基于模糊綜合評價的礦區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量評價

馮 偉 呂恒林 黃建恩

徐州位于江蘇省西北部,地處蘇、魯、豫、皖四省交界,總面積11258km2。氣候溫和屬北溫帶半濕潤氣候類型,日照充足、降水量充沛,年平均氣溫 14℃。徐州市地貌總體上為西北高、東南低,由西北向東南緩緩傾斜。徐州礦區(qū)煤炭開采歷史已有 120多年,是江蘇省重要的能源基地。煤炭的開發(fā)和利用,對徐州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推動作用,區(qū)域內(nèi)煤炭加工、洗選、化工、冶煉、發(fā)電、建材等企業(yè)數(shù)量眾多,對礦區(qū)的大氣環(huán)境也造成了嚴(yán)重影響。徐州礦務(wù)集團(tuán) 2001年 ～2007年主要污染物排放量如表1所示。

表1 徐州礦務(wù)集團(tuán) 2001年～2007年主要大氣污染物排放總量[1]

大量的污染物排放到大氣中,對大氣環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。大氣環(huán)境質(zhì)量評價的難題在于大氣環(huán)境本身是一個多因素的復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),同時,影響大氣環(huán)境質(zhì)量的污染因素繁多,隨機(jī)性和模糊性是大氣環(huán)境質(zhì)量評價的兩大難點,傳統(tǒng)的指標(biāo)評價方法無法勝任。為了科學(xué)合理的評價大氣污染程度,筆者以徐州礦區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助模糊綜合評價理論對大氣環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行了分析和評價。

1 大氣環(huán)境調(diào)查

筆者在課題“徐州礦區(qū)塌陷地生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃研究”的研究過程中,2007年跟隨徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站對徐州礦區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了監(jiān)測。

1)大氣環(huán)境監(jiān)測方案。每期連續(xù)監(jiān)測 7 d,每天 6次(北京時間 02:00,07:00,10:00,14:00,16:00,19:00)。監(jiān)測對象為SO2,NO2,可吸入顆粒物(PM10)三項。監(jiān)測點共設(shè) 6個,分別是監(jiān)測點1:孫大莊監(jiān)測點,監(jiān)測點 2:柳新鎮(zhèn)監(jiān)測點,監(jiān)測點 3:劉集鎮(zhèn)監(jiān)測點,監(jiān)測點 4:丁場監(jiān)測點,監(jiān)測點 5:華美坑口熱電廠二期廠址監(jiān)測點,監(jiān)測點 6:拾屯街道監(jiān)測點。

2)大氣環(huán)境監(jiān)測結(jié)果。根據(jù)實測數(shù)據(jù),整理后的結(jié)果如表2所示。

2 徐州礦區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價

2.1 確定評價因子集

設(shè)u1,u2,…,ui,…,um為參與評價的 m個環(huán)境因子的值,則集合 U={u1,u2,…,um}稱為評價因子集[2]。本評價中 U={SO2,NO2,PM10}。

表2 徐州礦區(qū) 2007年大氣環(huán)境監(jiān)測情況 mg/m3

2.2 確定評價等級集

vi1,vi2,…,vin為與 ui(i=1,m)相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn),則集合 V={vi1,vi2,…,vin}稱為評價等級集[2]。根據(jù)我國GB 3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(見表3),本評價確定評價等級集 V={Ⅰ級,Ⅱ級,Ⅲ級}。

表3 GB 3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3] mg/Nm3

2.3 確定隸屬函數(shù)

假定某污染因子濃度為 ui,則該因子對第j級環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的隸屬函數(shù)為 rij。本評價根據(jù)表3采用Ⅰ級(j=1),Ⅱ級(j=2),Ⅲ級(j=3),具體計算公式為[2,4]:

對前述 6個監(jiān)測點,分別計算出秋季和冬季對應(yīng)的隸屬函數(shù),具體見表4。

表4 徐州礦區(qū) 2007年大氣環(huán)境質(zhì)量模糊評價隸屬函數(shù)計算結(jié)果

2.4 確定模糊關(guān)系矩陣 R

對徐州礦區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的 6個監(jiān)測點,經(jīng)計算分別得到 6個模糊關(guān)系矩陣。

2.5 確定權(quán)重系數(shù)集 A

利用歸一化公式計算各因子的權(quán)重系數(shù)ai(i=1,m)[4,6],具體公式如下:

其中,Ci為評價因子i的監(jiān)測濃度值評價因子 i的 n級標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)平均值。

由各因子的權(quán)重系數(shù)構(gòu)成權(quán)重系數(shù)集A={a1,a2,a3}。本評價經(jīng)計算得權(quán)重系數(shù)集為A={a1,a2,a3},見表 5。

表5 權(quán)重系數(shù)集、模糊評價子集及評價結(jié)果

2.6 模糊綜合評價

由已經(jīng)求得的模糊關(guān)系矩陣 R和權(quán)重系數(shù)集A確定模糊評價子集 B為:B=A?R={B1,B2,B3},由此可得到綜合評價結(jié)果,見表 5。

2.7 評價結(jié)果分析

從模糊綜合評價法對徐州礦區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的評價結(jié)果來看,監(jiān)測點 1,3,4達(dá)到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn),監(jiān)測點 2,5,6達(dá)到Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn),全部達(dá)到良好及以上。評價結(jié)果與徐州礦區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量實際狀況一致。

良好的空氣質(zhì)量源于以下幾方面的因素:有效控制徐州礦區(qū)大氣污染源排放。調(diào)整能源,通過關(guān)閉小鍋爐、小煤窯、小化工等,使能源消費向合理化方向發(fā)展,逐漸減少直接燃煤在能源結(jié)構(gòu)中的比重。由表1可以看出,2007年徐州礦務(wù)集團(tuán)主要有害物的排放總量均得到大幅度的降低,從源頭減輕了對大氣環(huán)境的威脅。加大污染治理力度,加強(qiáng)對鍋爐二氧化硫污染的治理,進(jìn)行電廠煙氣脫硫除塵一體化裝置等項工作,確定合理的治理措施并加以推廣。加快礦區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),積極增加集中供熱,替代周邊地區(qū)效率低、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的中小鍋爐。對礦區(qū)的生活用燃煤設(shè)施進(jìn)行煤氣、液化氣改造,減少煤炭直接燃燒。抑制揚塵,在煤炭裝卸處和礦區(qū)主要公路以及易產(chǎn)生揚塵的場地進(jìn)行噴灑,降低地面揚塵對大氣的污染。

3 結(jié)語

大氣環(huán)境質(zhì)量的好壞和評定等級的劃分,其界限是模糊的,沒有一個確定的等級邊界。用模糊理論中的隸屬函數(shù)等概念表征大氣質(zhì)量,既突出考慮污染較重因子的影響,也兼顧污染較輕因子的影響,消除環(huán)境質(zhì)量分級中的主觀人為因素,最大限度地避免主觀人為誤差,客觀合理地確定環(huán)境質(zhì)量等級。

[1] 徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司.2001～2005年數(shù)據(jù)引自《徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司經(jīng)濟(jì)發(fā)展資料匯編 2001-2005》[Z].2006:212-226.

[2] 王 穎,彭省臨,劉 峰.模糊數(shù)學(xué)理論及其在大氣環(huán)境測評中的應(yīng)用[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2008,28(3):139-143.

[3] GB 3095-1996,環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] Chu A T W,Kalaba R E,Spingam K.A comparision of two methods for determining the weights of beinging to fuzzy sets[J].Journal of Optimization Theory and Application,1979,7(27):531-538.

[5] 徐明德,王雪芹.晉城市大氣環(huán)境質(zhì)量模糊評價[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(34):93-95.

[6] 童英偉,劉志斌,初玲玲.基于模糊綜合評價的大氣環(huán)境質(zhì)量評價[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,27(sup):311-313.