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关中地区大气环境承载力分析 * 韩蕾1曹国良1王静晞1胡渭平2冯莹1 1. 西安建筑科技大学 环境与市政工程学院， 西安 710055; 2. 核工业二○三研究所， 陕西 咸阳 712000 摘要 为了深入了解陕西省关中地区的大气环境质量状况， 从大气环境、 污染控制、 社会经济三个方面构建了大气环境 承载力评价指标体系。运用层次分析法及向量模法分别对西安、 铜川、 宝鸡、 咸阳、 渭南 5 个城市 20062011 年的大 气环境承载力进行了量化评价， 并全面分析了大气环境承载力的变化趋势。结果表明 20062011 年间关中地区 5 个城市的大气环境承载力状况均有改善的趋势， 但波动性较大， 且增长速度缓慢。 关键词 大气环境承载力; 评价指标体系; 向量模法; 关中地区 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201409033 UATION OF CAＲＲYING CAPACITY ON ATMOSPHEＲIC ENVIＲONMENT OF GUANZHONG AＲEA Han Lei1Cao Guoliang1Wang Jingxi1Hu Weiping2Feng Ying1 1. School of Environmental and Municipal Engineering，Xian University of Architecture and Technology，Xian 710055，China; 2. No． 203 Ｒesearch Institute of Nuclear Industry，Xianyang 712000，China AbstractIn order to understand the status of atmospheric environment and promote the coordinated development among the economy，social and atmospheric environment of Guanzhong area in Shaanxi Province，an uation index system of atmosphere environmental carrying capacity was constructed in terms of atmospheric environmental protection，pollution control and social economy． By means of analytic hierarchy processes and vector norm ，the atmosphere environmental carrying capacity during 20062011 in cities of Xian，Tongchuan，Baoji，Xianyang and Weinan were quantified and the variation trend of the atmosphere environmental carrying capacity was analyzed as well．The results showed that atmospheric environmental carrying capacity in Guanzhong area was gradually improving slowly，but very fluctuated． Keywordsatmospheric environment carrying capacity;uation index system;vector norm ;Guanzhong area * 国家重点基础研究发展计划 2011CB403400 。 收稿日期 2013 －12 －09 0引言 人类对自然界的开发利用及改造能力不断增强， 使得人口、 资源、 环境等之间的矛盾不断加剧， 环境问 题日趋突出， 一定程度上制约了社会经济的发展。在 这种严峻的形势下， 开展环境承载力的研究具有重要 现实意义。环境承载力是指在某一时期， 某种状态或 条件下， 某地区的环境所能承受人类社会经济活动的 阈值 ［1 ］。环境承载力在环境与人类活动之间建立了 联系桥梁， 使环境与社会经济的协调有了宏观准 则 ［2 ］， 是研究环境与经济是否协调发展的一个重要 判据 ［3 ］。 从环境承载力的概念出发， 可将大气环境承载力 定义为 某一时期， 某种状态或条件下， 某地区的大气 环境在自我维持、 自我调节的能力和大气环境功能可 持续发展的前提下， 对经济发展和社会生活的支持能 力。研究大气环境承载力， 旨在保障大气环境质量及 其功能良好的基础上， 更好地协调、 规划区域社会经 济的发展布局。国内外对于大气环境承载力的研究 不断展开 ［4- 6 ］， 然而针对关中地区大气环境承载力的 分析研究还未见报道。为了深入了解陕西省关中地 区的大气环境承载力状况， 从大气环境、 污染控制、 社 会经济三个方面构建了大气环境承载力评价指标体 系， 运用层次分析法及向量模法对关中地区五个城市 20062011 年的大气环境承载力进行了量化评价， 并分别分析了各城市的大气环境承载力的发展变化 趋势。 741 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 1研究区概况 关中地区位于陕西省中部， 总面积 5. 55 万 km2， 占陕西省国土面积的 27 ， 总人口的 60 ， 经 济总量占陕西省的 70 。近几年， 关中地区的工业 发展速度逐渐加快， 形成了以重工业为主的工业体 系， 工业结构性问题日益突出， 对关中地区以及全 省的可持续发展带来不利因素， 同时也给环境造成 了极大压力［7］。2012 年关中地区空气质量日报优 良率为 86. 1 ， 较陕西省全省优良率低 3 ; 而工 业废气排放总量达到 8 844. 1 亿 m3， 占陕西省全省 废气排放总量的 60［8］。尤其是 2012 年 12 月， 关 中地区出现大范围雾霾天气， 给交通运输及公众健 康带来极严重影响。因此， 对关中地区 5 个城市大 气环境承载力发展趋势研究对于改善关中地区的 大气环境质量状况， 促进地区经济和社会环境的协 调发展很有现实价值。 2研究方法 2. 1向量模法 环境承载力的量化评价主要是在理论研究的基 础上， 通常采用指数评价法、 系统动力学方法、 多目标 模型最优化法、 承载率评价法等对环境承载力进行综 合分析 ［9- 13 ］。向量模法是环境承载力量化方法中最 常用的方法之一， 其数学理论基础坚实， 人为因素小， 原理、 形式和运算较简单， 评价结果也较其他方法更 为客观合理， 适用于水质、 大气、 噪声等质量评价 ［14 ］。 简述如下 在 n 维发展变量空间， 环境承载力是该空间中的 一个矢量 ［1 ］。将关中地区各城市的大气环境承载力 视为 1 个由 n 个指标构成的向量， 对 m 个水平年的 n 个指标进行归一化， 归一化后的向量模即可作为评定 大气环境承载力大小的依据。 假设有 m 个不同水平年， 则有 m 个大气环境承 载力评价值， 设 m 个评价值为 Ej j 1， 2， ， m ， 再 设每个评价值包括 n 个分量， 即有 Ej E1j， E2j， ， Enj ， 其中每个分量的权重为 ωi i 1， 2， ， n 。这 样第 j 个大气环境承载力的大小即可用其归一化后 的向量模来表示 | Ej| ［∑ n i 1 ω iEij 2］1/2 1 式中 Eij为归一化后的指标值， 对越大越优的因子 Eij Eij/∑ m i 1 Eij 2 对越小越优的因子 Eij 1/Eij ∑ m i 1 1/Eij 3 2. 2指标体系的构建 根据影响大气环境承载力的主要因素及数据获 取途径要科学、 实用、 简单等原则， 借鉴已有的相关研 究 ［1， 14- 15 ］， 结合关中地区的实际情况， 构建了以大气 环境承载力为目标层， 以大气环境类、 污染控制类、 社 会经济类为准则层， 以 17 项具体指标为指标层的大 气环境承载力评价指标体系。 2. 3权重的确定 研究选用由 Thomas L Saaty 提出的层次分析法 来确定各指标权重 ［16 ］。其基本原理是 1 根据层次 分析法指标重要性标度表构建判断矩阵， 评判标度取 值依据见表 1; 2 进行层次单排序和层次总排序的一 致性检验; 3 计算出各指标相对于目标层的重要性 权重 ωi。 表 1层次分析法指标重要性标度及含义 Table 1The fundamental scale of the AHP 重要性标度 aij 含义 1Ci与 Cj同样重要 3Ci比 Cj稍微重要 5Ci比 Cj明显重要 7Ci比 Cj强烈重要 9Ci比 Cj极端重要 2， 4， 6， 8重要程度为上述相邻判断值的中间 倒数 若 Ci与 Cj的重要性之比为 aij， 那么 C j与 Ci 的重要性之比为 aji1/aij 在确定关中地区各城市大气环境承载力评价指 标体系中的各指标权重的过程中， 依据上述原理， 在 咨询 3 位专家的基础上， 构造了各层次的判断矩阵， 具体指标权重值计算结果见表 2。 3评价结果与分析 3. 1大气环境承载力评价指标值 根据确定的评价指标体系， 查阅陕西省统计年 鉴 20072012 、 陕西省环境质量状况公报 2007 2012 、 西安市统计年鉴 20072012 及各市环境质 量状况公报等， 获得了 20062011 年西安、 铜川、 宝 鸡、 咸阳、 渭南 5 个城市的大气环境承载力评价指标 体系中的各评价指标值。 3. 2评价指标的归一化 采用向量模法对各个指标进行归一化处理， 处理 结果见表 3。归一化后值的大小反映某一指标对大 841 环境工程 Environmental Engineering 表2大气环境承载力评价指标体系及各指标权重值计算结果 Table 2uation index system of atmospheric environment carrying capacity and the weight of each index 目标层准则层指标层单位 大 气 环 境 承 载 力 指 标 体 系 大气环境类 0. 5396 污染控制类 0. 2970 社会经济类 0. 1634 空气环境质量优良天数 C1 0. 4278 d/a 万元 GDP 工业废气排放强度 C2 0. 3242 m3/万元 SO2年均浓度值 C3 0. 0678 mg/m3 NO2年均浓度值 C4 0. 0678 mg/m3 PM10年均浓度值 C5 0. 1124 mg/m3 环保支出占财政支出的比重 C6 0. 4086 清洁能源占总能源消耗比重 C7 0. 2633 SO2排放达标率 C8 0. 1093 烟尘排放达标率 C9 0. 1093 粉尘排放达标率 C10 0. 1093 人均 GDP C11 0. 0549 万元/人 人口增长率 C12 0. 0763 第三产业占 GDP 比重 C13 0. 2421 单位 GDP 能耗 C14 0. 3652 tca/万元 人均公园绿地面积 C15 0. 1201 m2 /人 城市化率 C16 0. 0401 城市气化率 C17 0. 1012 注 括号内数值为各指标权重计算结果; tca 是指 1t 标准煤折合的能量 1tca 折合2. 926 1010 J 。 气环境承载力的贡献程度， 值越大该项指标对大气环 境承载力的贡献越大越优， 反之亦然。 3. 3关中地区各城市大气环境承载力计算 3. 3. 1大气环境承载力评价值计算结果 根据上述计算方法， 由各指标值及其权重计算得 到 20062011 年关中地区 5 个城市的大气环境承载 力评价值结果， 详见表 4。 根据表 4 中的评价值计算结果， 绘制出 2006 2011 年关中地区 5 个城市的大气环境承载力变化趋 势图， 见图 1。 由表 4 和图 1 可以看出 西安市的大气环境承载 力评价值变化为 0. 0512 ～ 0. 0670， 2011 年出现小幅 下滑; 铜川市的大气环境承载力一直处于上升状态， 变化为 0. 0517 ～ 0. 0651; 宝鸡市的大气环境承载力 变化为 0. 0532 ～0. 0747， 且为先降低后升高的变化趋 势; 咸阳市的大气环境承载力变化为0. 0550 ～0. 0626， 一直处于波动状态， 波动中略有上升， 增长幅度最小 表 320062011 年西安市大气环境承载力评价指标归一化值 Table 3The normalized index values of atmospheric environment carrying capacity of Xian in 20062011 类别项目2006 年2007 年2008 年2009 年2010 年2011 年 大气环境类空气环境质量优良天数0. 160820. 163610. 167500. 169170. 169170. 16973 SO2年均浓度值0. 143290. 151400. 160480. 167170. 186610. 19105 NO2年均浓度值0. 172350. 168340. 164520. 157370. 160860. 17656 PM10年均浓度值0. 153330. 151060. 180470. 180470. 161850. 17282 万元 GDP 工业废气排放强度0. 132390. 095490. 089620. 215740. 242710. 22404 污染控制类环保支出占财政支出比重0. 123530. 155290. 167060. 221180. 175290. 15765 清洁能源占总能源比重0. 134860. 180710. 157790. 155770. 169250. 20162 SO2排放达标率0. 138630. 168130. 169640. 173680. 174960. 17496 烟尘排放达标率0. 164880. 168040. 165000. 166900. 167590. 16759 粉尘排放达标率0. 164240. 163720. 163180. 166790. 171040. 17104 社会经济类人均生产总值 GDP0. 101900. 121180. 149930. 174840. 206840. 24531 人口增长率0. 047930. 047930. 065360. 059910. 718950. 05991 第三产业占 GDP 比重0. 167880. 167790. 167030. 169320. 164180. 16380 单位 GDP 能耗0. 144820. 153700. 164490. 174320. 178010. 18467 人均公园绿地面积0. 152100. 152510. 156310. 158320. 182570. 19820 城市化率0. 160870. 163170. 166030. 167110. 168670. 17416 城市气化率0. 159270. 169560. 167940. 168780. 166840. 16760 注 受篇幅限制， 仅列出西安市的评价指标归一化值。 表 420062011 年各城市大气环境承载力评价值计算结果 Table 4uation results of atmospheric environment carrying capacity of five cities in 20062011 西安市铜川市宝鸡市咸阳市渭南市 2006 年0. 0512 0. 05170. 05680. 05500. 0523 2007 年0. 0515 0. 05280. 05800. 05540. 0592 2008 年0. 0524 0. 05710. 05740. 06260. 0596 2009 年0. 0654 0. 06080. 05320. 05570. 0621 2010 年0. 0670 0. 06530. 05360. 06240. 0577 2011 年0. 0646 0. 06510. 07470. 06130. 0573 为 0. 0078; 渭南市大气环境承载力变化为 0. 0523 ～ 0. 0621， 且在 2010 年、 2011 年连续两年下滑。综合 各指标权重可以看出， 总体上引起各城市大气环境承 载力波动的主要因素是空气质量优良天数、 万元 GDP 工业废气排放强度、 环保支出占财政支出比重 及单位 GDP 能耗等指标的变化。 3. 3. 2提高大气环境承载力的技术路线分析 通过上述方法， 也可以计算出西安、 铜川、 宝鸡、 941 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 图 120062011 年各城市大气环境承载力变化趋势 Fig．1The changes of atmospheric environment carrying capacity of the five cities in 20062011 咸阳、 渭南 5 个城市大气环境类、 污染控制类、 社会经 济类三个准则层的评价值， 具体评价值变化趋势见 图 2。 结合图 2 可以看出 20062011 年间关中地区 5 个城市的社会经济类评价值总体上均呈现出了上升 的趋势， 而大气环境类、 污染控制类评价值的变化波 动较为明显， 从而导致各城市大气环境承载力的变化 呈现出不同趋势， 甚至使得大气环境对社会经济的支 持能力下降。 在准则层大气环境类的各指标中， 空气质量优良 天数的权重最高， 万元 GDP 工业废气排放强度次之， 这两项指标值的增加依赖于政府的环保投资和污染 控制力度， 是一个逐步改善的过程; 而关中地区地处 西北黄土高原， 受大陆性季风气候影响产生大量自然 尘和外来尘， 因此对 PM10浓度的控制也是一个长期 的任务; SO2、 NOx的浓度可通过控制燃煤及机动车尾 气排放等能源结构调整及技术转型措施来实现。 图 2各城市三类准则层评价值变化 Fig．2The changes of three criterion layer of the five cities in 20062011 在准则层污染控制类的各指标中， 环保支出占财 政支出的比重和清洁能源占总能源消耗的比重两个 指标的权重最高。环保投资的比重与环境质量状况 呈现正相关， 根据国际经验， 当治理环境污染的投资 占 GDP 的比例达到 1. 0 ～1. 5 时， 可以控制环境 污染恶化的趋势; 当该比例达到 2. 0 ～3. 0 时， 环 境质量可有所改善 ［17 ］， 而陕西省近年来的环保投资 占 GDP 的比重为 0. 6 ～1. 7， 因此建议政府不断 加强环保投资， 努力改善环境质量; 其次， 陕西省天然 气资源保有储量全国第一 ［18 ］， 在今后的社会经济发 展中， 应充分利用本地资源优势， 积极推进天然气等 清洁能源的开发利用， 不断提高清洁能源的使用比 重， 从根本上改善污染物排放情况。 4结论 本研究综合大气环境、 污染控制、 社会经济三方 面的不同影响， 选取 17 项指标构建了大气环境承载 力评价指标体系， 综合分析了西安、 铜川、 宝鸡、 咸阳、 渭南 5 个城市 20062011 年的大气环境承载力变化 趋势。结果表明， 20062011 年期间关中地区 5 个 城市的大气环境承载力状况均有改善的趋势， 但波动 性较大， 且增长速度缓慢。 为了不断改善关中地区的环境质量， 提高大气环 境承载力对社会经济发展的支持能力， 在今后的社会 经济发展过程中， 必须注重环境保护工作， 大力推进 051 环境工程 Environmental Engineering 节能减排， 不断加大环保投资和污染控制力度; 同时 应继续积极推进区域经济增长方式的转变和经济发 展模式的变革， 调整产业结构， 不断推进清洁生产审 核， 使得经济、 社会与环境发展更加协调。 参考文献 ［1］曾维华，王华东，薛纪渝． 环境承载力理论及其在湄洲湾污染 控制规划中的应用［ J］ ． 中国环境科学， 1998， 18 1 70- 73. ［2］叶文虎，梅凤桥，关伯仁． 环境承载力的理论及其科学意义 ［ J］． 环境科学研究， 1992， 5 S1 108- 111. ［3］唐剑武，叶文虎． 环境承载力的本质及其定量化初步研究［J］ ． 中国环境科学， 1998， 18 3 227- 230. ［4］王良民，曹健，乔美芳． 上海市大气环境承载能力研究［J］ ． 上海环境科学， 1996， 15 4 16- 20. ［5］陈新凤． 山西省大气环境承载力初探［J］ ． 经济问题，2006 11 79- 81. ［6］刘立勇，王彬， 李忠武． 典型城区山岳型风景区大气环境承载 力分析［ J］． 生态环境学报， 2009， 18 2 688- 692. ［7］韩超． 关中地区环境空气污染物浓度的统计特征及与气象要 素的关系［ D］． 西安 长安大学， 2012 10- 11. ［8］陕西省环境保护厅． 陕西省 2012 年环境统计年报 ［Ｒ］ ． 陕西 省环境保护厅网站， 2013. ［9］彭再德，杨凯，王云． 区域环境承载力研究方法初探［J］ ． 中 国环境科学， 1996， 16 1 6- 10. ［ 10］王俭， 孙铁珩， 李培军，等． 环境承载力研究进展［J］ ． 应用生 态学报， 2005， 16 4 768- 772. ［ 11］曾维华，杨月梅，陈荣昌，等． 环境承载力理论在区域规划环 境影响评价中的应用［J］． 中国人口资源与环境，2007，17 6 27- 31. ［ 12］焦文婷， 陈兴鹏， 张子龙，等． 宁夏回族自治区环境承载力评 价［ J］ ． 兰州大学学报， 2010， 46 4 53- 57. ［ 13］林婧，董成森． 环境承载力研究的现状与发展［J］． 湖南农业 科学， 2011， 22 36- 38. ［ 14］洪峪森． 环境质量综合评价方法的比较研究［J］ ． 环境保护， 1998 1 26- 28. ［ 15］刘伟，叶芝祥，刘盛余， 等． 区域大气环境承载力评价指标体 系与评价方法研究［C］/ /成都市科技年会分会场世界现代 田园城市空气环境污染防治学术交流会成都， 2010. ［ 16］Thomas L S． Decision making The analytic hierarchy and network processes AHP/ANP［J］．Journal of Systems Science and Systems Engineering， 2004， 13 1 1- 35. ［ 17］秦凤华． 环保 5 万亿市场掘金专访中国国际工程咨询公司 社会事业部主任胡元明［J］． 中国投资， 2010 1 78- 81. ［ 18］陕西省国土资源厅． 陕西省矿产资源总体规划 20082015 ［Ｒ］ ． 陕西省国土资源厅网站， 2010. 第一作者 韩蕾 1988 － ， 女， 硕士研究生， 主要研究方向为环境影响 评价。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 hanlei0763163． com 上接第 171 页 度的贡献比较显著。且有 21 个部门的贡献潜力趋于 上升， 尤其是烟草加工业、 化学纤维制造业、 电气机械 及器材制造业等行业能源效率对降低碳强度的贡献 潜力在不断增加。 参考文献 ［1］谭丹， 黄贤金， 胡初枝． 我国工业行业的产业升级与碳排放关系 分析［ J］ ． 四川环境， 2008 2 74- 84. ［2］林伯强， 蒋竺均． 中国二氧化碳的环境库兹涅茨曲线预测及影 响因素分析［ J］ ． 管理世界， 2009 4 27- 36. ［3］孙建卫， 赵荣钦， 黄贤金， 等． 1995 －2005 年中国碳排放核算及 其因素分解研究［J］ ． 自然资源学报， 2010 8 1284- 1295. ［4］徐国泉， 刘则渊， 姜照华． 中国碳排放的因素分解模型及实证分 析 1995 －2004［ J］ ． 中国人口 资源与环境， 2006 6 158- 161. ［5］刘红光， 刘卫东． 中国工业燃烧能源导致碳排放的因素分解 ［ J］． 地理科学进展， 2009 2 285- 292. ［6］朱勤， 彭希哲， 陆志明， 等． 中国能源消费碳排放变化的因素分 解及实证分析［ J］ ． 资源科学， 2009， 31 12 2072- 2079. ［7］刘卫东， 陆大道， 张雷， 等． 我国低碳经济发展框架与科学基础 ［M］ ． 北京 商务印书馆， 2010. ［8］林伯强， 姚昕， 刘希颖． 节能和碳排放约束下的中国能源结构战 略调整［ J］ ． 中国社会科学， 2010 1 58- 71. ［9］王迪， 聂锐， 李强． 江苏省能耗结构优化及其节能与减排效应分 析［ J］ ． 中国人口 资源与环境， 2011， 21 3 48- 53. ［ 10］张丽峰． 我国产业结构、 能源结构和碳排放关系研究［J］ ． 干旱 区域资源与环境， 2011， 25 5 1- 7. ［ 11］籍艳丽， 郜元兴． 二氧化碳排放强度的实证研究［J］ ． 统计研 究， 2011， 28 7 37- 44. ［ 12］孙敬水． 中国碳排放强度驱动因素实证研究［J］ ． 贵州财经学 院学报， 2011 3 1- 6. ［ 13］王锋， 冯根福． 优化能源结构对实现中国碳强度目标的贡献潜 力评估［ J］ ． 中国工业经济， 2011 4 127- 137. ［ 14］高越， 李荣林． 国际生产分割、 技术进步与产业结构升级［J］． 世界经济研究， 2011 12 78- 86． 第一作者 王韶华 1986 － ， 男， 讲师， 在读博士后， 研究方向为基于低 碳经济的能源结构优化。wangshaohua0813126． com 151 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment