基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用.pdf

收稿日期：基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用韩芹芹，魏星星，陈廷舰，李凡，王涛（新疆维吾尔自治区乌鲁木齐生态环境监测站，新疆 乌鲁木齐；中科景感（厦门）生态环境科技有限公司，福建 厦门；新疆维吾尔自治区自然资源厅机关服务中心，新疆 乌鲁木齐）摘 要：本文以 年 年乌鲁木齐市各类功能区各季度昼、夜间声环境质量常规监测数据作为研究对象，对全市各类功能区声环境进行评价并建立三次指数平滑模型，模型预测值与乌鲁木齐市的功能区声环境质量状况基本一致，预测效果比较可靠，该模型可用于城市功能区声环境质量短期及中期预测。并用该模型对未来 年的声环境质量水平进行预测，结果显示：除 类功能区 季度夜间可能超标（）外，类功能区各季度昼、夜间等效声级基本将全部达标；类功能区 季度昼间可能超标（），各季度夜间将全部超标，超标范围预计（）。预测结果将为上级管理部门今后开展噪声污染防治工作提供参考依据。关键词：指数平滑法；功能区声环境；预测及应用；乌鲁木齐市中图分类号：文献标志码：文章编号：（）城市功能区声环境是城市声环境常规监测的重要组成部分，也是除区域和道路交通声环境外的一个重要评判指标，通过监测、分析城市各类功能区各季度昼、夜间噪声达标情况，掌握城市各类功能区声环境质量状况随时间的变化情况及污染来源。若能较为精确地预测城市功能区声环境质量水平，将有利于城市规划、道路施工等基础设施建设工作的开展。近年来，区域声环境和道路交通声环境已开展了较多的研究，且已有部分学者开展了城市区域和道路交通声环境质量污染的模式及预测等方面的研究，例如廉婕等运用指数平滑法对北京市某典型区域的噪声污染水平进行预测，李建华等运用指数平滑模型对厦门市的区域和交通环境噪声污染水平分别进行预测。通过文献检索发现，城市功能区声环境质量预测模型及应用等方面的研究尚少，鉴于此，本文以监测点位优化调整后的 年 年连续 年的乌鲁木齐市功能区声环境常规历史监测统计数据作为研究对象，对全市功能区声环境质量水平和变化趋势进行预测评价，以期为“十四五”及今后一个时期城市声环境污染防治工作提供一定的科学参考依据。声环境质量监测及评价概况 监测点位为提高声环境质量常规监测结果的代表性和准确性，依据环境噪声监测技术规范 城市声环境常规监测（）（以下简称规范）和声环境质量标准（）和“十二五”城市环境综合整治定量考核指标实施细则的相关要求，截至 年底，乌鲁木齐市常驻人口为 万人左右，属于大型城市，按照规范中“大城市 个”的相关要求，环保部门在兼顾原有点位的稳定性和监测数据的连续性的同时，根据声环境功能区划对 类功能区面积核算比例，由原有的 个监测点位优化调整为 个监测点位。监测方法按照规范及每年度国家和自治区下发的生态环境监测方案的相关要求，功能区噪声在基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用 韩芹芹，魏星星，陈廷舰，李凡，王涛每年每季度监测 次，每次监测日期基本相对固定并避开节假日。每个监测点位每次均在无雨雪、无雷电及风速 以下时连续监测，记录小时等效声级、小时累积百分声级和标准偏差（）。监测采用 型等精度为 级以上的积分式声级计，测量前后均进行声学校准，灵敏度相差不得大于（），出现不合逻辑的异常数据（）时，必须重新监测，确保监测数据有效性在 以上。噪声评价方法根据规范，城市功能区声环境质量评价指标为昼、夜间监测点次的达标率，各类功能区环境噪声限值按声环境质量标准（），详见表。现状评价结果 年以来各类功能区各季度昼、夜间声环境质量评价统计结果详见表。年以来，类功能区共监测 点次，各季度点次达标率分布显示：昼间为，各季度变化不大；夜间为，、季度明显高于、季度。各季度等效声级分布显示：昼间（），中位数（）；夜间（），中位数（）。类功能区共监测 点次，各季度点次达标率分布显示：昼间为 ，各季度相差不大；夜间为 ，、季度略高于、季度。各季度等效声级分布显示：昼间（），中位数（）；夜间（），中位数（）。类功能区共监测 点次，各季度点次达标率分布显示：昼、夜间分别为 、，各季度均相差不大。各季度等效声级分布显示：昼间 （），中位数（）；夜间（），中位数（）。类功能区共监测 点次，各季度点次达标率分布显示：昼间为 ，季度高于其他各季度，夜间各季度均 超标。各季度等效声级分布显示：昼间（），中位数（）；夜间（），中位数（）。表 功能区噪声标准单位：（）时段 类功能区（居住、文教区）类功能区（居住、商业混杂区）类功能区（工业区）类功能区（交通干线道路两侧）昼间夜间 表 年功能区声环境质量评价结果单位：（）类别监测统计结果 季度 季度 季度 季度昼间夜间昼间夜间昼间夜间昼间夜间 类功能区（居住、文教区）等效声级最大值（）最小值（）中位数（）标准差变异系数（）秩相关系数 点次达标率（）青海环境 第 卷第 期（总第 期）年 月续表：类别监测统计结果 季度 季度 季度 季度昼间夜间昼间夜间昼间夜间昼间夜间 类功能区（居住、商业混杂区）等效声级最大值（）最小值（）中位数（）标准差变异系数（）秩相关系数 点次达标率（）类功能区（工业区）等效声级最大值（）最小值（）中位数（）标准差变异系数（）秩相关系数 点次达标率（）类功能区（交通干线道路两侧）等效声级最大值（）最小值（）中位数（）标准差变异系数（）秩相关系数 点次达标率（）年以来，、类功能区各季度昼、夜间等效声级全部达标，类功能区昼间超标 （），夜间超标（）。变异系数用来衡量均值不同的数据的离散程度，各类功能区各季度昼、夜间等效声级变异系数 基本介于 之间，均较小，同时用 秩相关系数法对功能区声环境进行趋势分析，近 年的 值基本介于 之间，与 相比，表明全市功能区声环境质量变化趋势总体比较平稳。指数平滑预测模型指数平滑法最早由布朗在 年提出，可对不规则的时间序列数据加以平滑，从而获得其变化规律和趋势，并以此对未来的数据进行推断和预测。其原理是任一期的指数平滑值都是本期实际观察值与前一期指数平滑值的加权平均。当时间序列数据呈现非线性变化趋势时，可采用三次指数平滑模型进行预测分析。基本原理是对原始数据经过三次指数平滑处理后，用以估计二次多项式参数，从而建立预测模型。指数平滑法的基本公式根据指数平滑法的假定，未来预测值与过去已知数据有一定的关系，近期数据对预测值的影响较大，远期数据对预测值的影响较小。因此，指数平滑法适用于近期预测，可采用本期实际值和上一期指数平滑值的加权平均值作为本期指数平滑值，并同时作为下一期预测值。指数平滑值的基本公式为：（）（）式中：和 分别为第 周期和第 周期基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用 韩芹芹，魏星星，陈廷舰，李凡，王涛的指数平滑值，为第 周期的实测值，为平滑系数（），为周期数（，）当时间序列呈水平、直线和非线性趋势时，需要采用的平滑公式分别为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）式中（）、（）、（）为各次指数平滑值，目的就是通过逐层平滑计算，消除掉随机因素造成的影响，找出预测的基本变化。初始估计值和预测精度当原时间序列的项数大于 项时，可选用第一期或前一期的实测值作为初始估计值；当原时间序列的项数小于 项时，一般选前 期实测值的均值作为初始估计值。平滑系数 取值与预测的精度关系密切，可直接反映预测成功与否，并可用于评价这一方法是否实用。其选择遵循原则，当时间序列波动较平稳时，可取较小的值（）；当时间序列波动时，应取（）之间的数值。实际计算中，一般选几个 值进行试算，选择计算中误差（均方差）最小的 值作为平滑指数，其表达式为：（）（）式中：为实测值，为预测值。预测模型的建立计算出指数平滑值后，针对城市声环境质量与时间呈非线性变化趋势，可选择非线性指数平滑预测模型，即 个包含 个模型参数的 次方程：（）式中：为噪声污染预测值，为目前的序列数 到需要预测时间的序列数，、为模型参数。计算公式分别为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）预测模型运算 指数平滑运算及精度分析本文选择 年乌鲁木齐市各类功能区各季度昼、夜间声环境质量常规监测数据作为原始数据序列，从时间序列监测数据可见，城市功能区声环境质量和时间序列呈非线性关系。因此，对该序列采用 次指数平滑法计算。平滑系数 取、和 共 个数值分别进行平滑测算，并选取最小的 值作为最佳 取值。经过计算后发现，时，各类功能区各季度昼、夜间声环境平滑预测精度分别为 、，预测精度最高，其中 类区分别为、，类区分别为 、，类区分别为 、，类区分别为 、，详见表。污染预测选取 的平滑指数，分别代入公式（）（），进行功能区声环境的三次指数平滑值计算，再将计算结果分别代入公式（）（）中，计算出模型参数、并代入公式（）中，进一步建立各时间序列预测起点的数学预测模型，对 年的各季度昼、夜间功能区声环境质量进行验证性“预测”，统计结果详见表。年 年各类功能区各季度昼、夜间声环境质量实测值与预测值相对误差统计详见表。各类功能区各季度昼、夜间实测值与预测值相对误差分布显示：类功能区昼、夜间分别为，类功能区昼、夜间分别为、，类功 能 区 昼、夜 间 分 别 为 、，类功能区昼、夜间分别为、，由此可见预测效果均较好，因此所求出的预测模型可作为乌鲁木齐市功能区声环境污染预测模型。将各类功能区各季度昼、夜间、和 数据分别代入公式（），并对乌鲁木齐市未来 年功能区声环境进行预测，结果详见表。表 可见，年乌鲁木齐市功能区声环境质量水平预测结果显示：除 类功能区 季度夜间可能超标（）外，类功能区各季度昼、夜间等效声级基本将全部达标；类功能区 季度昼间可能超标（），各季度夜间将全部超标，超标范围预计（）。青海环境 第 卷第 期（总第 期）年 月 表 平滑系数 不同时各类功能区昼、夜间声环境污染预测误差统计类别时段平滑系数 季度 季度 季度 季度精度（）精度（）精度（）精度（）类功能区（居住、文教区）昼间夜间 类功能区（居住、商业混杂区）昼间夜间 类功能区（工业区）昼间夜间 类功能区（交通干线道路两侧）昼间夜间基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用 韩芹芹，魏星星，陈廷舰，李凡，王涛 表 年各类功能区各季度昼、夜间声环境质量污染预测统计单位：（）类别时段范围季度季度季度季度预测值预测值预测值预测值类功能区（居住、文教区）昼间夜间最大值最小值 最大值最小值 类功能区（居住、商业混杂区）昼间夜间最大值最小值 最大值最小值 类功能区（工业区）昼间夜间最大值最小值 最大值最小值 类功能区（交通干线道路两侧）昼间夜间最大值最小值 最大值最小值 表 年各类功能区各季度昼、夜间声环境污染预测值相对误差统计（）类别时段统计结果 季度 季度 季度 季度 类功能区（居住、文教区）昼间夜间最大值最小值最大值最小值 类功能区（居住、商业混杂区）昼间夜间最大值最小值最大值最小值 类功能区（工业区）昼间夜间最大值最小值最大值最小值 类功能区（交通干线道路两侧）昼间夜间最大值最小值最大值最小值青海环境 第 卷第 期（总第 期）年 月 表 年功能区声环境污染预测结果单位：（）类别统计结果 季度 季度 季度 季度昼间夜间昼间夜间昼间夜间昼间夜间 类功能区（居住、文教区）最大值最小值 类功能区（居住、商业混杂区）最大值最小值 类功能区（工业区）最大值最小值 类功能区（交通干线道路两侧）最大值最小值 实测及预测的长期分析为了更好地表征各类功能区声环境质量水平随时间分布的情况，采用 软件绘制出多时间维度声级分布图 图，将各类功能区各季度昼、夜间 年的实测结果与 年的预测结果通过不同颜色深浅标识出等效级的大小。图中可直观地反映出各类功能区声环境质量分布具有很强的规律性和时间周期性：各类功能区昼、夜间等效声级差异规律明显；类功能区的昼、夜等效声级均呈现出明显的季节性变化特征：随着春、夏气温逐升，市民外出生活的方式和内容更加丰富，各类餐饮、娱乐业活动频率较高；工业区的各类工业企业开工生产时间一般在每年的 月底转暖开始，至 月转寒时停休。因此，类功能区中处于春、夏的、季度明显高于其他各季度。类功能区，主要受到交通噪声影响，昼、夜间等效声级差距较大，昼间等效声级 季度高于其它各季度，盛夏季节，道路两侧茂盛的绿化带的降噪效果，以及热空气对噪声的吸收作用；夜间安静时段少，夜间全部超标，噪声污染较为严重。类功能区按季度划分，也基本体现出乌鲁木齐的城市生活特点。结果讨论与建议 结果讨论“十二五”以来，随着乌鲁木齐市统筹考虑经济社会发展、人口增长和城区规模不断扩大的实际，逐步调整城市布局，科学合理地划定各类城市功能区，乌鲁木齐市 类功能区声环境质量基本全部达标，达标率基本保持在；类功能区存在昼间部分点位超标、夜间全部超标的现象。究其主要原因：首先，部分城市主干道（承担了主要车辆出行）车流量持续不减；其次，随着城市化水平加快，各类基础设施开工建设，大型货运车辆白天禁行，夜间大量通行；此外，道路绿化带建设的不足，均是 类功能区声环境质量超标的主因。选择 年乌鲁木齐市各类功能区各季度昼、夜间声环境常规监测数据作为原始数据序列，据此建立非线性 次指数平滑模型，从预测值与实测值的比较来看，与乌鲁木齐市的功能区声环境污染状况基本一致，预测效果比较可靠，可用于城市功能区声环境质量短期及中期预测，可为上级管理部门对城市功能区划、开展噪声污染防治工作提供一定的参考依据。进而利用该模型对未来 年功能区声环境质量水平进行预测，除 类功能区 季度夜间可能超标（）外，类功能区各季度昼、夜间等效声级基本将全部达标；类功能区 季度昼间可能超标（），各季度夜间将全部超标，超标范围预计（）。尤其 类功能区夜间达标率还有很大的增长空间，需要多方持续努力。需要注意的是，本次预测尚属首次探索，模型受噪声的随机突发性等因素影响，必然存在一定的缺陷，而指数平滑法又是基于历史数据的预测，基于指数平滑法的乌鲁木齐市功能区声环境质量预测及应用 韩芹芹，魏星星，陈廷舰，李凡，王涛历史数据的各类干扰因素较多，为减少预测误差的影响，该方法更适合于做短期和中期的预测。与此同时，为提升指数平滑模型应用效果，还应充分考虑谢正文等提出的正确选取平滑系数和分析预测精度等前提条件，要谨慎选取平滑系数。建议结合模型预测结果，“十四五”期间，乌鲁木齐市应对交通噪声特别是夜间噪声的主要声源点及影响进行认真分析，找准治理重点，采取综合措施，进一步加大隔声屏、绿化带等隔声降噪设施建设，合理道路规划建设，采取更有效的施工和建材技术降低交通噪声影响，进一步加强交通噪声污染防治。结合城市道路交通系统的建设完善及机动车数量快速增长的实际，积极协调相关部门，强化地面交通噪声治理，对道路两侧敏感建筑物，根据实际采取安装隔声屏障或隔声窗等措施开展治理。提升科技信息化在交通噪音整治工作中的应用，强化对鸣笛、货车闯禁行等交通违法行为的查处力度；同时优化调整道路交通布局，引导过境大型车辆从绕城高速等远离城区路线行驶，有效降低道路交通噪音。参照城市建成区道路交通噪声防治措施，对 类区交通干线道路两侧加强降噪措施建设，进一步降低该区域噪声污染。今后，开展城市功能区声环境质量预测时，对于长期超标的点位，还要充分结合测点周边参照物的变化、声源影响、周边居民的居住声环境状况、现有的噪声污染治理效果和管理水平等影响因素，并赋予不同的权重，不断拓展模型运用的广度和深度。图 年 类功能区各季度昼、夜间实测及预测结果图 年 类功能区各季度昼、夜间实测及预测结果图 年 类功能区各季度昼、夜间实测及预测结果图 年 类功能区各季度昼、夜间实测及预测结果参考文献：廉婕，马民涛，刘洁区域声环境质量污染水平预测方法评价与比对研究四川环境，（）：李建华，周挺进基于指数平滑法的环境噪声污染预测模型及应用环境科学与管理，：（下转第 页）青海环境 第 卷第 期（总第 期）年 月 结论与建议国家危险废物名录（年版）自 年 月 日起施行，名录从原则性、附表、附录三大内容中的危险废物代码更新、删除新增代码、调整归类、名称表述更新、危险废物特性以及豁免管理等六个方面进行更新，使危险废物名录更具有可操作性及可辨识性，为生态环境部门、危险废物经营单位和危险废物产生单位在危险废物规范化环境管理方面提供了科学有效的依据。建议：一是氰化物尾渣豁免处置管理，氰化物尾渣需达到黄金行业氰渣污染控制技术规范（）要求，填埋尾矿库可以按照一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准（）建设，企业需要在氰化物尾渣处理达到技术规范的豁免管理要求同建设危险废物尾矿库之间进行技术、经济可行性分析，从企业易操作管理和规范处置危险废物的角度，建议这条豁免条件可再进行优化，指导企业更加规范、合理可行地处置其危险废物；二是废物代码，其他生产、销售、使用过程中产生的废矿物油及沾染矿物油的废弃包装物，建议可细分成 种废物代码，易于危险废物的精细化管理；三是废物代码，大修渣主要来源于电解槽大修时产生的废渣，主要包括：钢棒、废铁、铝渣、废旧阴极炭块、沉积物、阴极糊、保温砖、耐火砖等。大修渣覆盖内容较多，建议在大修渣中钢棒、废铁物质进行危险废物鉴别的前提下，进一步细化大修渣的危险废物分类描述。参考文献：生态环境部，国家危险废物名录（年版）（上接第 页）吴军，李航，饶建波，罗岚，邹万强，田双超复杂山地农村污水处理设施建设工程实例水处理技术，（）：孙全民分散型生活污水小型净化槽处理设备研发与工程示范广西壮族自治区，广西益江环保科技股份有限公司，钱明，钱飞跃，李勇，徐思璇，钱斌，刘锋东太湖岛屿分散型农村生活污水长效治理对策中国给水排水，（）：陈佳霖乡村振兴战略下的生态化农村污水处理技术及应用：以邢台经济技术开发区为例给水排水，（）：（上接第 页）王占山，李云婷，董欣，等北京城区大气污染物“周末效应”分析中国科学院大学学报，（）：管睿，郑凯莉，黄毅，等张家界城市主要污染气体“周末效应”和“假日效应”研究铜仁学院学报，（）：周国治，宋冰冰，罗岳平，毕军平，等 年长沙市环境空气质量的“周末效应”及“假日效应”中国环境监测，（），邱晓暖，梁桂雄，张金谱，等广州中心城区大气污染物“周末效应”分析广州环境科学，（）：（上接第 页）乌鲁木齐市统计局乌鲁木齐统计年鉴北京：中国统计出版社，张晓红用指数平滑法建立城市工业三废排放量预测模型环境科学进展，（）：高小晋，张守斌 年度全国城市声环境质量报告北京：中国环境监测总站，韩芹芹，李凡，李磊近十年乌鲁木齐市区域环境噪声质量变化趋势分析及防控对策青海环境，：谢正文，孔凡玉城市噪声污染预测模型及应用中国计量学院学报，：青海环境 第 卷第 期（总第 期）年 月