基于大氣特征污染物的監(jiān)測布點選址優(yōu)化研究

張 偉

山東省臨沂生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 山東 臨沂 276000

1 大氣污染物監(jiān)測的內(nèi)容

日常生活中的空氣污染主要由氮氧化物和硫氧化物引起。隨著汽車保有量的增加,汽車尾氣排放量增加,尾氣中含有大量的氮氧化物,是氮氧化物污染的主要來源。此外,石化燃料和化肥燃料高溫燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有大量氮氧化物,嚴重污染大氣環(huán)境,也是霧霾天氣增多的根本原因。因此,在大氣環(huán)境監(jiān)測中,主要監(jiān)測SO2、H2S、粉塵細顆粒等,這些污染物主要來自煤和石油的燃燒。二氧化硫?qū)Υ髿獾挠绊懯欠浅乐睾蛷V泛的。如果大氣中二氧化硫含量超標,會對人體產(chǎn)生很大影響,引起眼結(jié)膜炎、支氣管炎等疾病。而對那些體質(zhì)相對較弱的群體,尤其是青少年的影響更為明顯。SO2:濃度過高會降低青少年的免疫力,削弱抵抗力,易患各種疾病。

2 基于大氣特征污染物監(jiān)測布點選擇的優(yōu)化

2.1 操作流程 此流程共有三點,第一點是收集了大量的基礎信息,如污染源分布、各區(qū)域地形、氣候變化數(shù)據(jù)等,第二個點是過濾出具有特定含義的污染物,對監(jiān)測點進行模型選擇,第三個點是基于模型,根據(jù)確定監(jiān)測點的總體調(diào)整缺失。其中,第一點和第二點分別包含以下內(nèi)容:一是由專人采集數(shù)據(jù),并根據(jù)數(shù)據(jù)顯示的內(nèi)容進行實地調(diào)查,確保數(shù)據(jù)與實際情況相符,將監(jiān)測區(qū)域劃分為不同的網(wǎng)格;二是對具有明顯特征的污染物進行篩選,對各區(qū)域大氣污染濃度進行實測,確定環(huán)境分項指標。大氣污染濃度、選定的污染物和分目標的設定相互關(guān)聯(lián),都在經(jīng)濟和社會分目標的范圍內(nèi)。

2.2 特征污染物的篩選 污染物的特性是環(huán)境污染,最具代表性的污染物數(shù)據(jù),真實反映了環(huán)境的污染程度,在正常情況下,可以定義為一種含量較多的污染物,或者對環(huán)境有很大影響,但是如果一些污染物對人的生命構(gòu)成威脅,也可分為污染物的特征范圍。常規(guī)大氣監(jiān)測是了解大氣環(huán)境的整體污染程度,而從細節(jié)入手,尋找能夠代表區(qū)域大氣污染的代表性是區(qū)域大氣監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)之一。

篩選方法為:對多個污染源進行評分,并根據(jù)評分進行排序,以得分最高的為特征污染物;對不同污染源的潛在風險指數(shù)進行分析,得分最高的為特征污染物綜合得分。前兩種方法主要測量污染物的毒性,以及它們的環(huán)境行為。因此,在篩選過程中,必須充分考慮污染物本身的化學特性,以及污染物進入大氣環(huán)境后的殘留量。同時,可以根據(jù)一定區(qū)域的空氣污染狀況建立綜合評分體系。每一種污染源都可以按最高分和最低分的順序打分。采用的評分標準是:工業(yè)排放多少、是否散發(fā)惡臭、潛在危害系數(shù)的高低、是否有有毒氣體等,每個指標對應一個分值,所有分值相加,即作為一種污染物的分值。

2.3 大氣環(huán)境監(jiān)測的布點方式 大氣環(huán)境監(jiān)測的分布應盡可能準確,與大氣污染時空變化相適應,符合變化規(guī)律和整體運動趨勢,這一直是國內(nèi)外研究學者的主要研究問題。常用的分布方法有經(jīng)驗法、統(tǒng)計法、模型法等,但目前常用的方法有啞光元素分析法、密切值法等,這些方法的應用,使監(jiān)測人員能夠找到最佳的配電點位置。但是,這些方法仍有一定的局限性,需要進一步優(yōu)化,優(yōu)化方案的選擇是以環(huán)境因素為參考。因此,優(yōu)化的選址應注意以下內(nèi)容:需要提前了解工業(yè)園區(qū)投放化學品的頻率是檢測頻次,這些化學品累積效應后的分析,并調(diào)查工業(yè)園區(qū)是否會受到影響,影響程度有多大,根據(jù)監(jiān)測范圍和保護群眾,決策點的位置,因此,要求在人口密集地區(qū)的位置選擇位置,以及污染高峰區(qū)域較高,污染物測量值大于設定的標準位置,接近主要工業(yè)污染源。

本文是基于環(huán)境子目標、經(jīng)濟子目標、社會子目標等,實現(xiàn)監(jiān)測點的優(yōu)化,實現(xiàn)多目標規(guī)劃。多元規(guī)劃屬于運籌學的范疇。在給定條件下,需要從不同的角度尋找最優(yōu)方案。決策者在做出決策時,需要將互補或相反的目標一起分析,使問題變得簡單。

3 污染物監(jiān)測布點選擇所需的目標與約束條件

該模型中共有三個目標,分別是環(huán)境子目標、經(jīng)濟子目標和社會子目標。

3.1 環(huán)境子目標 環(huán)境次級目標中要考慮的因素是大氣環(huán)境的綜合損失、工業(yè)污染的影響程度和投訴數(shù)量。對于污染損失,根據(jù)污染造成的環(huán)境損害程度評價環(huán)境質(zhì)量。如果損失在設定的范圍內(nèi),污染水平將繼續(xù)上升,達到限值后將趨于穩(wěn)定。工業(yè)污染程度是指某一地區(qū)的工業(yè)污染會影響該地區(qū)的大氣質(zhì)量,而空氣中的風向和風頻可以調(diào)節(jié)某一地區(qū)的污染物濃度。如果該地區(qū)處于工業(yè)的下風,靠近污染源,污染會更嚴重。

3.2 經(jīng)濟子目標 該目標是某個地區(qū)的人均年收入,如果一個收入群體有較高的收益,其環(huán)境意識也就越強,愿意為環(huán)境保護支付相應的費用,而它對環(huán)境監(jiān)測的要求也就更高。

3.3 社會子目標 布點位置的選擇,必須盡量保證人口數(shù)量不變,尤其是對于一些大氣環(huán)境比較敏感的地區(qū),就像是學校、住宅。即社會子目標的選擇,需先確定網(wǎng)格總數(shù)的多少,以及網(wǎng)格內(nèi)所有的人口與土地使用的類型。

3.4 約束條件 雖然選擇的點數(shù)和點數(shù)的位置越多越好,但在實際工作中,一定要充分考慮實際情況,按照《標準(試行)》的要求,選擇最少的點數(shù),并根據(jù)投資的經(jīng)濟成本,確定最多的點數(shù)。兩個布點之間必須保持一定的距離,這個距離是最小距離。如果兩個分發(fā)點距離太近,監(jiān)測信息可能會變得冗余,造成資源的過度浪費。因此,應在整個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)進行合理規(guī)劃,確定任一監(jiān)測點的范圍,獲取監(jiān)測數(shù)據(jù),確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。

結(jié)語

對于大氣污染物,時空變化特征明顯,但單一城市空氣監(jiān)測點難以實現(xiàn)綜合監(jiān)測,特別是在空氣質(zhì)量相對明顯的地區(qū)和時段,要更好地實現(xiàn)空氣質(zhì)量監(jiān)測,必須增加監(jiān)測點。由于大氣污染物的數(shù)量相對較多,必須搞好特征污染物的選擇,為改善空氣質(zhì)量打下基礎。