基于模糊綜合評價的礦區大氣環境質量評價

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。煤炭的開發和利用,對徐州的經濟發展起到了巨大的推動作用,區域內煤炭加工、洗選、化工、冶煉、發電、建材等企業數量眾多,對礦區的大氣環境也造成了嚴重影響。徐州礦務集團 2001年 ～2007年主要污染物排放量如表1所示。

表1 徐州礦務集團 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,對大氣環境質量構成了嚴重威脅。大氣環境質量評價的難題在于大氣環境本身是一個多因素的復雜的動態系統,同時,影響大氣環境質量的污染因素繁多,隨機性和模糊性是大氣環境質量評價的兩大難點,傳統的指標評價方法無法勝任。為了科學合理的評價大氣污染程度,筆者以徐州礦區大氣環境監測數據為基礎,借助模糊綜合評價理論對大氣環境質量狀況進行了分析和評價。

1 大氣環境調查

筆者在課題“徐州礦區塌陷地生態恢復規劃研究”的研究過程中,2007年跟隨徐州市環境監測中心站對徐州礦區的大氣環境質量進行了監測。

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

2)大氣環境監測結果。根據實測數據,整理后的結果如表2所示。

2 徐州礦區大氣環境質量模糊綜合評價

2.1 確定評價因子集

設u1,u2,…,ui,…,um為參與評價的 m個環境因子的值,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 2007年大氣環境監測情況 mg/m3

2.2 確定評價等級集

vi1,vi2,…,vin為與 ui(i=1,m)相應的評價標準,則集合 V={vi1,vi2,…,vin}稱為評價等級集[2]。根據我國GB 3095-1996環境空氣質量標準(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環境空氣質量標準[3] mg/Nm3

2.3 確定隸屬函數

假定某污染因子濃度為 ui,則該因子對第j級環境質量標準的隸屬函數為 rij。本評價根據表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個監測點,分別計算出秋季和冬季對應的隸屬函數,具體見表4。

表4 徐州礦區 2007年大氣環境質量模糊評價隸屬函數計算結果

2.4 確定模糊關系矩陣 R

對徐州礦區大氣環境質量監測的 6個監測點,經計算分別得到 6個模糊關系矩陣。

2.5 確定權重系數集 A

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

其中,Ci為評價因子i的監測濃度值評價因子 i的 n級標準的算術平均值。

由各因子的權重系數構成權重系數集A={a1,a2,a3}。本評價經計算得權重系數集為A={a1,a2,a3},見表 5。

表5 權重系數集、模糊評價子集及評價結果

2.6 模糊綜合評價

由已經求得的模糊關系矩陣 R和權重系數集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果,見表 5。

2.7 評價結果分析

從模糊綜合評價法對徐州礦區大氣環境質量的評價結果來看,監測點 1,3,4達到Ⅰ級標準,監測點 2,5,6達到Ⅱ級標準,全部達到良好及以上。評價結果與徐州礦區大氣環境質量實際狀況一致。

良好的空氣質量源于以下幾方面的因素:有效控制徐州礦區大氣污染源排放。調整能源,通過關閉小鍋爐、小煤窯、小化工等,使能源消費向合理化方向發展,逐漸減少直接燃煤在能源結構中的比重。由表1可以看出,2007年徐州礦務集團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境的威脅。加大污染治理力度,加強對鍋爐二氧化硫污染的治理,進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。加快礦區基礎設施建設,積極增加集中供熱,替代周邊地區效率低、能耗高、環境污染嚴重的中小鍋爐。對礦區的生活用燃煤設施進行煤氣、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主要公路以及易產生揚塵的場地進行噴灑,降低地面揚塵對大氣的污染。

3 結語

大氣環境質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等概念表征大氣質量,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,消除環境質量分級中的主觀人為因素,最大限度地避免主觀人為誤差,客觀合理地確定環境質量等級。

[1] 徐州礦務集團有限公司.2001～2005年數據引自《徐州礦務集團有限公司經濟發展資料匯編 2001-2005》[Z].2006:212-226.

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[3] GB 3095-1996,環境空氣質量標準[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.

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