基于邢台市环境空气质量的模糊综合评判

李素峰

（邢台学院数学与信息技术学院，河北邢台 054001）

大气污染是指大气中一些有害物质的含量达到一定的程度，使其破坏生态系统及人类正常生存和发展的条件，进而对人和物造成危害的现象。环境空气质量评价的研究在当下中国乃至全球的发展共识中具有极其深远的意义，在我国城市化及工业化的快速进程中，大气污染问题日益突出，越来越多的雾霾天气严重地影响着人们的生产生活和身体健康。近年来，大气污染呈复合型特征，区域性污染日趋严重，主要集中在京津冀、长三角及珠三角等经济发达地区的主要城市。邢台市是河北省南部一座中小型城市，市区建成区89平方公里、人口92.5万，地处太行山与华北平原的交界处，属于典型的山前平原城市，大气污染严重，属于河北省大气污染的重点区域。大气污染治理任务艰巨，刻不容缓，要想有效合理地管控空气质量的恶化，还一片青山蓝天，首先必须对空气质量做出科学合理的评价及分析，然后才能客观真实地认识大气污染状况，科学理性地预测大气污染发展趋势，进而有效准确地制定大气污染的控制措施，同时提高人们对大气污染的防范意识和保护环境的自觉性，为科学有效地防治大气污染提供重要的科学依据，为邢台市实施可持续发展战略起到一定的指导作用。

不少国内研究者应用模糊数学理论对城市大气环境空气质量做出科学客观的评价，对环境空气质量评价时将之前的3个评价因子增加为6个，使评价结果更为客观全面。而当前应用此方法对邢台市大气环境空气质量的评价研究还没有。

一、材料与方法

本文采用邢台市2013-2017年（5年） 环境空气自动监测站的实测数据，经过收集整理后作为研究的基础数据。目前，邢台市总共设有4个环境空气自动监测站，分别是：达活泉监测站、邢师高专监测站（邢台学院老南院）、原市环保局监测站和路桥公司监测站（见图1）。

图1 邢台市环境空气自动监测站

按照环境空气质量指数（AQI）法评价结果报告，2013年邢台市在全国74个重点监测城市空气质量综合指数排名倒数第一；2014年退出倒数第一；2015年保住了上年的位次，2016年在市委、市政府的领导下，环保部门继续加大工作力度，全年空气质量排名位列全国倒数第四，比上年晋升两个位次；2017年，由于受不利气象条件影响，周边城市空气污染均出现大幅不降反升的情况，邢台市通过有效的管控，空气质量恶化势头得到有效扼制。本文利用模糊综合评价原理对邢台市近5年（2013-2017年）的城市空气质量以及影响我市空气质量的主要污染因子进行评估，使其更具有全面性、科学性和实用性。首先，根据《环境空气质量评价规范（试行）》 （HJ663-2013） 的规定，建立包括 SO2、CO2、CO、O3、PM10、PM2.5六项基本污染因子在内的评价因素集，然后结合本地实际情况对《环境空气质量标准》 （GB3095-2012）进行微调和补充，建立新的适合本地实际情况的评价标准，运用模糊综合评价法对邢台市近五年（2013-2017年）的空气质量进行综合评价分析，为邢台市大气污染评估及防治提供重要的参考依据。

二、评价方法

1.收集数据，整理和统计数据；

2.根据本地情况，确定影响空气质量的各评价因子，建立评价因素集，则（n=6）；

3.依据新的评价标准确定各判定级别，建立评价集，则 V=｛v1，v2，…vn（｝m=5）；

4.建立各评价因子与评价标准之间的模糊关系矩阵R＝（rij）。文章采用半阶梯型隶属度函数建立各评价因子对每级标准的隶属函数rij，从而建立模糊关系矩阵R＝（rij），隶属度函数如下：

第Ⅰ级（优），即=1时：

第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级（良、轻度污染、中度污染），即j=2、3、4时：

第Ⅴ级（重度污染），即j=5时：

其中，各式中的j为大气污染的等级，Sij为第i个评价因子的第j级标准，xi为第i个评价因子的实测值，rij为第i个评价因子对第j级评价标准的隶属度。

6.得出模糊综合评价结果。在R与A求出后，利用模糊合成算子，即求出求出综合评判矩阵B；

7.根据最大隶属原则，确定评判级别；

8.对邢台市2013-2017年的每年空气监测数据分别做出评判，得出分析结果，进而为本区域的大气污染防治工作提供更全面有力的依据。

三、评价结果及分析

1.数据来源

根据邢台市环境保护局提供2013-2017年环境状况公报，优良天数呈上升的趋势，重污染天数逐年减少，首要污染物依然是颗粒物。见表1。

可见，邢台市通过对环境空气污染物的大力治理，取得了显著的成效，空气污染物得到了有效的管控。

表1 环境空气质量状况公报数据

2.建立评价因素集U

根据《环境空气质量标准》 （GB3095-2012）的规定，大气污染物主要包含SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5六项物质，其中“标准”中只给出了SO2、NO2、PM10、PM2.5四种污染物的年均值标准，而CO和O3（臭氧） 两种污染物的年均值标准没有给出。按照《环境空气质量评价规范（试行）》 （HJ663-2013） 的规定，在对城市环境空气质量进行年评价时，对于没有给出年均值标准的CO和O3，采用日均值百分位数作为年均值标准，其中CO采用日均值第95百分位数、O3采用最大8h滑动平均值第90百分位数作为年均值标准。

3.建立评价集V

为更科学合理地评价本市的环境空气质量，结合《环境空气质量标准》 （GB3095-2012） 和邢台市大气实际污染状况，将原评价标准的两级扩展为五级，并且对评价标准的个别标准限值进行微调，建立评价集V={Ⅰ级优、Ⅱ级良、Ⅲ级轻度污染、Ⅳ级中度污染、Ⅴ级重度污染}。见表2。

4.建立模糊矩阵

由隶属度函数的计算公式计算各评价因子对各级评价标准的隶属度值，建立模糊矩阵R=（rij），见表3。

表2 环境空气质量等级及对应污染物的浓度限值

表3 模糊关系矩阵

5.建立权重集

由权重计算公式可得权重集。见表4。

表4 各污染因子的权重集

6.模糊综合评价

对权重集和模糊矩阵进行模糊矩阵的复合运算，然后进行归一化处理，得到B=（b1，b2，b3，b4，b5）。本文采用M（·，+）算子（加权平均型）进行复合运算。此种运算法是依评价因子权重大小均衡兼顾的，适用于考虑各因素起作用的情况，综合程度强，比较符合大气污染的实际情况。按照最大隶属原则，取b1，b2，b3，b4，b5中的最大值，即为本次环境空气质量评价的模糊综合评价结果，见表5。

表5 邢台市各年度空气质量模糊综合评价结果

从表4评价结果可以看出，邢台市2013年空气质量Ⅴ级，属于重度污染，2014年空气质量Ⅳ级，属于中度污染，2015-2017年空气质量全部达到Ⅲ级，属于轻度污染。可以看出，空气质量逐年提升，邢台市的环境空气质量的防治工作取得了显著的成绩，虽然通过此评价，目前空气质量还没有达到Ⅰ、Ⅱ级的目标级别，但我们相信，全市人民在邢台市委、市政府的坚强领导下，通过相关部门和大家的共同努力，我们一定会打赢一场大气污染治理的人民战争，让我们的“天更蓝、云更白、山更青、水更绿”，让我们的生活更幸福！