粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)控技術(shù)

師建中,謝 敏

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心,廣東 廣州 510045)

粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)控技術(shù)

師建中,謝 敏

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心,廣東 廣州 510045)

空氣污染日益呈現(xiàn)的區(qū)域性特點(diǎn),使得空氣質(zhì)量區(qū)域聯(lián)動監(jiān)測成為必然趨勢。以粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐為例,介紹了區(qū)域聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)的組成和運(yùn)行機(jī)制,并著重探討了系統(tǒng)質(zhì)量保證/質(zhì)量控制 (QA/QC)以及數(shù)據(jù)管理等核心支撐技術(shù)。

區(qū)域空氣質(zhì)量;聯(lián)動;監(jiān)測

改革開放以來,珠江三角洲地區(qū)成為國內(nèi)工商業(yè)和人居生活現(xiàn)代化水平發(fā)展最快的地區(qū)。多種類、高度密集、大排放量的污染源,也使珠三角地區(qū)面臨前所未有的環(huán)境污染問題。為全面、及時、準(zhǔn)確反映珠三角地區(qū)空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢,提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性和可靠性,廣東省政府和香港特別行政區(qū)政府于 2003—2005年聯(lián)合建立了粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng) (以下簡稱“系統(tǒng)”)。系統(tǒng)提供珠三角地區(qū)空氣污染物聯(lián)動監(jiān)測的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),并向公眾發(fā)布區(qū)域內(nèi)各地空氣質(zhì)量日報(bào),成為目前國內(nèi)實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境空氣污染物聯(lián)動監(jiān)測的成功案例。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)涵蓋珠三角地區(qū)的 16個空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站,包括廣東省 10個地方站、3個區(qū)域站和香港特別行政區(qū) 3個地方站,以及一臺移動監(jiān)測車。系統(tǒng)站點(diǎn)分布如圖 1所示。監(jiān)測項(xiàng)目包括二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物 (PM10)、一氧化碳和臭氧,區(qū)域監(jiān)測子站和移動監(jiān)測車在此基礎(chǔ)上增加

圖1 系統(tǒng)站點(diǎn)分布示意

了 P M2.5項(xiàng)目?；谙到y(tǒng)特有的跨境、跨體制和多方參與的聯(lián)動監(jiān)測需求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)并采用了如圖 2所示的組網(wǎng)方式和數(shù)據(jù)傳輸解決方案。除了空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站外,還建立了質(zhì)量保證 /質(zhì)量控制 (QA/QC)實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺等關(guān)鍵組成部分。

圖2 系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)示意

為保證粵港兩地監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性和可比性,兩地建立統(tǒng)一、高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量管理體系,參考了美國 EPA和香港環(huán)保署空氣自動監(jiān)測 QA/QC技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),建立了適用于珠三角地區(qū)的 QA/QC技術(shù)體系,編制了完整的 QA/QC標(biāo)準(zhǔn)操作手冊;成立區(qū)域空氣質(zhì)量管理委員會,每季度召開研討會,監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、QA/QC制度執(zhí)行情況,評估和監(jiān)察數(shù)據(jù)質(zhì)量;定期進(jìn)行成效審核和系統(tǒng)回顧。在廣東省環(huán)境監(jiān)測中心和香港環(huán)保署空氣科學(xué)組分別設(shè)立 QA/QC實(shí)驗(yàn)室,對所屬地的子站提供直接的QA/QC技術(shù)支持和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)傳遞。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心分建于廣東省與香港兩地,并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。主要用于接收自動監(jiān)測子站上報(bào)的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),監(jiān)管 QA/QC例行任務(wù)的執(zhí)行情況和報(bào)告的生成結(jié)果,實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)質(zhì)量管理,必要時對屬地子站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心將實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)即時報(bào)送到廣東省環(huán)境保護(hù)廳信息中心的數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺,生成辦公應(yīng)用數(shù)據(jù),并向公眾發(fā)布信息。數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺主要功能包括:以 30 s間隔更新系統(tǒng)各子站、各監(jiān)測項(xiàng)目實(shí)時數(shù)據(jù)及其動態(tài)展示圖表;提供歷史數(shù)據(jù) (如 5 min、小時、日、月、年時標(biāo)的平均值、最大值、最小值及相關(guān)空氣污染指標(biāo))的瀏覽和審核;每日定時自動統(tǒng)計(jì)反映區(qū)域空氣污染狀況的區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù) (RAQ I),并演算、繪制、發(fā)布RAQ I指數(shù)分布圖。

2 系統(tǒng)支撐技術(shù)

系統(tǒng)覆蓋整個珠三角地區(qū),具有跨境、跨體制的規(guī)模。為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)一并具有國際先進(jìn)水平,系統(tǒng)推行了一系列聯(lián)動監(jiān)測支撐技術(shù),包括質(zhì)量保證 (QA)、質(zhì)量控制 (QC)、運(yùn)行成效審核、預(yù)防性維修、數(shù)據(jù)狀態(tài)判別技術(shù),并建立數(shù)據(jù)審核制度、質(zhì)量管理委員會審議制度。

2.1 質(zhì)量保證 (QA)技術(shù)

系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)粵港兩地 QA/QC實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)向各自屬地子站下發(fā)鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體,以及對子站進(jìn)行臭氧傳遞和計(jì)量器具認(rèn)證,確保標(biāo)準(zhǔn)器物量值溯源的統(tǒng)一性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性、權(quán)威性。系統(tǒng)以美國N IST一級鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體為實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn),下發(fā)認(rèn)證的鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體作為子站的工作標(biāo)準(zhǔn)。

臭氧標(biāo)準(zhǔn)按照應(yīng)用等級可分為一級標(biāo)準(zhǔn)、傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)。必須使用級別較高的參考標(biāo)準(zhǔn)對傳遞標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證或重新認(rèn)證。圖3總結(jié)了它們的可追溯度及相應(yīng)的認(rèn)證或重新認(rèn)證頻率。系統(tǒng)的臭氧標(biāo)準(zhǔn)可使用美國國家標(biāo)準(zhǔn)局所制的第 35臺臭氧標(biāo)準(zhǔn)光電儀 (SRP 34)或同等標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)證和重新認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的臭氧傳遞標(biāo)準(zhǔn),然后使用臭氧傳遞標(biāo)準(zhǔn)對臭氧工作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核檢查、認(rèn)證和重新認(rèn)證。動態(tài)校準(zhǔn)儀的臭氧發(fā)生器在QA/QC實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過初始認(rèn)證后,每個季度重新認(rèn)證一次,便可作為子站的工作標(biāo)準(zhǔn),用于子站臭氧發(fā)生器的檢查和臭氧分析儀的動態(tài)校準(zhǔn)[1]。

圖3 系統(tǒng)臭氧標(biāo)準(zhǔn)的可追溯度

對于所用動態(tài)校準(zhǔn)儀器的流量控制器,需要每3個月由 QA/QC實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)進(jìn)行檢查和傳遞認(rèn)證。系統(tǒng)的 QA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作規(guī)程執(zhí)行文獻(xiàn)[1];所用流量、溫度、壓力、容積、時間、頻率、電流、電壓等屬國家法定強(qiáng)檢計(jì)量器具的儀器儀表,必須按國家技術(shù)監(jiān)督法規(guī)要求定期送檢。

2.2 運(yùn)行成效審核技術(shù)

成效審核是QA工作的一個重要組成部分,目的在于獨(dú)立審核監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作以及整個網(wǎng)絡(luò)和各個子站監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。為此,各子站每年至少接受一次由系統(tǒng) QA/QC實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的運(yùn)行成效審核。針對系統(tǒng)的跨境、跨體制特點(diǎn),每年由廣東省環(huán)境監(jiān)測中心對香港特別行政區(qū) 3個子站進(jìn)行審核。香港特別行政區(qū)環(huán)保署空氣科學(xué)組對廣東省 13個子站中抽選的 3個子站進(jìn)行審核。進(jìn)行運(yùn)行成效審核時,由審核方派出技術(shù)人員,攜帶其QA/QC實(shí)驗(yàn)室的鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體和動態(tài)校準(zhǔn)儀器、零氣制配儀器、流量檢定儀器等,前往被審核子站,制配零氣和各項(xiàng)目高、中、低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣,取代空氣樣品送入采樣總管,觀察、記錄在線運(yùn)行的各氣體分析儀器對相應(yīng)成分、相應(yīng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣的響應(yīng)讀數(shù),統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)誤差,核定成績。運(yùn)行成效審核的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作規(guī)程,執(zhí)行文獻(xiàn)[1]。

2.3 質(zhì)量控制 (QC)技術(shù)

為監(jiān)控和減小因氣體分析儀器在線運(yùn)行中零點(diǎn)漂移、跨度漂移、非線性等作用產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差,系統(tǒng)的子站計(jì)算機(jī)配置了運(yùn)行控制軟、硬件,能夠調(diào)控子站標(biāo)準(zhǔn)氣體動態(tài)配制儀器。通過計(jì)算機(jī)編程和自動化控制[2],實(shí)現(xiàn)了每日或隔日自動檢查并必要時校準(zhǔn)站點(diǎn)上各種在線氣體分析儀器的量程零點(diǎn)和跨度 (滿量程 80%濃度);每周或隔周自動檢查各在線氣體分析儀器的精度 (滿量程15%～20%濃度);每季度定期檢查各在線氣體分析儀器的多點(diǎn)跨度,即線性檢查。并依據(jù)由此產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及性能成績,指導(dǎo)儀器設(shè)備運(yùn)行維護(hù),考核系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度水平等。系統(tǒng)的 QC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作規(guī)程,執(zhí)行文獻(xiàn)[1]。

2.4 預(yù)防性維修

所有自動監(jiān)測子站上的氣體分析和標(biāo)準(zhǔn)氣制配用儀器設(shè)備,在運(yùn)行時間達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限定值之前,需要離線進(jìn)行預(yù)防性維修。維修內(nèi)容包括更換所有氣體流路的管線、連接件;清潔檢測部組件,更換耗損、部件;按照說明書重新測量、檢查和調(diào)整儀器設(shè)備的工作參數(shù);完成規(guī)定的氣密性,零點(diǎn)、跨度漂移,重現(xiàn)性,多點(diǎn)線性,量程校準(zhǔn)等性能檢驗(yàn)。維修評估合格后才能提供子站繼續(xù)使用。

2.5 數(shù)據(jù)狀態(tài)判別

建立關(guān)于監(jiān)測數(shù)據(jù)狀態(tài)定義的標(biāo)識字符集和記錄規(guī)則。采集監(jiān)測數(shù)據(jù)時,同步記錄提供數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等信息,例如記錄是否正在執(zhí)行性能檢查、校準(zhǔn)任務(wù),或儀器設(shè)備運(yùn)行條件不良、報(bào)警等信息。以“向上備份”規(guī)程在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫生成各子站的帶標(biāo)識原始數(shù)據(jù)記錄。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行“有效監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取率”、“QA/QC實(shí)驗(yàn)報(bào)告”、“數(shù)據(jù)判別通過率”等績效評定。

2.6 數(shù)據(jù)審核制度

系統(tǒng)建立了一套適用于聯(lián)動監(jiān)測的數(shù)據(jù)審核制度,包括日審、月審、年審等[3]。一方面,系統(tǒng)能夠自動進(jìn)行有效、超標(biāo)、缺失等數(shù)據(jù)審核。另一方面,系統(tǒng)也支持進(jìn)行人工審核,監(jiān)控人員可利用有關(guān)的地理、氣象過程、污染源規(guī)模等信息,觀察分析子站是否出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象,必要時可調(diào)配系統(tǒng)配備的移動監(jiān)測車到子站所在地進(jìn)行同步監(jiān)測,作比對判別,避免因儀器設(shè)備和人為失誤造成的影響。

2.7 質(zhì)量管理委員會 (QMC)會議

系統(tǒng)的粵港雙方負(fù)責(zé)人和專家每季度召開一次QMC例行會議。審查上一季度 QA/QC執(zhí)行情況、數(shù)據(jù)歸檔情況、系統(tǒng)運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度評估,審核監(jiān)測報(bào)告以及研討系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)的技術(shù)問題,提出應(yīng)對方案,等等。QMC會議提供了一種有效的監(jiān)督機(jī)制,促進(jìn)了粵港雙方的技術(shù)交流與合作。

3 結(jié)語

系統(tǒng)建立了一個與國際先進(jìn)國家接軌、跨區(qū)域的、比較完善的區(qū)域空氣質(zhì)量聯(lián)動監(jiān)測QA/QC技術(shù)體系,編制了 QA/QC標(biāo)準(zhǔn)操作程序;成立粵港區(qū)域空氣監(jiān)控質(zhì)量管理委員會機(jī)制,監(jiān)管QA/QC制度的執(zhí)行;建立定期比對、標(biāo)準(zhǔn)傳遞、溯源、審核、成效評估機(jī)制;建立數(shù)據(jù)和狀態(tài)標(biāo)記系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)審核及其自動化操控;創(chuàng)新了區(qū)域空氣質(zhì)量發(fā)布機(jī)制等。隨著聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)及其支撐技術(shù)的不斷完善,系統(tǒng)運(yùn)行平臺以及產(chǎn)生的具有區(qū)域規(guī)模、連續(xù)性和長期性的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄,還將為研究開發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用和預(yù)報(bào)、預(yù)警模型等工作,提供優(yōu)良的業(yè)務(wù)與科研工作資源。

[1]廣東省環(huán)境監(jiān)測中心.珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) QA/QC手冊[M].廣州:廣東科技出版社,2007.

[2]師建中.環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)處理通用技術(shù)研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2009,7(4):30-31,98.

[3]劉俊,袁鸞,師建中.區(qū)域空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)審核方法與制度的探索[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2009,25(4):60-63.

Quality Control Techn iques of Regional A ir Quality Interconnecting M on itoring System of Hong Kong and Pearl River Delta

SH IJian-zhong,XIEMin
(Guangdong Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Guangzhou,Guangdong 510045,China)

Due to the regional characteristic of air pollution,interconnectingmonitoring systems become increasingly necessary.Based on the RegionalAirQualityMonitoringNetwork of Hong Kong and PRD,the composition and operatingmechanismsof regional interconnectingmonitoring system are described,and the significant supporting techniques,such asQA/QC and datamanagement have been discussed particularly.

regional air quality;interconnection;monitoring

X831

A

1674-6732(2011)-01-0001-03

2010-05-27

國家(863計(jì)劃)高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA06A308)。

師建中(1955—),男,高級工程師,?？?從事環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)研究工作。