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论文技巧案例-祁玮萱太原市大气污染特征及环境质量评价研究

2021-04-01 11:25:07

  伴随着经济的快速发展,在带来可观效益的同时,也给大气环境带来了严重的影响。我国的能源结构以煤炭为主,随着煤炭资源的大量开采和利用,区域性复合型的污染特征在我国表现得愈发明显。太原市作为我国重要的能源基地和工业基地,经济社会的发展对资源的依赖程度较高,造成大气污染问题比较严重,大气污染防治工作势在必行。

  本文选取太原市作为研究区域,基于2014~2108年六种大气污染物(SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5)为评价因子,在时间序列上,选取年均值和月均值进行作图分析;空间上,对2018年太原市内六区污染物的空间分布进行具体分析。运用模糊综合评价法对2018年太原市的大气环境质量进行评价,识别造成太原市大气问题的主要影响因子。研究结果表明:SO2、CO和PM2.5的污染逐年降低,但其他三种污染物的浓度仍呈现逐年上升的趋势。除O3的其他污染物表现出供暖期污染浓度高,非供暖期污染浓度低的特点,而O3则与之相反;污染的空间分布呈现出南高北低的特点。2018年太原市内六区的空气质量达二级标准,污染因子权重最大的是NO2。通过对太原市大气污染特征及环境质量的评价,进一步得出太原市大气环境存在的问题:工业布局不合理;产业结构和能源消费结构不合理;机动车尾气污染严重;公民对大气环境保护意识薄弱等。结合问题,提出相对应的整改和防治措施,以改善太原市大气环境质量状况。

  1.1选题背景与意义

  随着经济的快速发展,工业化和城镇化的深入推进,煤炭、石油等能源的消耗与需求与日俱增。我国作为世界第二大能源消耗国,能源结构较为单一,主要以煤炭为主,而煤炭燃烧后产生的颗粒物正是引起我国大气环境污染的主要物质之一。但自20世纪90年代以来,我国许多城市经济增长迅速,机动车数量也越来越多,造成CO和NOX等污染物迅猛上升,据生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报(2018)》中显示,机动车污染已经成为我国空气污染的重要来源。时至今日,复合性和区域性在我国的大气环境污染中已经愈发凸显。这不仅影响大气环境质量,增加治理难度,更给人民群众的身体健康造成了严重的损害,影响社会的和谐稳定。

  近年来,伴随着“十三五”规划的不断推进,绿色、友好型等字眼再一次呈现在大家的视线中,国家和各级政府纷纷出台系列政策和措施来改善环境空气质量,2018年7月发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,在计划中正式将汾渭平原代替珠三角,与京津冀及周边地区、长三角地区共同成为新的重点区域。根据国家规定,太原市也发布了《太原市打赢蓝天保卫战2019年行动计划》,计划中明确指出在实现国家既定目标的同时,实现SO2平均浓度同比下降30%的目标。

  太原市城市化建设不断加快但城市转型却还处在起步阶段,在这种情况下,大气环境污染问题日益突出,各种污染物的浓度均在已得到良好控制和逐渐改善的基础上呈现反弹的趋势,大气环境污染得不到有效控制。

  为全面贯彻落实党十九大做出的“打赢蓝天保卫战”的重要决策部署,实现大幅度减少大气污染物的排放总量,改善环境空气质量,太原市还有许多需要努力的地方。因此,本文以太原市作为研究区域,以2014~2018年的监测数据以及相关资料为基础,对该区域的大气环境问题进行研究。为协调好太原市经济发展和环境之间的关系提供理论依据,全面提升太原市大气环境质量,营造一个绿色宜居的生态环境,提升人们的幸福感,同时为政府和有关部门制定改善环境质量的措施提供有力依据。

  1.2国内外研究现状

  大气环境污染给人类带来愈发严重的影响,因此备受国内外学者的关注,普通民众对其关注度也越来越高。许多国内外相关领域的专家学者对大气环境污染进行了持续的研究,并取得了显著的成果。

  1.2.1大气污染分布特征

  20世纪70年代我国开始了大气污染的相关研究,主要从时间序列和空间跨度上对污染物的分布进行了研究。

  在时间序列上,王振波等对2014年190座城市中的945个监测点的PM2.5的监测数据进行了分析,结果表明,PM2.5的污染浓度呈现出春夏低,秋冬高的特点[1]。在空间上,祝婕等对2016年乌鲁木齐污染物时空分布的变化规律进行了分析,全市PM10和PM2.5浓度总体上呈现南北递增型,NO2浓度总体上是城市中心高、四周低的特点,且存在比较强的空间集中特征[2]。还有相关学者从时间和空间两个方面进行了研究:赵辉等对2014~2018年京津冀13个市的污染物进行分析,结果表明:京津冀地区除O3外的污染物呈现出冬季污染最高,春秋次之,夏季最低的特点以及南高北低的分布特点;而O3则与之相反[3]。申胜利等对天津市23个监测点的数据进行分析,污染物在季节上的变化十分明显,不同污染物的空间分布较为显著[4]。

  西方发达国家由于经济发展较快,相较我国更早的出现了大气环境污染问题,由此便开始了对大气环境污染的研究,并在污染分布特征方面做出了显著的成果。

  Beelen等使用普通克里金法分析与泛克里金法分析对不同的污染物进行模拟,并且得到了欧盟范围内大气污染物的空间变化趋势[5]。Bytnerowicz等选取欧洲中部的喀尔巴阡山为研究区域,运用不同的空间插值模型,对其污染物的时空分布特征进行研究[6]。Arto Puustincn等为研究PM10和PM2.5的时空分布规律,选取欧洲阿姆斯特丹、雅典、伯明翰、赫尔基辛四座城市作为研究区域[7]。Juliette对北海南部一个贸易港口的PM10、SO2、NOX、O3进行时空分布的研究,可以清楚的了解污染物的排放情况及污染程度[8]。

  1.2.2大气环境质量评价

  大气环境质量评价可以分为统计学方法和非统计学方法。在统计学上的方法主要包括模糊综合评价法、层次分析法、主成分分析法、灰色关联分析法等,非统计学方法主要包括BP神经网络、RBF网络法等。

  我国的专家学者分别运用了不同的方法对大气环境质量进行了评价:王棚飞等运用熵值法对重庆市五大功能区2007~2014年的大气环境质量进行评价,得出PM10是首要污染物[9]。罗运成运用模糊综合评价法对2015年中国10个重点城市的空气质量进行综合评价[10]。游国云结合综合指数和空气质量指数分析了都匀市2015~2017年的空气质量[11]。刘海红等利用新余市4个国控环境质量监测站点浓度的实时监测数据,运用主成分分析法对新余市2019年上半年空气环境质量进行了评价[12]。校园齐等采用灰色关联度法对新乡市大气环境质量进行评价研究,新乡市大气环境质量有待改善[13]。

  国外学者KhannaN通过综合评判不同空气污染物,提出新的API体系[14]。Onkal等运用模糊综合评价法对阿拉斯加的环境空气质量进行评价[15]。Gretchent运用神经网络模型进行大气环境质量评价[16]。Liu等改进BP神经网络,借助Matlab计算软件对大气环境质量进行评价[17]。

  1.2.3大气环境问题防治对策

  在大气污染防治早期主要采用点对点的防控措施[18],并没有与具体的大气环境相结合,导致污染物的排放达标但空气质量仍不能满足人们的需求[19]。由此,国内外学者对其进行了更深入的探究,并制定了污染物总量控制的防治措施与管理体系[20]。

  上世纪60年代,国外学者对污染物总量的控制进行了深入探究,并陆续确定了多种控制方法[21][22][23]。其中,污染物总量控制法对我国的影响最为深远。“大气污染物总量控制”的理念于20世纪60年代末由日本学者提出[24],在70年代,正式被纳入日本的法律法规中,规定对十一个区域进行SO2的总量控制,并计划在两年内进行进一步的推广[25]。

  直到上世纪80年代,我国开始学习日本的大气污染总量控制的防治措施,并在90年代,制定了融入污染物控制理念的专项措施和污染物排放准则[26]。通过多年学习国外学者的成功经验和自身研究的基础之上,我国专家学者也取得了不菲的成就。陆雅静等对2005~2012年石家庄市的空气质量进行分析,研究发现首要污染物是PM10,其次为SO2,呈现尘污染和煤烟型污染特征[27]。梁静等对造成2006~2012年北京市大气污染的原因进行分析发现主要污染物是PM10[28]。由于自然条件和社会环境的差异造成每个地区的污染状况的不同,因地制宜的制定防治措施才能解决当地的污染问题。

  1.2.4文献评述

  通过对大量期刊、著作等资料的阅读,可以看出国外对大气环境问题的研究开始较早,且在大气环境治理方面已经取得了显著的成效。较之国外,我国经济起步较晚,大气环境问题及其研究也较晚,如今我国作为能源消费第二大国,自然应承担起相应的大气环境治理的责任。近几年太原市的大气环境问题仍比较突出,从以颗粒物和二氧化硫为主的煤烟型污染逐渐向复合型转变,在全国具有代表性,虽然相关学者对太原市的环境问题进行了研究,但仍需要进行深入系统的分析。基于此,本文以太原市为研究对象,将对太原市的大气环境问题进行更深入的探索和研究,为更好的提升太原市大气环境质量提供参考。

  1.3研究内容与方法

  1.3.1研究内容

  (1)在分析国内外相关研究和实践的基础上,对大气环境污染的分布特征、环境质量评价和防治措施进行了深入的研究,这对进行太原市大气环境污染的研究奠定了坚实的基础。

  (2)在具体分析了太原市的自然环境和社会环境的情况后,对造成大气环境污染的六项污染物进行年均值和月均值的作图分析。

  (3)在ArcGis软件的支持下,做出2018年太原市内六区各种污染物的空间分布,并对此进行分析。

  (4)运用模糊综合评价法对太原市2018年大气环境质量进行评价并得出造成太原市大气环境污染的主要影响因子。

  (5)结合上述分析,找出太原市大气环境存在的一些问题,有针对性的提出整改和防治措施,改善太原市大气环境质量。

  1.3.2研究方法

  (1)实证分析法。在综合分析太原市自然和社会环境的基础上,选取SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5作为评价因子。通过与国家环境空气质量二级标准进行作图,并对污染物进行空间上的作图分析,进而对太原市的大气环境状况有一个总体的认识。

  (2)定量分析法。本文将对影响环境的污染因子通过对造成大气环境污染的贡献度来进行量化,运用模糊综合评价法构建隶属度函数,通过计算得出太原市大气环境质量的等级和造成大气环境污染的主要影响因子。

  (3)文献分析法。通过阅读大量著作、期刊等有关文献,归纳和梳理国内外学者对大气环境质量的相关研究和成果,以此为基础形成对太原市大气环境问题的认识和研究。

  2太原市环境概况

  2.1自然环境概况

  太原市位于山西省的中北部,华北地区黄河流域中部,汾河自北向南横贯太原市全境。地理坐标为东经111°30′~113°09′,北纬37°27′~38°25′之间。北、西、东三面环山,中部和南部为汾河河谷平原,整体呈北高南低的簸箕形,山地丘陵多,平原少,地形条件复杂,平原面积1240平方公里,丘陵面积2117平方公里,山地面积3631平方公里。

  太原市属于四季分明的北温带大陆性季风气候,夏季盛行东南风,冬季盛行西北风,年平均风速为1.8/秒~2.4米/秒。降水主要集中在4~9月份,降水量约为440.7mm,占全年降水总量的82%。常年平均气温为11.3℃,七月份最热,一月份最冷。全年光照充足,年光照时数为2500~2750h,属于全国高照率范围。

  太原市建成区绿化覆盖面积达151.87平方公里,园林绿地面积133.98平方公里,公园绿地面积44.93平方公里。矿产资源丰富,地处煤海中部,储量居于全省第七位,煤炭、铁矿、石膏被称为太原三大矿产。

  2.2社会经济概况

  太原市是山西省的省会和全省的政治、经济、文化、教育和交通中心。总面积6988平方公里,辖古交一个县级市,清徐、娄烦、阳曲三个县,市区分为杏花岭区、迎泽区、小店区、尖草坪区、万柏林区和晋源区,形成了六区三县一市的格局。2018年末,全市常住人口442.15万人。户籍人口376.72万人,其中,城镇人口375.27万人,较上年增加4.31万人,乡村人口66.88万人,减少0.12万人。建成区面积为340平方公里。2018年太原市GDP达到3884.48亿元,比上年增长9.2%。其中,第一产业增加值41.05亿元,增幅为0.7%;第二产业增加值1439.13亿元,增幅为10.3%;第三产业增加值为2404.3亿元,增幅为8.8%。一、二、三产业比重由上年的1.2:37.6:61.2调整为1.1:37:61.9。第三产业占比提高0.7个百分点,第三产业和第二产业成为支撑太原市国民经济的主要贡献力量,产业结构不断优化升级。2018年,太原市实现工业增加值961.33亿元,增幅11.49%。其中,规模以上工业增加值增幅为10.8%。

  3太原市大气污染物的时空分布特征及分析

  3.1太原市大气污染物的时间分布特征

  3.1.1评价指标及评价标准

  本文选取SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5作为评价的指标,采用《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中的二级浓度限值作为六种污染物的评价标准,污染物浓度标准限值如表3-1所示。

  表3-1污染物浓度限值

  污染物项目二级浓度限值(mg/m3)

  SO2 0.06

  NO2 0.04

  CO 4

  O3 0.16

  PM10 0.07

  PM2.5 0.035

  3.1.2数据来源

  数据主要来源于2015~2019年中国统计年鉴、PM2.5历史数据以及太原市大气监测站的数据,包括六种污染物的年均值、月均值以及太原市内六区各监测站点(小店监测站、坞城监测站、桃园监测站、尖草坪监测站、金胜监测站、晋源监测站)的逐时数据,在对数据进行处理后,以此作为研究的基础材料。由于一些城区监测站点的数据没有在网上进行发布,故选择临近站点的监测数据作为本站数据。

  3.1.3太原市污染物年均分布特征

  选取2014~2018年为监测时段,对太原市六种污染物的浓度进行年均值的作图分析,如图3-1。

  图3-1 2014~2018年各污染物浓度变化趋势

  总体来看,除CO年均浓度始终低于标准浓度限值外,其他污染物的年均浓度均在不同程度上高于标准浓度限值,各污染物的具体分析如下:

  (1)SO2的浓度值逐年下降,并从2017年开始低于标准浓度限值,较上年下降0.014mg/m3,2018年继续大幅度下降,下降0.025mg/m3,2018年较2015年下降53.16%,实现了在《太原市打赢蓝天保卫战三年行动计划》中,力争SO2平均浓度较2015年下降50%左右的目标。在《太原市打赢蓝天保卫战2019年行动计划》中,SO2平均浓度同比下降30%,就要求2019年其排放量则要达到0.020 mg/m3及以下。

  (2)NO2的污染浓度逐年上升,在2016年开始高于标准浓度限值,2016~2017年间其超标倍数分别为0.15倍、0.35倍,在2018年污染浓度值有所下降,超标倍数为0.3倍。

  (3)O3的浓度情况呈现逐年上升的趋势,在2017年开始高于其标准浓度限值,2017~2018年污染浓度超标倍数为0.156倍和0.194倍,污染物浓度分别上升了0.045mg/m3、0.006mg/m3。

  (4)PM10和PM2.5在2015年均有较大幅度的下降,但随即又发生了反弹,但PM10从总体来看仍呈现上升的趋势,而PM2.5呈现出下降的趋势。

  从上述来看,太原市的大气环境仍然不容乐观,SO2、CO和PM2.5整体呈现下降趋势,这与“打赢蓝天保卫战”计划密不可分,加快产业结构的调整,淘汰落后产能,加快清洁能源的发展等,多措并举使得防治工作收到显著成效。但另外三种污染物浓度值逐年上升,主要由于:机动车数量的激增以及发电厂、煤炭厂等行业排放的废气造成污染愈发严重。

  3.1.4太原市污染物月均分布特征

  (1)SO2

  图3-2 2014~2018年SO2月平均浓度变化

  从图3-2可以看出,2014~2018年污染物SO2月平均浓度呈先下降后上升的“U”型趋势。其中1~4月份逐月下降,4~10月份基本保持稳定,10~12月份逐月上升。每年的1月份与12月份SO2月均浓度值基本为全年最高水平,呈现出供暖期污染严重非供暖期污染轻的特点。在研究期间内,2016年12月份的污染最为严重,浓度值为0.186mg/m3,超过污染物SO2的二级浓度标准限制(0.06mg/m3),超标倍数达2.1倍。2018年只有1月份的浓度值超过了其标准浓度限值,超标倍数仅为0.005倍,由此看来,SO2的治理效果比较显著。

  (2)NO2

  图3-3 2014~2018年NO2月平均浓度变化

  由图3-3可知,污染物NO2在2014~2018年中,其月均浓度变化趋势相对较小,但变动较多。研究期间内,污染物NO2的变化趋势大致相似,总体上呈现先下降后上升的循环往复的波浪形发展趋势。2014~2015年污染物NO2污染情况较为乐观,共有17个月在其二级标准浓度限值内,但在2015年后,达标的月份逐年减少。总体来看,污染物NO2呈现逐年上升的趋势,污染情况较为严峻。

  (3)CO

  图3-4 2014~2018年CO月平均浓度变化

  由图3-4可知,在2014~2018年期间,CO的浓度值均在浓度限值水平内,且保持稳定的逐年下降趋势。每年的1月、2月和12月份基本为全年的最高浓度水平,5~9月份比较平稳。2014年CO的最高浓度值出现在1月份,为3.035mg/m3,最低浓度值出现在5月份,为0.997 mg/m3,下降幅度最大的为5月份,降幅可达48.5%;2018年污染物CO的变化趋势比较平稳,1月较同期下降0.987mg/m3,同比下降幅度最大,降幅达43.1%。

  (4)O3

  图3-5 2014~2018年O3月平均浓度变化

  由图3-5可知,2014~2018年O3的月均浓度变化呈倒U型趋势,与前几种污染物不同,O3的月平均浓度在采暖期低于非采暖期。除2017年6月份、7月份和2018年的6月份外,其他时候的浓度值均在标准浓度限值内。在研究期间内,污染物月均浓度首先呈上升趋势,在6、7月份达到全年的最高水平,随后保持稳定下降。但总体上污染物浓度呈逐年上升的趋势,应该对其进行更密切的关注。

  (5)PM10

  图3-6 2014~2018年PM10月平均浓度变化

  由图3-6可知,2014~2018年间污染物PM10的变化趋势基本保持一致,除2014年外,污染物月均浓度在2月份略有下降,后又升高,3~6月份保持稳定下降,非采暖期污染物浓度变化幅度不大,8~12月期间呈上升趋势。污染物超标最严重的情况出现在2016年的11月份,污染物浓度达0.238mg/m3,超过PM10二级标准浓度限值(0.07mg/m3)的2.4倍,环比增长77.6%。

  (6)PM2.5

  图3-7 2014~2018年PM2.5月平均浓度变化

  由图3-7可知,2014~2018年PM2.5月平均浓度先下降后上升,采暖期的污染最为严重。在2014~2018年间,PM2.5浓度只有在2018年的8月份和9月份浓度达标,其他时候均超过PM2.5标准浓度限值,污染水平较为严重。在研究期间内,每年的1月和12月的PM2.5浓度值基本为全年的最高水平,超标倍数分别为1.43倍、1.43倍、1.37倍、2倍、0.8倍、3.29倍、2.51倍、1.17倍、1.06倍和0.94倍,其中超标最严重的为2016年12月份PM2.5月均浓度限值为0.15mg/m3,是监测时段最高水平。

  通过上述分析,可以看出除O3外的其他污染物呈现出采暖期污染浓度高,非采暖期污染浓度低的特点,主要由于:采暖期由于供暖需求的增加,煤炭燃烧产生了大量的废气,并且太原市在冬季降水少,空气流动性差,污染物不易扩散;而在非采暖季,降水增加,为污染物的扩散提供了有利条件。而O3的污染浓度在采暖期低于非采暖期,原因是:除受污染物浓度影响外,O3的污染情况还受太阳辐射、温度、湿度等环境因素的影响。夏季光照充足、气温高、云量少、风力弱,为O3的形成提供了良好的自然条件,因此O3的浓度一般在夏季最高。

  3.2太原市大气污染物的空间分布特征

  根据太原市大气污染物的时间分布特征可知:除O3外的其他污染物基本呈现供暖期污染物浓度高,而O3则在非供暖期污染浓度高的特征。因此,本节在基于太原市2018年的时序日监测数据的基础上,通过对数据的处理,利用ArcGIS软件对除O3外的其他污染物做太原市内六区12月份的污染情况分布图,对O3做市内六区6月份的污染分布图,以有针对性的进行深入分析。太原城区分为六个区,选取最低污染浓度值作为优等级,最高污染浓度值作为重度污染等级,总共分为六个等级,具体如图3-8所示:

  图3-8 2018年太原市各污染物空间分布

  由图3-8可知,2018年太原市SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5的空间分布格局变化不大,整体上呈现南高北低的分布特征。这与太原市的地形、经济社会因素有很大的关系:北边大气质量较好的城区地势较高,自然植被覆盖率良好,且位于主导风的上风向,大气质量较好。污染较为严重的南部地区,地势平坦,工业企业众多,经济发展迅速,人类活动频繁,造成南部地区的空气污染重于北部地区。

  O3的污染情况不同于其他污染物,这与它本身的性质相关。臭氧是车辆和工业释放出的氮氧化物等污染物以及机动车、溶剂和工业释放的挥发性有机化合物经阳光中紫外线照射后发生光化学反应形成的。杏花岭区和迎泽区作为太原市的中心城区,人口密度大,是太原市的交通枢纽,受机动车尾气排放影响大;晋源区的企业多为焦化、煤炭、铸造等行业,造成了O3污染严重。

  4太原市环境空气质量评价

  4.1模糊综合评价法简介

  模糊综合评价法是借助模糊数学的隶属度理论,将定性评价转化为定量评价,对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。

  4.2基于模糊数学综合法的太原市环境空气质量评价

  (1)确定评价对象的因素集U={u1,u2,……,un}

  根据对太原市近五年大气环境影响较为严重的污染指标以及《环境空气质量标准》(GB3095-2012)等因素的综合分析,选取SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5六种污染物作为模糊综合评价的因素。因此,建立的评价因素集合为U={SO2,NO2,CO,O3,PM10,PM2.5}。

  (2)确定评价对象的标准集V={v1,v2,……,vn}

  由于《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中仅将污染物的污染情况分为一级和二级,为了对太原市大气环境污染进行更为具体的描述,此处选择《环境空气质量标准》(GB3095-1996),并对其进行必要的补充,将其扩充至四个等级,分别为优(Ⅰ级)、良(Ⅱ级)、轻度污染(Ⅲ级)和中度污染(Ⅳ级),即对象评价标准集V=(Ⅰ级,Ⅱ级,Ⅲ级,Ⅳ级),如表4-1所示:

  表4-1空气质量等级及污染物浓度限值

  空气质量等级污染物浓度限值(mg/m3)

  SO2 NO2 CO O3 PM10 PM2.5

  优(Ⅰ级)0.05 0.02 2 0.12 0.05 0.035

  良(Ⅱ级)0.15 0.04 4 0..16 0.15 0.075

  轻度污染(Ⅲ级)0.50 0.08 6 0.20 0.25 0.115

  中度污染(Ⅳ级)1.50 0.15 10 0.25 0.35 0.150

  (3)建立隶属函数

  综合分析评价对象的标准集以及太原市大气污染的实际情况,采用降半梯形模糊分布确定隶属度函数,公式如下:

  对I级空气的隶属度函数,j=1时

  对j级至m-1级空气的隶属度函数:j=2,3,……,m-1时

  对m级空气的隶属函数:j=m时

  式中:

  I------评价因子;

  J------评价标准;

  Xi------第i个评价因子的监测浓度;

  Lij------第i个评价因子的第j级浓度限值;

  将12个月份的污染值带入隶属度函数中可以得到i×j阶的隶属度矩阵R:

  (4)确定权重矩阵A

  由于影响环境空气质量的因子众多,但其对大气污染的影响程度不同,结合实际情况,采用污染物浓度超标加权法来确定各项污染物所占权重:

  =

  其中:Si=()

  对Wi进行归一化处理:

  式中:

  Wi------权重因子;

  Si------第i个评价因子各级大气标准的平均值;

  ai------第i个评价因子的权重值

  通过上式计算求得各指标的权重值,构成权重矩阵A

  A=(a1,a2,……,an)

  (5)模糊矩阵的复合运算

  采用复合运算,在隶属度矩阵R和权重矩阵A的基础上求得模糊综合评价子集B(B=AR)。

  (6)确定大气环境质量级别

  根据最大隶属度原则来确定大气环境质量的等级,即隶属度最大值所在的等级即为最终空气质量等级。

  4.3评价结果

  表4-2 2018年12个月份污染因子权重

  月份SO2 NO2 CO O3 PM10 PM2.5

  1月0.042 0.258 0.087 0.091 0.240 0.282

  2月0.035 0.216 0.079 0.170 0.224 0.276

  3月0.025 0.236 0.066 0.191 0.232 0.250

  4月0.015 0.239 0.056 0.253 0.252 0.185

  5月0.012 0.230 0.053 0.297 0.233 0.174

  6月0.010 0.248 0.055 0.341 0.197 0.148

  7月0.006 0.205 0.075 0.373 0.161 0.179

  8月0.006 0.224 0.073 0.361 0.167 0.170

  9月0.011 0.305 0.072 0.245 0.210 0.157

  10月0.012 0.313 0.063 0.168 0.245 0.197

  11月0.019 0.301 0.074 0.079 0.263 0.264

  12月0.028 0.295 0.085 0.065 0.273 0.254

  由表4-2可知,从污染因子权重来看NO2>O3>PM10>PM2.5>CO>SO2,由此可知太原市2018年NO2是最主要的污染物。除O3外的污染物在时间上基本上呈现供暖期污染浓度高,非供暖期污染浓度低的特征,但O3与之相反,采取有效措施治理会进一步提升太原市的大气环境质量。SO2和CO的控制情况较为良好,但仍要加强对其控制,保持减排措施,进一步缩减其排放量。

  采用模糊综合评价法得到太原市2018年12个月份的大气环境质量评价结果如表4-3所示:

  表4-3 2018年太原市大气环境质量评价结果表

  日期Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级评价结果

  隶属度

  1月0.2809 0.6481 0.0710 0Ⅱ

  2月0.4264 0.5736 0 0Ⅱ

  3月0.2716 0.5753 0.0531 0Ⅱ

  4月0.5108 0.4593 0.02986 0Ⅰ

  5月0.3936 0.5834 0.0230 0Ⅱ

  6月0.2944 0.6047 0.1009 0Ⅱ

  7月0.6544 0.3456 0 0Ⅰ

  8月0.6978 0.3022 0 0Ⅰ

  9月0.6322 0.3526 0.0152 0Ⅰ

  10月0.4688 0.4140 0.1172 0Ⅰ

  11月0.1716 0.5895 0.2390 0Ⅱ

  12月0.2227 0.6062 0.1711 0Ⅱ

  由表4-3可知,2018年太原市大气环境质量评价均为Ⅰ、Ⅱ级,为Ⅰ级的月份分别为4月和7~10月份,主要集中在非采暖期。评价结果表明,太原市2018年的整体空气质量达到环境空气质量二级标准。

  4.4太原市大气环境存在的问题

  通过第三章和第四章的描述,可以对太原市的大气环境现状有了一个整体的了解,虽然太原市在改善大气环境质量方面作了很多努力,但在一些方面仍然存在许多问题:

  (1)自然原因

  太原市东、西、北三面环山,整体地形呈簸箕形,且夏季盛行东南风,冬季盛行西北风,难以形成对流,污染物难以扩散,堆积在山窝处,造成严重的大气污染。

  (2)工业布局不合理

  由于缺乏长远的发展眼光,太原市在初期布局时忽略了城市化发展带来的土地向外扩张。随着城市规模的不断扩大,许多大型重化工企业等高污染企业逐渐趋于城市边缘,比如:太钢和二电厂都位于城市主导风的上风向,重机、染料厂等与居民区交织,加大了污染带来的影响。再加上许多企业技术水平落后、生产工艺低下,污染问题严重。

  (3)产业结构和能源消费结构不合理

  太原市作为我国重要的能源基地和工业基地,长期以来高耗能、高污染、低产出的重工业占据经济发展的主导地位,工业废气污染十分严重。煤炭作为主要的能源,为太原市经济的发展提供了天然的优势,但随着全球能源结构的调整以及太原市煤炭资源的枯竭,这种优势不复存在,但由于煤炭开采而造成的地面沉降以及自然植被的破坏却给太原市环境的治理带来了许多困扰。

  (4)机动车尾气污染

  经济的快速发展,机动车的普及,给人们的生活带来了极大的便利,但机动车尾气的排放却越来越严重,根据太原市统计局公布的数据可知:截止2018年太原市汽车保有量为155.3万辆,较2017年同比增长8.13%。太原市作为北方城市重要的交通枢纽,每年承载的机动车数量更是难以计数,这也成为大气污染的重要影响因素。

  (5)意识薄弱

  由于尚未形成对大气环境的保护意识,政府和公众对其关注度不高,在面对严重的大气污染违法行为时,法律意识和环境主体意识淡薄,也是造成大气污染愈发严重的原因。

  5太原市大气污染防治对策及建议

  通过对太原市大气污染的时空分布特征及对空气质量进行评级,对太原市的大气环境质量有了一个整体的认识,并从中找到了太原市大气环境的问题所在,因此,本节将针对造成太原市大气环境污染的问题提出改善的对策和建议,以提高太原市的大气环境质量。

  5.1优化产业结构

  太原市作为资源型城市,具有天然的资源优势,这为太原市的社会经济发展提供了优势,但同时也造成大气环境的严重污染。传统的高消耗、高污染、低产出的发展方式已经不能满足经济社会的快速发展,因此,应该加快淘汰落后产能,通过扶持旅游业等第三产业和高新技术产业来逐渐替代高污染产业,加快产业结构的转型升级。

  太原市第二产业发展较快,与众多钢铁、焦炭等行业密不可分,工业废气的污染占到太原市大气污染的80%,因此应该注重对这些行业的工艺改造和技术升级,提高资源和能源的利用率,降低污染排放对大气环境的影响,鼓励焦化企业对传统湿法熄焦工艺进行改造,燃煤电厂、钢铁企业进一步采取有效措施减少烟气中可溶性盐、硫酸雾、有机物等。加强工业企业安排放源控制,完善脱硝系统氨捕集和氨逸散管控[太原市人民政府.太原市打赢蓝天保卫战三年行动计划[R].太原市,2018.]。

  5.2促进集中供暖

  截止到2018年太原市集中供热范围达1.95亿平方米,约占供热面积的91.9%,仍有部分地区没有达到集中供暖的条件,应该加快集中供暖基础设施的建设,争取实现全市集中供暖。加快推进以气代煤和以电代煤计划的实施,积极有效推进清洁能源的使用。对暂不具备清洁能源代替的地区加强煤质的监管,严厉打击销售劣质煤的行为,保障清洁煤的供应。

  5.3合理规划工业布局

  功能区的布局在治理大气环境中起到十分重要的作用,工业区要远离生活区,设置在城市盛行风的下风向和城市河流的下游,且应设置绿化带进行污染空气的净化。重污染企业尽量不要设置在地势较低的盆地地区,应布置在通风良好的郊外,避免由于污染物难以扩散而造成的污染堆积。加快重污染企业如建材、焦化以及一些低端化工企业的搬迁改造,加快对建成区内太钢、太化、热电厂的拆迁工作。

  5.4加强对机动车尾气的控制

  从问题的分析可以知道,机动车的尾气对太原市的大气环境污染的贡献程度越来越大,对机动车尾气的控制迫在眉睫。应该加快推广机动车的I/M制度,定期对机动车进行强制检测,并对出现故障的车辆进行强制修理;加强对油品质量的监督,坚决取缔黑加油站,进一步推广燃油清洁剂;实施更加严格的机动车排放标准,加快淘汰高排放车辆;加大资金补贴力度,加快充电桩等基础设施的建设,进一步推广新能源汽车。

  5.5加强科学技术支撑

  太原市拥有众多的高等院校,应该充分发挥其科研技术水平,组织建立应对和防治大气环境污染的科研小组,对造成太原市大气环境污染的成因进行深入探究,制定出适合太原市防治大气环境污染的有效措施。改善大气环境质量需要全社会共同的努力,公司企业可以通过资金的支持,为科研小组提供长期的研发资金。

  5.6完善大气环境相关的政策规范

  随着大气环境污染的愈发严重,党的十九大做出了“打赢蓝天保卫战”的重大决策部署,这对改善环境空气质量具有重要意义和影响。太原市在此基础上发布了《太原市打赢蓝天保卫战三年行动计划》,使得大气环境问题的治理取得显著成效。

  法律是保障大气环境保护工作顺利进行的有力武器,只有实行严格的法律法规,才能为保护大气环境提供有力保障,让污染行为无处遁形。经过多次修订的《山西省大气污染防治条例》针对经济发展仍存在的问题以及大气环境质量现状,从立法原则到主要内容上都做了巨大的调整,对大气环境质量的保护提出了新的要求,通过法律形式倒逼产业结构转型升级。

  5.7加强公众参与

  人民群众是经济社会发展的主要参与者,是大气环境污染的主要受害者,同样更应该是大气污染防治工作的践行者。加强公众参与可以对大气环境质量的改善起到监督和推动的作用。

  首先,政府应该保障公众参与的权利,接受公众的监督。因此,政府应该及时公开相关的大气环境信息,为公众的监督提供渠道,扩大公众的知情权和监督权。适当的建立公众参与的激励机制和监督机制,切实保证公众参与的权利和积极性。其次,加强对公众保护环境以及相关法律法规的教育,让更多的人了解到环境安全的重要性,以及每个公民都有权利并且有义务来保护我们所处的环境,增强环境法律意识和责任意识,当自身的权益受到损害时能够运用法律的手段来保护,并且在日常生活中对自己的行为加以约束。