探究大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用及布點(diǎn)方法

魏同軍

（臨沂市生態(tài)環(huán)境局費(fèi)縣分局臨沂市費(fèi)縣環(huán)境監(jiān)控中心，山東 臨沂 273400）

近年來(lái)，隨著全球氣溫逐漸變暖，各地火災(zāi)、地震、海嘯等自然災(zāi)害越來(lái)越多，大量生物因失去生存空間而瀕臨滅絕，人類不得不反思以犧牲自然環(huán)境換取經(jīng)濟(jì)發(fā)展的做法到底對(duì)不對(duì)？能不能持續(xù)長(zhǎng)久發(fā)展？現(xiàn)階段，PM2.5指數(shù)居高不下，大氣中的污染源由原有粉塵顆粒、二氧化碳逐漸增加為一氧化碳、二氧化硫、一氧化硫等多種污染源。面對(duì)污染越來(lái)越嚴(yán)重的情況，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)顯得越來(lái)越重要。現(xiàn)階段大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)主要是對(duì)大氣中的污染物進(jìn)行檢測(cè)分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域大氣環(huán)境的全面了解。在對(duì)某一地區(qū)的大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要結(jié)合地理位置、周圍自然環(huán)境情況、人文環(huán)境以及大氣污染物種類等不同因素綜合分析。檢測(cè)項(xiàng)目多、程序復(fù)雜、參考系數(shù)多，無(wú)論是單項(xiàng)指標(biāo)還是綜合指標(biāo)都要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，有必要對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)施和監(jiān)測(cè)點(diǎn)安置方法進(jìn)行系統(tǒng)的思考和分析，這樣才有助于更好地發(fā)揮大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的作用。

1 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)方法分析

1.1 扇形布點(diǎn)法的分析

扇形布點(diǎn)法，是指結(jié)合當(dāng)?shù)乜陀^地形差異，在污染源風(fēng)向下游輻射扇形區(qū)域內(nèi)的不同方向和距離間進(jìn)行采樣布點(diǎn)，點(diǎn)位選擇通常是4～6個(gè)，確保扇形區(qū)域內(nèi)的全覆蓋。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)污染源只有一個(gè)，且污染區(qū)域的風(fēng)向非常穩(wěn)定時(shí)，扇形布點(diǎn)法是最優(yōu)的選擇，但如果出現(xiàn)多個(gè)污染源的情況，此種方法監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度相對(duì)薄弱?？茖W(xué)采用扇形布點(diǎn)法，對(duì)主要污染源進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，可以合理確定污染源的具體位置，判斷是否對(duì)周邊居民的正常生活產(chǎn)生不利影響?？梢愿鶕?jù)主風(fēng)向軸，完成設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的任務(wù)，也可以結(jié)合具體需求情況，合理設(shè)置各監(jiān)測(cè)點(diǎn)。同時(shí)，在上風(fēng)口處集中布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，掌握污染源第一手資料。這種點(diǎn)位布置方式對(duì)單一污染源的監(jiān)測(cè)效果非常顯著，保證了相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，但它的缺點(diǎn)是不能滿足那些大規(guī)模污染源的要求，需要根據(jù)污染源的分布區(qū)域、污染源污染范圍大小來(lái)調(diào)整監(jiān)測(cè)面積大小和點(diǎn)位布置情況[1]。

1.2 同心圓布點(diǎn)方法分析

工作人員對(duì)污染源經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后選取監(jiān)測(cè)范圍，這個(gè)范圍叫重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。以此為中心點(diǎn)，選取不同距離作為半徑來(lái)繪制兩個(gè)圓形的監(jiān)測(cè)范圍，形成同心圓布點(diǎn)監(jiān)測(cè)方式。不同半徑的圓形輻射范圍內(nèi)，有共同區(qū)域和單獨(dú)區(qū)域，這樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中有相同和差異的部分，這為分析污染源提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于不同半徑的圓，是從圓心開始畫出的射線，這些射線的角度和長(zhǎng)度有所差異，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置和數(shù)量上也要隨之做好調(diào)整。通常情況下，工作人員會(huì)采用光束交叉式來(lái)進(jìn)行點(diǎn)位布置，采樣點(diǎn)數(shù)和分布不同，這就造成了環(huán)境的實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果也會(huì)有所不同。一般情況，工作人員會(huì)在主導(dǎo)風(fēng)向的逆風(fēng)位置放置更多的采樣點(diǎn)，而在順風(fēng)向的采樣點(diǎn)布置相對(duì)少一些。另外，這種方法也可以在周邊相鄰位置進(jìn)行區(qū)域采樣，在這個(gè)過(guò)程中，周邊位置的分布必須保持均勻，在一些污染嚴(yán)重和集中的地方，會(huì)采用同心圓點(diǎn)的布點(diǎn)方法。

1.3 網(wǎng)格布點(diǎn)法的說(shuō)明

網(wǎng)格布點(diǎn)法，顧名思義就是將一定行政區(qū)域按照一定比例進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格布局的前提是選取一定的參數(shù)，比如地理位置、企業(yè)分布、污染范圍等等，這些選擇參數(shù)并非絕對(duì)化、固定化，可根據(jù)情況的不同作出相應(yīng)的調(diào)整。這種布局方式的優(yōu)點(diǎn)是兼具共性與個(gè)性，科學(xué)判斷相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有效繪制任意時(shí)間段的污染擴(kuò)散趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)客觀、公正，進(jìn)而為更好控制污染物提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)于污染物分布均勻的區(qū)域和污染源多的區(qū)域，此方法的適用度更加普遍。這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)于污染物較嚴(yán)重的地區(qū)，沒(méi)有建立點(diǎn)監(jiān)測(cè)，不能反映高濃度污染物的具體濃度分布情況，而且，網(wǎng)格化設(shè)置點(diǎn)位相對(duì)較多，投入經(jīng)費(fèi)要更高一些。

1.4 功能區(qū)布點(diǎn)方法分析

功能區(qū)布點(diǎn)法，就是按照某一地方功能區(qū)分布情況進(jìn)行劃分。一個(gè)行政區(qū)域內(nèi)按工業(yè)區(qū)、商業(yè)圈、住宅區(qū)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等多個(gè)區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域功能不同，人口和企業(yè)分布也不盡相同，這樣大氣環(huán)境污染情況也有所不同。當(dāng)然，這種劃分方式主要是基于功能區(qū)的劃分進(jìn)行監(jiān)控，因此在目前的應(yīng)用過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)對(duì)商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、工業(yè)區(qū)等區(qū)域進(jìn)行精確劃分。但是，在現(xiàn)實(shí)生活中各種因素錯(cuò)綜復(fù)雜，這種區(qū)域功能劃分往往非常困難，效果并不理想。要改變這種現(xiàn)狀，要求相關(guān)人員必須詳細(xì)了解該地區(qū)的人口和污染狀況，以便隨時(shí)做好動(dòng)態(tài)調(diào)整。工作人員應(yīng)充分意識(shí)到這一點(diǎn)，并在決定點(diǎn)數(shù)時(shí)對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行深入研究，以便可以選出具有代表性的位置。

2 優(yōu)化大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法的有效措施

2.1 精確設(shè)置采樣點(diǎn)高度

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的高度和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度息息相關(guān)，所以高度的選擇也應(yīng)引起足夠多的重視，這是優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測(cè)的有效路徑[2]。為進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，一定要對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行整體以及局部評(píng)估，監(jiān)測(cè)設(shè)備的材質(zhì)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)度，材質(zhì)本身的耐用性，這些情況都需要進(jìn)行系統(tǒng)分析。精準(zhǔn)設(shè)置采樣點(diǎn)需要堅(jiān)持兩個(gè)原則：第一，監(jiān)測(cè)點(diǎn)高度與污染源高度保持一定距離，這個(gè)距離要經(jīng)反復(fù)測(cè)算和實(shí)驗(yàn)后最終確準(zhǔn)的最佳距離。第二，明確搜索對(duì)象，根據(jù)搜索對(duì)象的變化設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高度，以保證監(jiān)測(cè)效率，避免海拔誤差造成的監(jiān)測(cè)誤差[3]。

2.2 最大限度地遠(yuǎn)離障礙物

在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，往往會(huì)忽視障礙物對(duì)監(jiān)測(cè)工作的影響，因此在監(jiān)測(cè)初期，一定要對(duì)障礙物的分布、大小情況做詳細(xì)記錄與分析，將影響盡量降到最低。如果周圍有障礙物，就會(huì)造成數(shù)據(jù)波動(dòng)，進(jìn)而降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，無(wú)法為大氣環(huán)境治理和評(píng)估報(bào)告的撰寫提供可靠的數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)置大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在選定點(diǎn)位后及時(shí)清除障礙物，如障礙物不便于清理，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，盡可能避開障礙物或者選取備用監(jiān)測(cè)方案。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為之后治理整改過(guò)程提供數(shù)據(jù)參考，所以此階段的數(shù)據(jù)一定要保證真實(shí)、客觀。障礙物是影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性的因素之一，要利用現(xiàn)階段“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)信息技術(shù)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)等智能化手段提前避開障礙物，比如，監(jiān)測(cè)前，可利用“北斗”定位系統(tǒng)全方位對(duì)劃定監(jiān)測(cè)區(qū)域的地形、地域分布、障礙物所處位置及占地面積等信息進(jìn)行整理分析，盡可能避開障礙物。

2.3 確保采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離污染源

大氣環(huán)境受天氣情況影響，不確定性較強(qiáng)。風(fēng)向、雨天、雪天這些天氣都會(huì)對(duì)大氣污染源的提取帶來(lái)一定的難度，也就是說(shuō)大氣環(huán)境中污染物的濃度在不同的氣候、環(huán)境和時(shí)間下有很大差異。為保證大氣監(jiān)測(cè)的時(shí)效性，一定要在同一時(shí)間同一位置對(duì)大氣進(jìn)行檢測(cè)活動(dòng)。污染源地區(qū)一般都是重工業(yè)集中地區(qū)，鋼鐵、化工企業(yè)較多且大氣污染嚴(yán)重，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集造成很大的干擾，所以采樣地一定要遠(yuǎn)離污染源。不難理解，如果監(jiān)測(cè)人員將大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)位置靠近污染源，就會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，既浪費(fèi)時(shí)間，還影響了監(jiān)測(cè)的質(zhì)量[4]。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的具體應(yīng)用

3.1 移動(dòng)排污源監(jiān)測(cè)方面的運(yùn)用

生活中，大量的污染源在沒(méi)有經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理情況下任意排放，這種情況對(duì)大氣和環(huán)境造成很大影響，移動(dòng)排污監(jiān)測(cè)就是針對(duì)此種情況精心設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方式。此種監(jiān)測(cè)方式的主體步驟是：首先在監(jiān)測(cè)前確定好需要檢測(cè)的區(qū)域和目標(biāo)，然后找到可能成為移動(dòng)污染源的物質(zhì)，針對(duì)不同的污染源利用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，接著對(duì)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，最后將分析好的數(shù)據(jù)匯總編制成報(bào)告，為下一步制定治理措施提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

3.2 對(duì)比監(jiān)測(cè)方面的運(yùn)用

環(huán)境監(jiān)測(cè)可以明確大氣環(huán)境中污染物的種類和含量等多項(xiàng)參數(shù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，有助于提高大氣污染控制率，有助于完善大氣污染控制方案。在具體環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要從以下幾個(gè)方面分析環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)性：一是在工作過(guò)程中，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，支持大氣污染監(jiān)測(cè)和控制，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)向上級(jí)報(bào)告結(jié)果。相關(guān)工作人員對(duì)二氧化硫、氮氧化物等污染物進(jìn)行科學(xué)分析，對(duì)比前期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷大氣污染防治措施是否合理，為選擇更合適的防治方案提供依據(jù)。二是監(jiān)測(cè)期間，要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)率、排水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)、分析，深入了解本單位是否存在污水超標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)違規(guī)設(shè)備，立即關(guān)閉。在獲取測(cè)試結(jié)果的同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門要加強(qiáng)與排污單位的聯(lián)系，及時(shí)了解排污單位污染物的變化情況，調(diào)整監(jiān)測(cè)內(nèi)容，保證計(jì)劃的有效性和可行性。提高大氣污染監(jiān)測(cè)水平，促進(jìn)我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，確保可持續(xù)發(fā)展政策的實(shí)施。

3.3 驗(yàn)收監(jiān)測(cè)方面的運(yùn)用

企業(yè)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就必須重視環(huán)境問(wèn)題，發(fā)展與環(huán)境是相輔相成的關(guān)系，環(huán)境好了才能為企業(yè)提供源源不斷的資源，企業(yè)的發(fā)展才會(huì)更加順暢。驗(yàn)收監(jiān)測(cè)方式就是檢驗(yàn)企業(yè)是否注重環(huán)境問(wèn)題。為此，企業(yè)要在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)完善：一是新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目時(shí)，要先了解國(guó)家相關(guān)的法律法規(guī)以及政策規(guī)定，貫徹落實(shí)好國(guó)家關(guān)于污染排放與防治方面的措施；二是企業(yè)應(yīng)重視環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，設(shè)立專門的環(huán)境監(jiān)測(cè)部門，聘請(qǐng)專業(yè)人員定期對(duì)企業(yè)排污情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)檢查，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)班子定期聽取環(huán)境污染監(jiān)測(cè)報(bào)告，不斷提升企業(yè)排污治理能力；三是加大創(chuàng)新技術(shù)的投資力度，對(duì)污染源的硫、氮、顆粒、粉末等進(jìn)行無(wú)害化處理，在源頭上減少污染的排放。

4 應(yīng)用案例分析

4.1 研究案例的區(qū)域和時(shí)段概況

本研究以116°20'E和36°60'N為中心，正東方向?yàn)閤軸，正北方向?yàn)閥軸。面積設(shè)置為4 km×4 km。整個(gè)研究區(qū)合理劃分為87行×93列，共8902個(gè)網(wǎng)格單元?？茖W(xué)運(yùn)用Models-3/CMAQ空氣質(zhì)量模型，以2019年為基年，模擬計(jì)算某區(qū)域某類污染物1、4、8、10月的濃度值，供網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化參考。

4.2 合理設(shè)定與選取相關(guān)參數(shù)

本研究預(yù)設(shè)監(jiān)測(cè)站B總數(shù)為20個(gè)，同時(shí)根據(jù)參考資料，設(shè)置Pmin為每網(wǎng)2萬(wàn)人，DC為8 km。

4.3 科學(xué)設(shè)定不同情景

經(jīng)相關(guān)專業(yè)人員綜合研究分析，一共設(shè)置兩種監(jiān)測(cè)情景進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，分別是：情景一：因?yàn)楫?dāng)前國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的指數(shù)僅參考 SO2、PM10、NO2等幾種污染物，所以，需把上述污染物當(dāng)成目標(biāo)污染物進(jìn)行組合，把綜合評(píng)價(jià)的濃度當(dāng)成優(yōu)化參考，實(shí)現(xiàn)對(duì)某地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點(diǎn)的分析。情景二：對(duì)那些典型的二次污染物如大氣細(xì)粒子PM2.5進(jìn)行參考，把對(duì)其綜合評(píng)價(jià)的濃度當(dāng)成優(yōu)化借鑒，實(shí)現(xiàn)對(duì)某地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點(diǎn)的分析。

4.4 針對(duì)研究結(jié)果的分析

合理利用Matlab軟件，依次根據(jù)兩種情景準(zhǔn)確計(jì)算出最優(yōu)方案，并利用ArcGIS對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，提供更直觀的對(duì)比數(shù)據(jù)。表1為上述兩種情景優(yōu)化結(jié)果，兩種情景分別在30%、50%、80%和90%情況下的對(duì)比情況；兩種情景在同一百分比中，不同情形下的對(duì)比數(shù)據(jù)。設(shè)定的情景所得的數(shù)據(jù)，為更多企業(yè)或相關(guān)部門采取防治措施提供數(shù)據(jù)參考。

表1 優(yōu)化結(jié)果點(diǎn)位和全部備選點(diǎn)位的均值、百分位數(shù)值以及誤差表

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，利用相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考綜合評(píng)價(jià)的濃度，設(shè)定相近的數(shù)據(jù)目標(biāo)。在各種情形數(shù)據(jù)約束下，構(gòu)建能反映區(qū)域空氣污染的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化布點(diǎn)間距和范圍，保證應(yīng)用方法的合理性。結(jié)合最終結(jié)果，對(duì)比各類型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、客觀性。同時(shí)，在優(yōu)化區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布置的過(guò)程中，對(duì)可能引起各區(qū)域污染物的原因進(jìn)行分析，使優(yōu)化結(jié)果在分析數(shù)據(jù)中有所體現(xiàn)。

綜上所述，新時(shí)代環(huán)境問(wèn)題已成為全人類共同的課題，每個(gè)國(guó)家、企業(yè)以及個(gè)人都是環(huán)境保護(hù)者。面對(duì)環(huán)境污染現(xiàn)狀，每個(gè)人都要肩負(fù)起保護(hù)環(huán)境的責(zé)任。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用是現(xiàn)階段環(huán)境污染基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集工作的主要方式，成為獲取環(huán)境數(shù)據(jù)的有效途徑，應(yīng)得到足夠的重視。因此，今后大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍盡可能選擇具有代表性的區(qū)域，根據(jù)不同污染物，在扇形布點(diǎn)、同心圓布點(diǎn)、網(wǎng)格化布點(diǎn)等方式中選擇最合適的采集方式，為治理工作順利開展提供有力的數(shù)據(jù)支撐。