西安市空气质量检测模型

一. 问题提出

1.1背景介绍

西安市是中国重要的能源与化工城市，其工业化与城市化的快速发展对城市环境产生了重要影响。由于热电、煤化工等行业的发展，以及汽车数量的不断膨胀。至使城市的空气不可避免的受到污染，近年来，市委市政府立足资源型城市可持续发展战略，努力创建国家园林城市，国家卫生城市，国家森林城市，都对改善市区空气质量提出了更高的要求。

二．基本假设

(1)表格中已有的数据具有权威性,值得相信,具有使用价值.

(2)空气质量相同等级的污染程度相同.

(3)假设该市各种影响空气质量的软因素(如工农工业发展,人口数量)保

持平稳变化。

(4)假设各种因素对环境的影响最终主要表现在可吸收颗粒,二氧化硫,二

氧化氮等等上。

三．问题的分析

（1）根据西安市最近几年影响空气质量的因素的进行统计分析，利用API 与AQI两种方法分别对西安市的空气质量做出评价。

(2) 分析影响西安市空气质量的原因；

（3）可以建立综合分析模型，利用最小二乘法对西安市2013年4月30-5 月6日的空气质量进行预测。

(4)就环境空气质量的监测与控制对西安市环保部门提出建议，这可以从

生态建设理念与调整产业结构等方面考虑。

四．模型的建立与求解

（一）．基于API 方法的西安城市大气环境质量评价

1 空气污染指数（API ）

空气污染指数, 是一种评价空气质量好坏的量化指标, 它是在美国污染物标准指数( PSI) 评价法的基础上加以简化, 将常规监测的几种空气污染物浓度简化成污染指数, 并分级表征空气质量状况与空气污染的程度, 其结果简明直观, 使用方便, 适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势[ 1-2]API 法首先用内插法计算各污染物的分指数, 根据污染分指数确定区域空气污染指数, 并确定该污染物为首要污染物。空气污染指数确定后, 再判定空气环境质量级别并做出空气质量描述。

2 计算各污染物的污染分指数

使用西安市环境监测站提供的西安市大气污染物浓度监测数据, 共设13个点，分别在高压开关厂、兴庆小区、纺织城、小寨、市体育场、高新西区、经开区、长安区、阎良区、临潼区、曲江文化集团、广运潭、草滩。 表一 西安市2012 年大气污染物月均值统计

污染指数与各项污染物质量浓度的关系是分段线性函数, 用内插法计算各污染物的分指数I i ,具体计算方法如下: 对于第i 种污染物的第j 个转折点

),(,,j i j i I C 的污染分指数和相应的质量浓度限值见表2。当第i 种污染物质量浓度

1,,+≤≤j i i j i C C C 时, 其分指数为: ()j i j i j i j

i j i j i i i I I I

C C C C I ,,1

,,1,,+---=

++

m j n i 3,2,1;3,2,1==

式中: i I —第i 种污染物的污染分指数; i C —第i 种污染物的质量浓度监测值; j i I ,—第i 种污染物j 转折点的污染分指数值; 1,+j i I —第i 种污染物j + 1转折点的污染分指数值;

j i C ,—第j 转折点上i 种污染物( 对应于j i I ,) 质量浓度限值; 1,+j i C —第j+ 1 转折点上i 种污染物( 对应于!,+j i I ) 质量浓度限值。 其中计算时j i I , 、1,+j i I 、j i C , 、1,+j i C 等4 个参数值可通过查表2 得到。

表2 空气污染分指数及对应的污染物项目浓度限值 3/m g μ

质量级别 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ1级

Ⅲ2级

Ⅳ1级 Ⅳ2级 Ⅴ级 状况 优

良

轻微污染 轻度污染 中度污染 中度重污染 重度污染 AP I 指数

0～50 51～100

101～150

151～200

201～250

251～300

301～500

污染分指数的计算结果只保留整数, 小数点后的数值全部进位。计算出2012年1月—2013年4月各污染物的污染分指数,见表（3）

表3 2012年1月—2013年4月各污染物的污染分指数 3/m g μ 年份 /年 月份 /月 2SO 2NO 10PM CO

3O

5.2PM

1月

62.97

68.75

77.75

－

－

－

2012年

2月 51.465 47.125 67.375 －

－ － 3月 43.4 46.3 66.7 － － － 4月 30.55 33.57 63.75 － － － 5月 23.45 28.59 62.45 － － － 6月 28.87 24.9 57.3 － － － 7月 22 20.5 55.5 － － － 8月 23 22.25 58 － － － 9月 23 22.25 60 － － － 10月 24 31.1 73 － － － 11月 30 29 71.5 － － － 12月 54.35 35.2 97.5 － － － 年均值

34.75 34.12 67.56 － － － 2013年 1月 66.5 106.9 124.5 2.145 6.45 － 2月 57 93.75 112.5 2.174 7.26 － 3月

50 103.45 126 1.412 11.5 － 4月

31 96.25 86 1.46

17.9

－

根据表3 有API 所分析的:

2012年1月-2013年四月西安市大气污染物分指数月分布

3 判定空气环境质量级别并作出空气质量描述

当各种污染物的污染分指数计算出后, 按下式确定空气污染指数A : A = max ( I 1, I 2, I 3, ⋯I i, ⋯I n) ( 2)