校園空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與綜合評(píng)價(jià)

劉麗丹，溫靜雅，劉建華

(1.東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林，吉林 132012;2.華北電力大學(xué) 資源與環(huán)境研究院，北京 102206)

眾所周知，高校的教室及校園是大學(xué)生在校內(nèi)學(xué)習(xí)和活動(dòng)的外界環(huán)境，校園作為一個(gè)特定外在環(huán)境，其人口密集程度大，所處環(huán)境狀況復(fù)雜，其環(huán)境質(zhì)量好壞不僅是直接關(guān)系到師生的身心健康，更是威脅到這一代人日后的成長(zhǎng)發(fā)展。然而近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地區(qū)院校的發(fā)展進(jìn)程也不斷加快，校園環(huán)境質(zhì)量狀況日益惡劣[1]。

而當(dāng)前關(guān)于環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究大都傾向于天氣質(zhì)量及城市概況交通的空氣品質(zhì)問題分析，關(guān)于校園環(huán)境質(zhì)量的研究相對(duì)較少[2]。因此，本文通過對(duì)校園環(huán)境進(jìn)行及時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)可掌握校園空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)，展開校園空氣污染的預(yù)測(cè)工作，評(píng)價(jià)校園空氣污染對(duì)健康的影響，弄清污染源與空氣質(zhì)量的關(guān)系，提出相應(yīng)改進(jìn)措施，對(duì)控制校園區(qū)域污染是很有必要的[3]。

1 大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶櫚敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或偏北風(fēng)，日風(fēng)向變化顯著，年平均風(fēng)速為2.4 m/s，年平均氣溫11.8℃，最高氣溫為41.3℃，年極端最低氣溫為－27.4℃，年平均氣壓為101130 pa，年平均降水為571.9 mm，年平均相對(duì)濕度為57%。

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)

整個(gè)校園可以依照功能區(qū)域劃分為三部分:主樓辦公區(qū)，中部學(xué)習(xí)區(qū)，東部生活區(qū)。主樓辦公區(qū)校園外為京藏高速公路，主要建筑為主樓B、C、D、E、F五座及大禮堂;中部學(xué)習(xí)區(qū)包括教學(xué)樓一、二、三、四及圖書館，體育場(chǎng)及一、二食堂;東部生活區(qū)毗鄰校內(nèi)河流花園，主要建筑是教學(xué)樓五，學(xué)生公寓及綜合樓。校區(qū)西面及北面被主要交通干道包圍，而東面和南面則多為人行道。因此，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)以功能區(qū)布點(diǎn)為主，輔以網(wǎng)格布點(diǎn)，依主導(dǎo)風(fēng)向設(shè)四個(gè)具有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，分為主樓北草坪、一號(hào)辦學(xué)區(qū)、第四廣場(chǎng)和二號(hào)公寓區(qū)，分布如圖1。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、方法及標(biāo)準(zhǔn)

依校園性質(zhì)并綜合環(huán)境監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和項(xiàng)目與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的規(guī)定，確定重疊度最大的四項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)為:二氧化氮、二氧化硫、可吸入顆粒物及降塵。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2011年4月，采樣時(shí)段為早八點(diǎn)到晚八點(diǎn)，每隔整點(diǎn)進(jìn)行采樣。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的分類和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)，學(xué)校屬于二類區(qū)，遵循國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分析方法及監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度限值見表1[4]。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖

表1 監(jiān)測(cè)方法及濃度限值/(mg/m－3)

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與討論

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2。

表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物

以上監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，二氧化氮、二氧化硫及可吸入顆粒物，所有監(jiān)測(cè)濃度值均未超標(biāo)，達(dá)到甚至遠(yuǎn)優(yōu)于國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。從監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間分布上看，二氧化氮、二氧化硫及可吸入顆粒物日平均值高的點(diǎn)主要是在辦公區(qū)和廣場(chǎng)。主要原因是此兩區(qū)臨近交通道路，人流量及車流量較大，且有鍋爐工廠及小型建筑工地等，從而監(jiān)測(cè)結(jié)果偏高[5]。

在表2中可以看出監(jiān)測(cè)點(diǎn)3部分時(shí)段降塵平均濃度超標(biāo)，故此對(duì)降塵監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，如表3。

表3 大氣中降塵監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在監(jiān)測(cè)期間內(nèi)，所監(jiān)測(cè)區(qū)降塵的濃度變化范圍為6.736到12.358噸/平方公里.月之間。其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)2濃度值最低，平均值僅為7.434噸/平方公里.月，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的平均值已達(dá)到11.380噸/平方公里.月，各時(shí)段平均濃度存在不同程度超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)到1.114，超標(biāo)率為62.5%，且降塵在各監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)權(quán)重均為最大，說明降塵是主要污染物質(zhì)。而從監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布上，可以看出辦公區(qū)比生活區(qū)降塵濃度高，污染較為嚴(yán)重，原因在于生活區(qū)林被植物較多，綠化優(yōu)于辦公區(qū)，而辦公區(qū)毗鄰公路，在初春揚(yáng)沙所導(dǎo)致的強(qiáng)沙塵天氣中，部分監(jiān)測(cè)數(shù)值略偏高。

3 大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)

由于大氣環(huán)境質(zhì)量的好壞及評(píng)定等級(jí)的劃分，其界限是模糊的，沒有一個(gè)確定的等級(jí)邊界。因此，若用模糊理論中的隸屬函數(shù)概念來表征大氣質(zhì)量，就容易得到接近客觀實(shí)際的結(jié)果。故此應(yīng)用綜合評(píng)判模糊數(shù)學(xué)方法，描述大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)的模糊性及評(píng)定等級(jí)的模糊性兩者間的關(guān)系，通過模糊變換，綜合所得到模糊信息，做出大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

3.1 確定模糊評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

在對(duì)北京市歷年大氣環(huán)境資料的收集與整理研究之后，取4種重要大氣污染物為評(píng)價(jià)因子，構(gòu)成評(píng)價(jià)因素集合:

評(píng)判集為:V={Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)}，它們分別對(duì)應(yīng)國家Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ級(jí)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，選取評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095－1996及其修改版:

表4 評(píng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/m3)(GB3095－1996)及修改版

3.2 隸屬度函數(shù)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合北京市大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的實(shí)際情況，選用較為簡(jiǎn)便的降半梯形分布。

以下第i個(gè)污染的在第j級(jí)的降半梯形模糊分布對(duì)應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式Vij，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的具體各級(jí)表達(dá)式，參見表5。

表5 各監(jiān)測(cè)指標(biāo)具體各級(jí)隸屬函數(shù)(kj)

3.3 生成隸屬矩陣

將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的隸屬函數(shù)，計(jì)算隸屬度得到相應(yīng)的隸屬度矩陣R，i個(gè)評(píng)價(jià)因子隸屬于j個(gè)不同級(jí)別的隸屬度組成隸屬度矩陣R。

3.4 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算

權(quán)重是指某個(gè)因子所占有的比重。計(jì)算權(quán)重的思想是基于各單項(xiàng)因子超出標(biāo)準(zhǔn)值越高，其加權(quán)越大，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響就越強(qiáng)。

本文采用超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法，并將權(quán)值歸一化，這樣既可突出環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中主要污染物的作用，又考慮了不同污染物標(biāo)準(zhǔn)值的差異，計(jì)算較簡(jiǎn)便，其計(jì)算公式為:

3.5 模糊評(píng)價(jià)

利用已經(jīng)求取的模糊關(guān)系矩陣R和權(quán)重系數(shù)模糊子集A，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，從而確定模糊評(píng)價(jià)子集B為:

此式即為模糊綜合評(píng)判模型，符號(hào)“°”表示模糊矩陣合成算子，即算子，其可避免丟失過多的信息，突出考慮諸多污染因子的綜合作用，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況。

根據(jù)最大隸屬原則，選擇評(píng)判集B中最大的bi作為對(duì)某樣本的評(píng)判依據(jù)。表明大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)應(yīng)于集合V上各個(gè)不同級(jí)別的隸屬度。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。

表6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

由表6可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一、二、三級(jí)隸屬度分別為(0.279，0.721，0)，(0.912，0.078，0)，(0.334，0.558，0.108)，(0.992，0.008，0)。根據(jù)最大隸屬度原則，可知監(jiān)測(cè)點(diǎn) 1 和監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2及監(jiān)測(cè)點(diǎn)4為國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中:監(jiān)測(cè)點(diǎn)3對(duì)國家三級(jí)的隸屬度為0.108，說明監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的大氣環(huán)境質(zhì)量劣于國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但總體達(dá)到國家二級(jí);監(jiān)測(cè)點(diǎn)1對(duì)三級(jí)的隸屬度為0，達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并優(yōu)于二級(jí)，但總體未滿足國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn);監(jiān)測(cè)點(diǎn)2、4對(duì)三級(jí)隸屬為0，對(duì)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度也較小，空氣環(huán)境質(zhì)量較好。故此，總體來看，校園的空氣環(huán)境質(zhì)量達(dá)到了國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

論文在研究的基礎(chǔ)上，取得了以下結(jié)論:(1)在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3部分時(shí)段降塵平均濃度超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)到1.114，其他各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均未有超標(biāo)值存在，且降塵在各監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)權(quán)重均為最大，說明降塵是主要污染物質(zhì);(2)所監(jiān)測(cè)時(shí)期內(nèi)，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在交通高峰期或車流量較大時(shí)，濃度變化較為明顯，且各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度變化隨監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布規(guī)律為3＞1＞2＞4。結(jié)合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理位置可知，道路交通對(duì)各點(diǎn)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度具有較為嚴(yán)重的影響，而各點(diǎn)綠化狀況的不同也對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果有成不同程度的影響;(3)作為綜合評(píng)價(jià)，模糊綜合評(píng)價(jià)通過引入超倍加權(quán)計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，兼顧了單一指標(biāo)評(píng)價(jià)與全局綜合評(píng)價(jià)，較好地解決了單一評(píng)價(jià)模型無法獲得綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果。且模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)于空氣質(zhì)量具有嚴(yán)格的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空氣現(xiàn)狀的信息表達(dá)更為全面、完善。

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