基于DPSR-VIKOR法的西安市大氣環(huán)境安全評(píng)價(jià)及障礙研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0172-06

211300）

中圖分類號(hào)：X820文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Evaluation of Atmospheric Environmental Safety and Analysis of BarriersinXi'an City Based on DPSR-VIKOR Method

HuangRongl，Wang Yiyongl，2，Zhou Chaofan1，3

（1.ShaanxiProvincialKeyLaboratoryofDisasterMonitoringand MechanismSimulation，Baoji UniversityofArtsand Sciences，Baoji 721013，China；

2.Northeast Institute of Geographyand AgroEcology，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130102，China;

3.Chunhui Senior High School，Nanjing 2113Oo，China）

Abstract：Withthedevelopmentofurbanizationandindustrialization，theairproblemhasbecomeoneofthekeyproblemstoachieve sustainabledevelopment.Inthispaper，theatmosphericenvironmentstateofXi'anfrom2Ol3to2O21wasobtainedbyfitingtheDPSR modelndtheORodelndtheraccalevaationwascidout，ndtestacledegreofteidelevelasallatedy usingtheobstacleegforulaandthefollowingonclusionsweredaw：heamospericevironnteologicalassessmensults ofXinCityuringteperiodfrom23togenerallfuctuatedgreatly，showingdecreasing“bmodalpate”esultsofthe layeredevaluationoftheDSRmodeloftheatmosphericenvironmentinXi'nshowtatthedrivinglayercontinuedtodeclinelinearly from2013to2O21，thepresurelayerchangedandfluctuatedgreatlyfrom2013to2O21，thestatelayeralsochangedandfluctuatedsig nificantly from 2013 to 2021，and the influence layer showedan overallupward trend from 2013 to 2021.

KeyWords：Xi'an City；atmospheric safety；DPSR model；VIKOR evaluation method；obstacledegree

前言

大氣作為人類生存的必需品，大氣污染問(wèn)題一直是人類關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。當(dāng)前大氣污染嚴(yán)重，且受不利氣象氣候條件的影響，中國(guó)部分地區(qū)大氣污染有所反彈。人類活動(dòng)對(duì)大氣的影響已成為當(dāng)前重大問(wèn)題，各國(guó)都在使用大量人力、物力進(jìn)行研究，如何減少人類的影響，保護(hù)大氣。大氣評(píng)價(jià)最早出現(xiàn)在關(guān)于大氣的研究中，學(xué)者們主要對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)以及大氣健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[1-3]，但評(píng)價(jià)對(duì)象都相對(duì)單一，所選的指標(biāo)也較少。前人對(duì)西安的大氣關(guān)注度極高，也進(jìn)行了以下相關(guān)研究，劉倩等對(duì)西安大氣PM_2.5 中金屬元素進(jìn)行健康生態(tài)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)普遍都存在致癌物[4，袁宏林等對(duì)西安市冬季大氣顆粒物中污染物重金屬進(jìn)行了生態(tài)評(píng)價(jià)，崔靖睿等對(duì)西安不同地區(qū)大氣沉降顆粒物進(jìn)行了元素分析和毒性評(píng)價(jià)[6]，周變紅等對(duì)西安城區(qū)大氣中多環(huán)芳烴的季節(jié)變化特征及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]等。生態(tài)安全評(píng)價(jià)這一研究主題在初期廣泛應(yīng)用在土地相關(guān)研究上，在大氣上研究比較少，但近來(lái)熱度不減，使用大氣生態(tài)安全評(píng)價(jià)相比之前普通的大氣單一污染物研究更加準(zhǔn)確、考慮的角度更加全面。西安市作為中國(guó)北部的重要樞紐城市，大氣環(huán)境的質(zhì)量水平長(zhǎng)期處于低水平且改善困難，對(duì)西安市大氣生態(tài)安全評(píng)價(jià)更有利于西安市未來(lái)大氣治理及保護(hù)提供可靠的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西安市是陜西省省會(huì)，位于黃河流域中部的關(guān)中平原，地形平坦微陡，上有陜北黃土高原，下臨秦嶺，境內(nèi)海拔高度差異懸殊位居全國(guó)各城市之冠。西安市的地貌主要由秦嶺山地與渭河平原構(gòu)成，西安城區(qū)主要建立在渭河平原的二級(jí)階地上。西安市大部分河流屬于黃河流域的渭河水系。西安市動(dòng)植物資源豐富，自然植被未遭受第四季大陸冰川的直接侵襲，依舊保留著若干第三紀(jì)古老植物，并且因?yàn)橛幸徊糠炙鶎偾貛X，不同海拔高度的植被分布不同，野生動(dòng)物資源也十分豐富，現(xiàn)已建立了3個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。西安市屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，冷暖干濕四季分明。2023年西安市全年生產(chǎn)總值為11486.51億元，比上一年增長(zhǎng)了 4.4% ，規(guī)模以上工業(yè)增長(zhǎng)值增長(zhǎng) 13.9% ，這兩項(xiàng)的增速均位居副省級(jí)城市第一。總體來(lái)看，西安市經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r良好，在向新一線城市經(jīng)濟(jì)水平努力邁進(jìn)。

2 研究方法與評(píng)價(jià)模型

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

西安市大氣環(huán)境生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、空氣污染物排放量、污染物濃度和綠化及廢氣治理指標(biāo)等，數(shù)據(jù)主要來(lái)源于研究區(qū)西安市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)、陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒和公開網(wǎng)絡(luò)信息等，極少部分缺失數(shù)據(jù)采用插值法進(jìn)行補(bǔ)充。

2.2 研究方法

文章首先采用DPSR模型結(jié)合遴選的21個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分類，運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算出指標(biāo)的權(quán)重和層次的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上使用VIKOR法對(duì)西安市大氣環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出了西安市2013年－2021年的大氣環(huán)境狀態(tài)，并對(duì)DPSR模型進(jìn)行分層評(píng)價(jià)，得出各個(gè)層次的評(píng)價(jià)值，了解不同層次對(duì)大氣環(huán)境整體的作用效果，最后利用障礙度公式計(jì)算指標(biāo)的層次的障礙度，為西安市大氣環(huán)境提升指明了方向。

2.3評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.4大氣環(huán)境生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

2.4.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

指標(biāo)原始數(shù)據(jù)矩陣設(shè)為 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理采用歸一化法。文章在指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法中，選擇熵權(quán)法首先依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)信息熵計(jì)算，見式（1）：

其中 k=1/lnn ，在研究中 n=9 ，且須假定：當(dāng) 時(shí)，令 P_ijlnP=0， 最后通過(guò)信息熵 H_j 可以計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重 ω_j ，見式（2）：

2.4.2 VIKOR法

通過(guò)參考文獻(xiàn)[8]，確定在正負(fù)理想解下的群體效用值 Si 和個(gè)體遺憾值 R_i ，公式中 μ 為折中系數(shù)，代表群體效用的比重。文章中設(shè) μ=0.5 時(shí)，表示群體效用和個(gè)體遺憾同等重要。此外由于VIKOR計(jì)算出的評(píng)價(jià)值越小越好，為了結(jié)果更直觀，采用式（4）進(jìn)行處理，處理后視為VIKOR法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果，數(shù)值越大意為大氣環(huán)境越好。

T=1-Q_i

2.4.3 障礙度計(jì)算

引入障礙度公式，可以分析大氣環(huán)境提升的主要阻力，見式（5）、式（6）、式（7），障礙度函數(shù)主要通過(guò)因子貢獻(xiàn)度 A_i 指標(biāo)偏離度 B_ij 、障礙度實(shí)現(xiàn) C_ij ，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)在研究時(shí)間區(qū)間內(nèi)每一年的障礙度。

2.5評(píng)價(jià)等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)評(píng)價(jià)方法的數(shù)值結(jié)果范圍和研究區(qū)實(shí)際情況，制定生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 西安市大氣環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

將處理好的2013年-2021年數(shù)據(jù)做大氣環(huán)境評(píng)價(jià)得出結(jié)果如圖1所示，可以看到大氣生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果在整體上起伏較大，呈現(xiàn)遞減的“雙峰式”。根據(jù)生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，2016年生態(tài)安全最優(yōu)，而2013年最差，其中在2017年有大幅度下降，跌至除2013年最低值?？紤]到可能是2013年開始人類生態(tài)安全意識(shí)提升，而在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的進(jìn)程中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)安全之間的相互關(guān)系很難平衡，2017年失衡導(dǎo)致生態(tài)安全評(píng)價(jià)值驟降，而在后期慢慢平衡二者的關(guān)系，評(píng)價(jià)值趨于平穩(wěn)。

3.2 西安市大氣環(huán)境DPSR模型分層評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)西安市大氣環(huán)境進(jìn)行DPSR模型分層評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示，可以看到驅(qū)動(dòng)層在2013年－2021年持續(xù)線性下降，結(jié)合指標(biāo)分析，西安市經(jīng)濟(jì)和人口都保持了增長(zhǎng)，評(píng)價(jià)值持續(xù)降低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生的壓力日益嚴(yán)重，需注意高質(zhì)量發(fā)展。壓力層在2013年-2021年變化起伏較大，排除2017年總體上其他年份呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，結(jié)合指標(biāo)分析， SO₂ 排放量、氮氧化物排放量、顆粒物排放量這三個(gè)指標(biāo)都逐年下降，而工業(yè)廢氣排放量在下降的進(jìn)程中在2017年突然增長(zhǎng)，可見工業(yè)廢氣是影響壓力層變化的主要原因，應(yīng)嚴(yán)格把控廢氣排放，保證空氣質(zhì)量穩(wěn)步提升。狀態(tài)層在2013年－2021年的分析結(jié)果類似于壓力層，但相較壓力層起伏更大，同樣是2017年巨幅下降，結(jié)合指標(biāo)分析，可以看到 NO₂ 年均濃度、 PM₁₀ 年均濃度、 PM_2.5 年均濃度以及CO年均濃度這四個(gè)指標(biāo)的差異值不大，總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而SO₂ 年均濃度和 0₃ 最大8小時(shí)平均值在2017年都增長(zhǎng)明顯，說(shuō)明其他指標(biāo)控制相對(duì)得當(dāng)，應(yīng)著重注意SO₂ 的排放與處理。影響層在2013年－2021年總體上持續(xù)上升，在2017年和2018年有小幅度的下降趨勢(shì)，結(jié)合指標(biāo)分析，這兩年人均公園綠地面積較少明顯，其他指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)浮動(dòng)，當(dāng)前植被面積是重生態(tài)保護(hù)問(wèn)題，自然生態(tài)不斷退化，人工綠地增加，調(diào)節(jié)好二者之間增減浮動(dòng)，保持%植被面積總體上升，生態(tài)功能正常維護(hù)是當(dāng)前應(yīng)注重的問(wèn)題。

3.3 西安市障礙度計(jì)算

通過(guò)障礙度計(jì)算，分析影響大氣環(huán)境的主要阻力，計(jì)算得出2013年-2021年的障礙度數(shù)值，得到圖3。如圖3所示，在2013年-2016年障礙度數(shù)值普遍較高，主要是2013年-2016年影響層園林綠化覆蓋面積、廢棄治理設(shè)施和治理能力都偏高，2013年-2014年?duì)顟B(tài)層各指標(biāo)障礙度數(shù)值都偏高，并且2014年-2015年壓力層指標(biāo)也大部分偏高，這一時(shí)期SO₂ 氮氧化物和顆粒物排放嚴(yán)重，影響數(shù)值的提升。2018年-2020年障礙度數(shù)值也有一個(gè)增高的趨勢(shì)，主要是驅(qū)動(dòng)層指標(biāo)障礙度數(shù)值大部分偏高，人均GDP、工業(yè)總產(chǎn)量與常住人口數(shù)影響著障礙度的變化，此外響應(yīng)層的人均公園綠地面積和燃?xì)馄占奥蕛蓚€(gè)指標(biāo)也在這些年份由之前的障礙度數(shù)值為0產(chǎn)生明顯數(shù)值變化，對(duì)西安市大氣障礙度有一定的影響力。

3.4 層次障礙度

對(duì)2013年-2021年每一年每個(gè)層次指標(biāo)的障礙度進(jìn)行累加如圖4所示，為了避免和分層評(píng)價(jià)的結(jié)論沖突，這部分只強(qiáng)調(diào)數(shù)值變化。如圖可以看到驅(qū)動(dòng)層的障礙度保持了明顯的提升，至2021年達(dá)到了最大的障礙度數(shù)值，是主要影響大氣生態(tài)安全提升的阻礙。壓力層總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但與2016年下降程度相比其他年份略明顯，在2017年有個(gè)小幅度的提升，對(duì)大氣生態(tài)安全提升的阻礙逐漸減弱。狀態(tài)層變化起伏明顯，2013年障礙度數(shù)值最大，達(dá)到近10年的峰值，2014年劇烈下降，并在接下來(lái)的年份有小幅度起伏，總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，對(duì)大氣生態(tài)安全的阻礙度不穩(wěn)定。響應(yīng)層呈現(xiàn)先下降后增長(zhǎng)再下降的趨勢(shì)，在2017年和2018年障礙度數(shù)值增長(zhǎng)明顯，障礙度數(shù)值最高與最低年份差異明顯，可見響應(yīng)層對(duì)大氣生態(tài)安全的影響也不穩(wěn)定。

4結(jié)束語(yǔ)

文章以西安市為研究區(qū)域，利用DPSR模型和VIKOR模型擬合，對(duì)西安市大氣環(huán)境安全評(píng)價(jià)及障礙度分析，得出以下結(jié)論：西安市2013年－2021年期間大氣環(huán)境生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果總體上起伏較大，呈現(xiàn)遞減的“雙峰式”。對(duì)西安市大氣環(huán)境進(jìn)行DPSR模型分層評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，驅(qū)動(dòng)層在2013年－2021年持續(xù)線性下降，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生的壓力日益嚴(yán)重;壓力層在2013年-2021年變化起伏較大，工業(yè)廢氣是主要影響因素；狀態(tài)層在2013年-2021年變化起伏明顯， SO₂ 是主要影響因素;影響層在2013年-2021年總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，人均公園綠地面積的變化是需關(guān)注的重要問(wèn)題。西安市大氣環(huán)境保護(hù)工作在今后發(fā)展過(guò)程中應(yīng)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，在可控范圍內(nèi)最小程度影響生態(tài)環(huán)境，擴(kuò)大綠化面積，增加林業(yè)類型，建立和諧的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧家璐，牛成英，蘇上智.基于區(qū)間數(shù)據(jù)的甘肅省祁連山自然保護(hù)區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[J/OL].河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1-11[2024-06-18].2024（5）.22.

[2]李歡，楊升美，高昇，等.2021年呼和浩特市大氣PM_2.5 中多環(huán)芳烴污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2024，31（6）：650-656.

[3]田昕竹，王巖，丁淮劍.集成電路制造行業(yè)大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2024（15）：77-79.

[4]劉倩，趙永鋼，張鋒.西安大氣 PM_2.5 中金屬元素特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2023，46（12）：195-202 ;211.

[5]袁宏林，楊夢(mèng)妮，張穎，等.西安市冬季大氣顆粒物中重金屬污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程，2019，37（1）：176-181.

[6]崔靖睿，定雅雪，潘蘭蘭，等.西安地區(qū)大氣沉降顆粒物基因毒性評(píng)價(jià)的研究［C]//國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，中國(guó)化學(xué)會(huì).中國(guó)化學(xué)會(huì)第十三屆全國(guó)分析化學(xué)年會(huì)論文集（二）.陜西省生命分析化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，2018：522.

[7]周變紅，張承中，王格慧.西安城區(qū)大氣中多環(huán)芳烴的季節(jié)變化特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（9）：2324-2331.

[8]譚豪，脫云飛，王倩，等.基于CRITIC-VIKOR法的云南省水資源承載力綜合評(píng)價(jià)［J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2023，34（4）：118-126.