基于模糊综合评价的矿区大气环境质量评价

冯 伟 吕恒林 黄建恩

徐州位于江苏省西北部,地处苏、鲁、豫、皖四省交界,总面积11258km2。气候温和属北温带半湿润气候类型,日照充足、降水量充沛,年平均气温 14℃。徐州市地貌总体上为西北高、东南低,由西北向东南缓缓倾斜。徐州矿区煤炭开采历史已有 120多年,是江苏省重要的能源基地。煤炭的开发和利用,对徐州的经济发展起到了巨大的推动作用,区域内煤炭加工、洗选、化工、冶炼、发电、建材等企业数量众多,对矿区的大气环境也造成了严重影响。徐州矿务集团 2001年 ～2007年主要污染物排放量如表1所示。

表1 徐州矿务集团 2001年～2007年主要大气污染物排放总量[1]

大量的污染物排放到大气中,对大气环境质量构成了严重威胁。大气环境质量评价的难题在于大气环境本身是一个多因素的复杂的动态系统,同时,影响大气环境质量的污染因素繁多,随机性和模糊性是大气环境质量评价的两大难点,传统的指标评价方法无法胜任。为了科学合理的评价大气污染程度,笔者以徐州矿区大气环境监测数据为基础,借助模糊综合评价理论对大气环境质量状况进行了分析和评价。

1 大气环境调查

笔者在课题“徐州矿区塌陷地生态恢复规划研究”的研究过程中,2007年跟随徐州市环境监测中心站对徐州矿区的大气环境质量进行了监测。

1)大气环境监测方案。每期连续监测 7 d,每天 6次(北京时间 02:00,07:00,10:00,14:00,16:00,19:00)。监测对象为SO2,NO2,可吸入颗粒物(PM10)三项。监测点共设 6个,分别是监测点1:孙大庄监测点,监测点 2:柳新镇监测点,监测点 3:刘集镇监测点,监测点 4:丁场监测点,监测点 5:华美坑口热电厂二期厂址监测点,监测点 6:拾屯街道监测点。

2)大气环境监测结果。根据实测数据,整理后的结果如表2所示。

2 徐州矿区大气环境质量模糊综合评价

2.1 确定评价因子集

设u1,u2,…,ui,…,um为参与评价的 m个环境因子的值,则集合 U={u1,u2,…,um}称为评价因子集[2]。本评价中 U={SO2,NO2,PM10}。

表2 徐州矿区 2007年大气环境监测情况 mg/m3

2.2 确定评价等级集

vi1,vi2,…,vin为与 ui(i=1,m)相应的评价标准,则集合 V={vi1,vi2,…,vin}称为评价等级集[2]。根据我国GB 3095-1996环境空气质量标准(见表3),本评价确定评价等级集 V={Ⅰ级,Ⅱ级,Ⅲ级}。

表3 GB 3095-1996环境空气质量标准[3] mg/Nm3

2.3 确定隶属函数

假定某污染因子浓度为 ui,则该因子对第j级环境质量标准的隶属函数为 rij。本评价根据表3采用Ⅰ级(j=1),Ⅱ级(j=2),Ⅲ级(j=3),具体计算公式为[2,4]:

对前述 6个监测点,分别计算出秋季和冬季对应的隶属函数,具体见表4。

表4 徐州矿区 2007年大气环境质量模糊评价隶属函数计算结果

2.4 确定模糊关系矩阵 R

对徐州矿区大气环境质量监测的 6个监测点,经计算分别得到 6个模糊关系矩阵。

2.5 确定权重系数集 A

利用归一化公式计算各因子的权重系数ai(i=1,m)[4,6],具体公式如下:

其中,Ci为评价因子i的监测浓度值评价因子 i的 n级标准的算术平均值。

由各因子的权重系数构成权重系数集A={a1,a2,a3}。本评价经计算得权重系数集为A={a1,a2,a3},见表 5。

表5 权重系数集、模糊评价子集及评价结果

2.6 模糊综合评价

由已经求得的模糊关系矩阵 R和权重系数集A确定模糊评价子集 B为:B=A◦R={B1,B2,B3},由此可得到综合评价结果,见表 5。

2.7 评价结果分析

从模糊综合评价法对徐州矿区大气环境质量的评价结果来看,监测点 1,3,4达到Ⅰ级标准,监测点 2,5,6达到Ⅱ级标准,全部达到良好及以上。评价结果与徐州矿区大气环境质量实际状况一致。

良好的空气质量源于以下几方面的因素:有效控制徐州矿区大气污染源排放。调整能源,通过关闭小锅炉、小煤窑、小化工等,使能源消费向合理化方向发展,逐渐减少直接燃煤在能源结构中的比重。由表1可以看出,2007年徐州矿务集团主要有害物的排放总量均得到大幅度的降低,从源头减轻了对大气环境的威胁。加大污染治理力度,加强对锅炉二氧化硫污染的治理,进行电厂烟气脱硫除尘一体化装置等项工作,确定合理的治理措施并加以推广。加快矿区基础设施建设,积极增加集中供热,替代周边地区效率低、能耗高、环境污染严重的中小锅炉。对矿区的生活用燃煤设施进行煤气、液化气改造,减少煤炭直接燃烧。抑制扬尘,在煤炭装卸处和矿区主要公路以及易产生扬尘的场地进行喷洒,降低地面扬尘对大气的污染。

3 结语

大气环境质量的好坏和评定等级的划分,其界限是模糊的,没有一个确定的等级边界。用模糊理论中的隶属函数等概念表征大气质量,既突出考虑污染较重因子的影响,也兼顾污染较轻因子的影响,消除环境质量分级中的主观人为因素,最大限度地避免主观人为误差,客观合理地确定环境质量等级。

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