CN107609731A - 一种环境空气质量评价方法 - Google Patents

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杨云云
李金娟
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Abstract

本发明公开了一种环境空气质量评价方法，该方法包括以下步骤：(1)确定环境评价因子；(2)确定环境评价因子的权重；(3)根据环境评价因子的权重建立评价模型；(4)通过评价模型计算各区域的评价竖直；本发明通过上述评价模型及权重的计算方法实现环境质量的评价，评价结果更加精确可靠、更加科学合理，通过权重的改变，可行性较高，可应用于实际的环境质量评价工作中，同时，运用GIS技术，可充分直观地研究环境污染物容量区域，并能将该区域环境情况形象直观地显示出来，相关部门应选用定量结合区域空间分析的GIS空间分析技术，有效控制大气污染源的监测与污染排放量。

Description

一种环境空气质量评价方法
技术领域
本发明属于环境空气质量评价技术领域，尤其涉及一种环境空气质量评价方法。
背景技术
根据最新《环境空气质量标准》(GB3095-2012)，全国各个城市逐步对环境空气中SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六项污染物进行监测和综合评价。
在我国，评价空气质量级别的方法有很多，一般较为常用的有空气污染指数法(AirPollution Index，简称API)、空气质量指数法(AQI)、空气质量综合指数等。
空气污染指数(AirPollution Index，简称API)是评估空气质量状况的一组空气污染指数数值。是将常规监测的SO2、NO2、PM10浓度简化成为单一的数值，并进行空气污染程度和空气质量状况分级。
当前对于空气污染评价数值，多采用“空气质量指数(Air Quality Index，简称AQI)”评价数值。AQI是一套在国际上被广泛应用的大气环境质量评价体系，是一种评价大气环境质量状况简单而直观的指标。AQI评价的SO2、 NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六项污染物因子具有不同的浓度限值，环境评价时候需将不同污染物的观测值折算成各个空气质量分指数IAQI，取各个分指数值中最大的一个数值作为AQI值。
空气质量综合指数是评价空气质量的另一指标，它与空气质量标准值进行比对，计算单项空气质量分指数，空气质量综合指数为这些参与评价的分指数之和。
上述的空气质量评价方法中，多通过监测数据进行简单的计算和统计分析，并未结合环境污染区域性的实际分析进行全面评价，评价不精确，其结果可靠性差和不科学。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种环境空气质量评价方法，基于空间位置分布特征，对各个区域进行分区域数据处理，评价模型更加合理，评价结果更精确、更可靠，更加科学，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种环境空气质量评价方法，该方法包括以下步骤：
(1)确定评价指标因子：根据污染源因子确定每个区域的评价指标因子，其评价指标因子包括SO2因子、NO2因子、PM10因子、PM2.5因子、CO因子、O3因子；
(2)确定评价指标因子的权重：包括SO2权重、NO2权重、PM10权重、 PM2.5权重、CO权重和O3权重，污染权重计算公式如下：
式中：L为空气质量综合指数，为第i个评价因子浓度的多年实测平均值，Cst为第i个评价因子的标准值，Li为第i个评价因子浓度空气质量分指数， Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重；
(3)根据环境污染的区域性，引入每一项评价指标因子的权重后，建立如下加权空气质量评价模型：
式中：V为加权空气质量评价数值；Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重，Ci为第i个评价因子浓度的实测值；Cst为第i个评价因子的标准值；
(4)根据划分的区域，通过步骤(3)中公式计算每个区域的加权空气质量评价数值。
上述步骤(4)中获得的每个区域的加权空气质量评价数值利用ArcGIS 制作的专题图。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过上述评价模型及权重的计算方法实现环境质量的评价，评价结果更加精确可靠、更加科学合理，通过权重的改变，可行性较高，可应用于实际的环境质量评价工作中，同时，运用GIS技术，可充分直观地研究环境污染物容量区域，并能将该区域环境情况形象直观地显示出来，相关部门应选用定量结合区域空间分析的GIS空间分析技术，有效控制大气污染源的监测与污染排放量。
附图说明
图1为2017年1月遵义市各区县空气质量综合指数分级显示图；
图2为2017年1月遵义市各区县加权空气质量评价数值分级显示图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-如图2所示，一种环境空气质量评价方法，该方法包括以下步骤：
(1)确定评价指标因子：根据污染源因子确定每个区域的评价指标因子，其评价指标因子包括SO2因子、NO2因子、PM10因子、PM2.5因子、CO因子、O3因子；
(2)确定评价指标因子的权重：包括SO2权重、NO2权重、PM10权重、 PM2.5权重、CO权重和O3权重；
权重是某一项污染物在评价因子中具有的比重，评价因子中对应权重分配对后期结果影响极大，合理的确立评价因子的权重对后期评价结果精确度具有积极影响；
权重确立方法中，一般需要从评价因子的重要性、空间分布差异等方面进行选择，实际操作中，评价因子的影响随空间位置差异会存在一定的变化，基于此，本发明借助研究区域长时间(一般不少于3年)内的环境监测数据，求取每个污染因子多年观测的平均数值，根据每项污染因子对空气质量综合指数的贡献率，获取每个区域的污染权重；污染权重计算公式如下：
式中：L为空气质量综合指数，为第i个评价因子浓度的多年实测平均值，Cst为第i个评价因子的标准值，Li为第i个评价因子浓度空气质量分指数， Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重；
(3)建立环境空气质量评价模型：现阶段相关模型包括：大气环境质量指数模型、灰色聚类法和模糊数学法等。指数模型一般具有计算便捷、操作简单的特点，可充分反映污染破坏的影响比例，分析处理中便于与地理空间信息相结合。为此，本文以大气环境质量指数模型法进行分析处理，计算公式如下：
式中：L为空气质量综合指数；Ci为第i个评价因子的监测浓度值；Cst为第i个评价因子的标准浓度值。各项大气污染物的浓度限值参见《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)；
但是，环境污染具有的特定区域性，每个区域不同的环境污染源所引发的环境污染程度差异巨大。故引入每一项评价分指数的权重，以便能真实反映不同区域同一时间空气质量状况，引入权重后，得出每个区域的加权空气质量评价数值；
建立环境空气质量评价模型：根据环境污染的区域性，引入每一项评价指标因子的权重后，建立如下加权空气质量评价模型：
式中：V为加权空气质量评价数值；Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重，Ci为第i个评价因子浓度的实测值；Cst为第i个评价因子的标准值；
(4)根据划分的区域，通过步骤(3)中公式计算每个区域的加权空气质量评价数值。
上述步骤(4)中获得的每个区域的加权空气质量评价数值利用ArcGIS 制作的专题图。
为了验证本发明的效果，给出如下实验事例。
实验事例：1、空气质量综合指数评价方法
借助遵义市2017年1月大气环境监测数据为例进行探讨。数据来源于《遵义市环境质量月报》(2017年1月)，选取2017年1月遵义市各区县空气质量监测数据，依照上文的提供的计算公式计算综合指数。选取SO2、NO2、PM10、 PM2.5、CO和O3六项污染物进行评价分析。并对最终数据进行评价、分析和专题出图。
2017年1月遵义市各区县空气质量监测数据以及综合指数(L)如下表所示：
表1、遵义市2017年1月环境空气质量监测数据统计一览表
行政区 SO2 NO2 PM10 PM2.5 CO O3 综合指数
道真县 8 13 26 17 0.7 94 2.08
余庆县 11 17 50 29 1.3 83 2.99
播州区 21 10 49 23 2.6 78 3.09
习水县 21 5 63 46 1.5 45 3.35
桐梓县 15 17 67 40 0.8 79 3.47
正安县 19 14 76 37 1 99 3.68
绥阳县 12 12 64 50 1.2 89 3.7
凤冈县 4 8 67 56 1.4 105 3.83
务川县 10 22 85 36 2.4 69 3.99
汇川区 14 27 63 48 1.5 80 4.05
红花岗区 18 29 76 55 1.3 80 4.5
仁怀市 15 30 77 58 1.4 81 4.61
赤水市 24 24 84 60 1.5 57 4.65
湄潭县 17 20 84 66 1.2 89 4.73
注：月均浓度值(单位：除CO为毫克/立方米外，其它均为微克/立方米)。根据《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663-2013)CO、O3综合分指数分别按95、90百分数计算而得。
利用ArcGIS制作的专题图如下(专题图以各个区县作为独立的空气质量评价单元，计算各个区域的空气质量综合指数，以颜色的深浅代表综合指数的大小进行分级显示)，如图1所示：
结合图1可以看出，2017年1月，湄潭县、赤水市、仁怀市空气质量综合指数较高，相对于其他区县污染较为严重，道真县、余庆县污染程度相对较轻。由此，我们能清晰、明了地了解遵义市1月份各个区县的空气质量综合指数，以及直观地对不同区域污染严重程度作横向对比。
2、加权空气质量评价方法
针对提出的环境质量评价的特定区域性，每个区域不同的环境污染源所引发的环境污染程度巨大差异，故引入每一项评级分指数的权重，以便能真实反映不同区域同一时间空气质量状况。引入权重后，得出每个区域的加权空气质量评价数值，详细步骤如下：
1)确定权重
借助遵义市2014-2016年的环境监测数据，求取每个污染因子3年内观测数据的平均值，根据《环境空气质量标准(GB3095-2012)》计算每项污染因子的分指数以及综合指数。然后根据每项污染因子对空气质量综合指数的贡献率，获取每个区域的污染权重。2014-2017年遵义市各区县空气质量分指数以及综合指数(L)、贡献率(权重)如下表所示：
表2、遵义市中心城区2014年-2017年环境空气质量分项权重表
2)计算加权空气质量评价数值
根据表2以及遵义市2017年1月大气环境监测数据，计算每个区县的加权空气质量评价数值，见表3。
表3、遵义市各区县2017年1月加权空气质量评价数值统计一览表
行政区 SO2 NO2 PM10 PM2.5 CO O3 综合指数 V
道真县 8 13 26 17 0.7 94 2.08 0.38
余庆县 11 17 50 29 1.3 83 2.99 0.59
播州区 21 10 49 23 2.6 78 3.09 0.55
习水县 21 5 63 46 1.5 45 3.35 0.70
桐梓县 15 17 67 40 0.8 79 3.47 0.71
正安县 19 14 76 37 1 99 3.68 0.69
绥阳县 12 12 64 50 1.2 89 3.7 0.81
凤冈县 4 8 67 56 1.4 105 3.83 0.90
务川县 10 22 85 36 2.4 69 3.99 0.82
汇川区 14 27 63 48 1.5 80 4.05 0.83
红花岗区 18 29 76 55 1.3 80 4.5 0.95
仁怀市 15 30 77 58 1.4 81 4.61 0.93
赤水市 24 24 84 60 1.5 57 4.65 0.89
湄潭县 17 20 84 66 1.2 89 4.73 1.03
利用ArcGIS制作的专题图如图2(专题图以各个区县作为独立的空气质量评价单元，计算各个区域的加权空气质量评价数值，以颜色的深浅代表加权空气质量评价数值的大小进行分级显示)，如图2所示。
上述事例结论、通过加权空气质量评价方法分析可以得出，湄潭县、仁怀市加权空气质量评价数值较高，相对于其他区县污染较为严重，道真县、余庆县污染程度相对较轻。这与空气质量综合指数评价法得到的结果相符，各个行政区域在横向比较也与空气质量综合指数评价法相符。
本发明的评价方法借助“权重改变”处理手段进行环境质量的评价，可行性较高，可应用于实际的环境质量评价工作中，同时，运用GIS技术，可充分直观地研究环境污染物容量区域，并能将该区域环境情况形象直观地显示出来，相关部门应选用定量结合区域空间分析的GIS空间分析技术，有效控制大气污染源的监测与污染排放量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种环境空气质量评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)确定评价指标因子：根据污染源因子确定每个区域的评价指标因子，其评价指标因子包括SO2因子、NO2因子、PM10因子、PM2.5因子、CO因子、O3因子；
(2)确定评价指标因子的权重：包括SO2权重、NO2权重、PM10权重、PM2.5权重、CO权重和O3权重，其计算公式如下：
<mrow> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>6</mn> </munderover> <mfrac> <mover> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>
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<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow>
式中：L为空气质量综合指数，为第i个评价因子浓度的多年实测平均值，Cst为第i个评价因子的标准值，Li为第i个评价因子浓度空气质量分指数，Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重；
(3)建立环境空气质量评价模型：根据环境污染的区域性，引入每一项评价指标因子的权重后，建立如下加权空气质量评价模型：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>6</mn> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中：V为加权空气质量评价数值；Qi为第i个评价因子在评价区域类污染源中所占的权重，Ci为第i个评价因子浓度的实测值；Cst为第i个评价因子的标准值；
(4)根据划分的区域，通过步骤(3)中公式计算每个区域的加权空气质量评价数值。
2.根据权利要求1所述的一种环境空气质量评价方法，其特征在于：上述步骤(4)中获得的每个区域的加权空气质量评价数值利用ArcGIS制作的专题图。
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