大氣監(jiān)測的布點優(yōu)化研究，大氣監(jiān)測布點前所需收集污染源及其排放情況、氣象資料、地形資料、健康情況與人口資料以及以往大氣監(jiān)測資料等方面的信息。

　　介紹了***內(nèi)外有關(guān)大氣監(jiān)測布點的概況,結(jié)合甘肅省實際情況,建議采用網(wǎng)格法測定大氣中硫酸鹽化速率數(shù)據(jù),求得濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定監(jiān)測點數(shù)目,同時結(jié)合地域的污染源排放與分布,又與功能區(qū)策略布點法進行綜合權(quán)衡,這是一種比較理想的方法。

　　大氣環(huán)境監(jiān)測是個系統(tǒng)工程,而大氣監(jiān)測的布點則是大氣監(jiān)測的***個基本環(huán)節(jié)。對大氣監(jiān)測的布點,特別是大氣環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化布點的研究,既是大氣環(huán)境監(jiān)測重要的基礎(chǔ)技術(shù)研究,又是實現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化的重要環(huán)節(jié)。合適的采樣點加上恰當?shù)牟蓸訒r間及頻率是取得有代表性監(jiān)測數(shù)據(jù)的根本保證。因此,對大氣監(jiān)測布點問題的研究,仍是當前值得考慮的一項很重要的課題。

　　1、污染源(包括流動污染源,諸如城市交通車流量的大小及其日變化規(guī)律)及其排放情況。要按功能區(qū)劃(***好按網(wǎng)格統(tǒng)計),匯編出污染物排放的清單,還要關(guān)注較大的***架污染源的排放狀況(包括排放源的***度、煙囪口直徑、煙氣排放速度及其溫度;排放的污染物及其數(shù)量;污染物排放的時間規(guī)律等);小的污染源,又稱面源,即低矮煙囪(通常指20米以下的煙囪),其排放污染物所占的比率。

　　目前對污染物排放量的計算,基本上根據(jù)我***能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的特點,而由燃煤所產(chǎn)生的污染物,特別是塵和二氧化硫,是煤煙型大氣污染的根源,故通過了解燃料的類型、數(shù)量、組成,按污染源調(diào)查技術(shù)規(guī)范來計算其排放量;同樣,根據(jù)生產(chǎn)工藝物料衡算關(guān)系了解該工程所排放的廢氣狀況。

　　應(yīng)用等標污染負荷及等標污染負荷比進一步分析評價監(jiān)側(cè)區(qū)域內(nèi),大氣中主要污染物是什么?主要污染源又在哪里?

　　同時,也要注意區(qū)別直接從污染源排放出的一次污染物和由于光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染物。由于二次污染物是經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化而形成的,其******濃度可出現(xiàn)于距污染源一定距離處。例如:通過對西固地區(qū)的光化學(xué)煙霧的研究,進一步證明了西固地區(qū)的光化學(xué)煙霧污染確能順風(fēng)傳輸幾十公里之遠,甚至有時在下風(fēng)向地區(qū)造成的污染程度比污染源地區(qū)還要嚴重。

　　2、氣象資料,包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、降水量、日照時間以及溫度梯度及逆溫層底部***度的資料,特別是了解該地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)頻、風(fēng)速的日變化以及貼地逆溫、底層逆溫的生消規(guī)律尤為重要。因為可以根據(jù)這些重要的氣象因素來確定該監(jiān)測地區(qū)的相對清潔點的位置,觀測大氣中主要污染物日變化,定出間斷采樣的頻率及其分布,同時,也為防止出硯***濃度污染而采取相應(yīng)的預(yù)防措越提供了科學(xué)依據(jù)。

　　3、地形資料。眾所周知,地形對當?shù)氐娘L(fēng)場結(jié)構(gòu)和溫度場特征有著重要的作用;對該區(qū)域中污染物濃度特征也有著較大的影晌。例如,蘭州市城區(qū),因其特有的河谷盆地地形,使其、季的靜風(fēng)率***和逆溫層厚,是導(dǎo)致大氣中有害物質(zhì)不易擴散稀釋的***主要氣象因素;而以石油化工為主的蘭州市西部盆地,復(fù)季日照強度大,太陽總輻射能月平均***大值約為1.6萬卡/厘米2˙月,加上大氣逆溫層的存在,又是促使產(chǎn)生光化學(xué)煙霧反應(yīng)的先決條件。這些情況在布點時,必須加以考慮。

　　4、健康情況與人口及動、植物資料。監(jiān)測布點前,了解并收集監(jiān)測地區(qū)人群、牲畜,乃至植物和材料等受大氣中污染物所造成損害的資料,可感性的認識污染程度,有助于選擇監(jiān)測地點。人口分布資料,尤其是對評價居民受污染影響程度時,需進行大氣污染流行病學(xué)調(diào)查,在若干個大氣污染程度明顯不同的居住區(qū),如不同功能區(qū)劃進行,是有著重要意義的。

　　5、以往大氣監(jiān)測資料。對要監(jiān)測地區(qū),收集其以往的大氣監(jiān)鍘資料,匯編成表格或繪制成反映污染狀況的圖,也有助于對該地區(qū)大氣污染程度作出初步估計。

　　值得指出的是,在進行大氣污染程度比較時,必須注意采樣和分析方法等方面是否有差異?監(jiān)測期間的氣象因素與源強變化情況如何?

　　通過上述對選擇具有代表性的監(jiān)測點加上適當?shù)牟蓸又芷?就可獲得足以代表某一區(qū)域的大氣質(zhì)量資料。

　　大氣監(jiān)測的布點

　　大氣環(huán)境監(jiān)測點的選擇是隨研究目的、對象和具體條件(包括經(jīng)濟實力)不同而有差異。***理想的是優(yōu)化布點,即用***少的投資,控制***少的監(jiān)測點,就可獲得***有代表性的大氣環(huán)境質(zhì)量信息,準確掌握其現(xiàn)狀及其變化趨勢。這也是目前***內(nèi)外正在研究的課題之一。

　　1、采樣點的數(shù)目。采樣點的數(shù)目取決于監(jiān)測范圍的大小和污染物變化的程度。

　　1976年世界衛(wèi)生組織推薦的監(jiān)測點數(shù)見表1

　　在美***,除按美***EPA經(jīng)驗公式計算城市平均測點數(shù)外,還通過估計現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空相關(guān)范圍和了解污染源強度、氣象資料,選擇適當?shù)拇髿鈹U散模式進行大氣環(huán)填監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計,然后再用實測數(shù)據(jù)驗證完善模式。

　　在蘇聯(lián),Zaitsev和Yankovskii于1977年提出一個具有50~100萬人口的城市,設(shè)5~10個監(jiān)測點,一個點的分布面積相當于10~20km2。在人口較多、地形復(fù)雜的或污染源數(shù)量很多的一些城市,建議每5~10km2設(shè)一個監(jiān)測點。

　　在日本,大多采用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定需設(shè)置監(jiān)測點的點數(shù),其計算公式如下:

　　n=(CV)2˙t2/Pt

　　式中:n一需設(shè)置的監(jiān)測點數(shù);

　　t一根據(jù)確定的置信水平,監(jiān)測點為n一1查t表所得的t值,

　　CV一濃度地域差,

　　P一總體均值與n個測點均值之間的誤差%。

　　我***北京市空氣質(zhì)量系統(tǒng)布點利用已有的監(jiān)測點密度為2~8km2的硫酸鹽化速率數(shù)據(jù)所求得的濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用上述日本提出的方法,控制均值誤差在20~25%,計算出監(jiān)測面積約20km2范圍內(nèi),求出監(jiān)側(cè)點數(shù)n在7~9之間。

　　***內(nèi),一般沿用功能區(qū)布點、人為定點的方法進行。莊世堅1988年,從理論上(即通過隨機布點法、按功能區(qū)隨機布點法、按幾何圖形平均布點法以及分功能區(qū)策略布點法等的數(shù)字模式及其方差比較)證明了,在相同采樣精確度下,分功能區(qū)策略布點法是***好的布點法,它所布設(shè)的采樣點***少。

　　因為這種布點法的建立思想是認為抽樣研究的有效率取決于抽樣總體的方差,即方差較大的總體應(yīng)布設(shè)較多的采樣點,方差較小的總體可以布設(shè)較少的采樣點。在總監(jiān)測采樣點數(shù)目一定的條件下,適當選擇各功能區(qū)的布點數(shù),使樣本的平均數(shù)的方差為***小。

　　中***環(huán)境監(jiān)測總站于1985~1986年進行了“全***大氣環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化布點的研究”,提出了用超標率估計與控制濃度均值確定***控點(站)數(shù)目的方法,并通過系統(tǒng)工程中的整數(shù)規(guī)劃方法,給出了***控站的***佳站位,又采用方差估計方法,參照世界衛(wèi)生組織和美***EPA的方法,確定了***控站內(nèi)測點數(shù)目以及我***各級環(huán)境監(jiān)測站主要按人口密度設(shè)監(jiān)測點數(shù)的技術(shù)要求。

　　結(jié)合甘肅省實際情況,采用網(wǎng)格法測定大氣中硫酸鹽化速率數(shù)據(jù)求得濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定監(jiān)測點數(shù)目,同時,結(jié)合該地域的污染源排放與分布,又與功能區(qū)策略布點法進行綜合權(quán)衡是一種比較理想的方法。

　　2、監(jiān)測點的分布。監(jiān)測點的分布要能夠反映大氣污染的濃度特征,因此,監(jiān)測點位置應(yīng)在根據(jù)總體計劃所選擇的地區(qū)范圍內(nèi)具有代表性,即有預(yù)期濃度******、***低、中等以及背景濃度水平地區(qū);監(jiān)測點所取得數(shù)據(jù)應(yīng)與其他同類監(jiān)測點所取得的數(shù)據(jù)可比性,即各監(jiān)測點之間設(shè)置條件盡可能一致或標準化。

　　環(huán)境監(jiān)測點布設(shè)一定要設(shè)法避開附近的干擾,即避免靠近污染源,監(jiān)測點離居民小爐灶的煙囪應(yīng)不小于25米,對較大的污染源其距離應(yīng)適當加大,這取決于污染源排放***度與排放濃度;另外,監(jiān)測點周圍應(yīng)開闊,遠離表面有吸附能力的物體(如樹葉或具有吸附能力的建筑物),測點的水平線與周圍建筑物***度的夾角應(yīng)不大于30°,監(jiān)測點周圍應(yīng)有270°以上的自由空間,把監(jiān)測點設(shè)在陽臺上的辦法是不可取的。

　　在交通稠密區(qū)監(jiān)測點應(yīng)離開人行道邊緣1.5米以遠,對于研究污染物變化趨勢的長期監(jiān)測點,為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可比性,監(jiān)測點的位置一經(jīng)確定,不宜輕易變動;因此,此時確定監(jiān)測點一定要避開將來會有較大程度重建或改變土地使用情況的地方,一定要了解本地域的規(guī)劃發(fā)展。除此之外,還應(yīng)考慮大氣物理因素以及污染物活性。

　　3、大氣采樣的***度。Ott1977年提出設(shè)置采樣器的***度為3±0.5米(收集不同***度空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)除外)。Mianwaring和Harsha1975年對顆粒物分布***度的研究中,得出顆粒物濃度隨***度而降低。當平均風(fēng)速為8.5米/秒時,65米***處的數(shù)值為11米***處數(shù)值的33%,而當平均風(fēng)速為0.9米/秒時,僅為12%。Pace等人1977年研究了美***7個城市31個點的懸浮顆粒物濃度,得出結(jié)論,在10米左右***度內(nèi)平均濃度隨***度而成遞減變化,而在***度10米以上,懸浮顆粒物濃度變化不明顯。

　　我***對不同***度大氣中顆粒物濃度的研究結(jié)果表明,以前距地面1.5米(人的呼吸帶)采樣,會使結(jié)果偏***。主要是地面二次揚塵所致,特別對氣候干燥的西北地區(qū)影響更大。在“大氣環(huán)境污染監(jiān)側(cè)技木規(guī)范”中規(guī)定,對二氧化硫、氮氧化物、總懸浮微粒以及硫酸鹽化江率的采樣***度為3~15米。

　　自然降塵的采樣***度為5~15米。值得指出的是,各地區(qū)應(yīng)根據(jù)自己的特點,通過深入進行不同***度大氣中各種污染物分布特征的研究來確定較合適的采樣***度,將能更好地掌握污染物的時空分布及其變化規(guī)律。

　　4、相對清潔點的選擇。在進行大氣環(huán)境監(jiān)測時,不論采用哪一種布點方法,都必須設(shè)置一個或幾個清潔對照點。選擇相對清潔對照點,主要觀測本地域不受污染監(jiān)測地區(qū)影響的地點,***好能選在清潔的地方,如位于污染監(jiān)測地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向,且遠離污染地區(qū)。

　　對于河谷地區(qū)清潔對照點的選擇,由于其特殊地形、地貌的影響,使在河谷盆地內(nèi)的大氣污染是區(qū)域的污染,即整個盆地區(qū)域大氣均不同程度地受到了污染,甚至山峰頂部也不清潔了。因此,相對清潔對照點必須選在河谷盆地以外,在其主導(dǎo)風(fēng)向之上風(fēng)向的地區(qū),且遠離污染地區(qū)。同樣,應(yīng)采用預(yù)試驗方法,從幾個預(yù)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析比較后,再確定本地區(qū)的大氣監(jiān)測相對清潔點的位置。