物的實(shí)際狀況.利用上述模糊綜合評價(jià)模型，求出各年環(huán)境空氣質(zhì)量一、二、三級(jí)隸屬度，可以做縱向的動(dòng)態(tài)比較，為政府相關(guān)部門及時(shí)調(diào)整決策提供依據(jù).

參考文獻(xiàn)

[1] MayerH. Air pollution in cities[J]. Atmosphere Environment, 1999,33:4 029-4 037.

[2] Shaddick G，Wakefield J. Modeling daily multivariate pollutant data at multiple sites[J]. Journal of the Royal Statistical Society, 2002,51:351.

[3] Fuentes M，Song HR，Ghosh SK,etal. Spatial association between SO2NO2PM10speciated fine particles and mortality[J].Biometrics, 2006,(62):855-863.

[4] 孫中黨，趙 勇，田 超，等. 鄭州大氣氮氧化物污染與灰色分析[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25(1)：52-55.

[5] 余淑苑，張 雋，彭朝瓊，等. 深圳市氣象因子對SO2等大氣污染物的影響研究[J].環(huán)境與健康雜志，2008，25(6)：483-486.

[6] 戴朝霞，陳振翔，王格慧，等.典型城市大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的污染研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29(2)：29-31.

[7] 安俊嶺，張仁健，韓志偉，等.北方15個(gè)大型城市總懸浮顆粒物的季節(jié)變化[J].氣候與環(huán)境研究，2000，5(1)：2-8.

[8]武永峰，馬 瑛.西安市大氣環(huán)境質(zhì)量分析與綜合評價(jià)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2001，24(增刊)：5-7.

[9] 李瑜琴，趙景波.榆林市工業(yè)三廢污染及其治理對策[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19(1)：30-34.

[10] 肖軍,趙景波，張瓊?cè)A.渭南市環(huán)境污染現(xiàn)狀及治理[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，32(4)：108-111.

[11] 楊立民，許有鵬.改進(jìn)遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究，1999，12(2)：28-31.

[12] 肖新平.灰色聚類關(guān)聯(lián)分析法及其在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展， 1997，5(4)：56-61.

[13] 李祚泳.環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)的余分指數(shù)合成法[J].中國環(huán)境科學(xué),1997，17(6)：554-556.

[14] 余常貴.模糊數(shù)學(xué)在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].重慶環(huán)境科學(xué)，1991，13(1)：28-31.

[15] 林肇信，劉天齊，劉逸農(nóng). 環(huán)境保護(hù)概論[M].北京：高等教育出版社，1999：75-76.