論大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法及優(yōu)化

李祥芹

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

1 引言

空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的:首先,確定空氣質(zhì)量是否符合國(guó)家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。提供一個(gè)評(píng)估大氣環(huán)境質(zhì)量的直接數(shù)據(jù)庫(kù);第二,通過(guò)研究不斷變化的規(guī)律和大氣質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì),提供預(yù)測(cè)和污染程度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);第三,為執(zhí)行《大氣環(huán)境法》,大氣檢測(cè)提供了環(huán)境質(zhì)量管理、對(duì)大氣層的環(huán)境科學(xué)研究以及修訂大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)數(shù)據(jù)和依據(jù)。來(lái)理解大氣環(huán)境質(zhì)量變化的規(guī)律。需要獲得關(guān)于空間分布和時(shí)間變化的信息。從理論上講,為了獲取大氣環(huán)境的全部空間點(diǎn)信息,觀察點(diǎn)越密集,空間監(jiān)測(cè)就越好。但強(qiáng)度越高,這在經(jīng)濟(jì)上是無(wú)法承受的,在應(yīng)用上更困難。因此,獲取最具代表性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并盡可能減少點(diǎn)數(shù)已成為監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境和管理工作的一種不可避免的選擇。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原理

2.1 分配原則,從統(tǒng)計(jì)角度看,大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的分布實(shí)際上是在特定空間內(nèi)取樣。取樣方法包括隨機(jī)抽樣和分層取樣。隨機(jī)抽樣是最簡(jiǎn)單的,但需要大量的抽樣。環(huán)境大氣監(jiān)測(cè)有兩種方法:移動(dòng)觀察和靜態(tài)觀察,移動(dòng)觀察可以采用隨機(jī)抽樣來(lái)建立更多的點(diǎn)。然而,靜態(tài)控制只能根據(jù)待控制污染物的分布情況使用分層取樣控制點(diǎn)。無(wú)論采用何種取樣方法,監(jiān)測(cè)和分配問(wèn)題都必須澄清:分配點(diǎn)的數(shù)量和分配點(diǎn)的位置。

2.2 點(diǎn)數(shù)固定觀察主要使用人口、地域差異、專門(mén)知識(shí)和綜合方法確定地點(diǎn)數(shù)目。WHO建議根據(jù)控制地區(qū)的人口確定測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量。也就是說(shuō),人口越多,測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量就越多。例如,為監(jiān)測(cè)二氧化硫,可以為人口不足千萬(wàn)人的城市指定點(diǎn)數(shù),1～4點(diǎn)可調(diào)整為5點(diǎn)。計(jì)算人口少的方法簡(jiǎn)單而易于執(zhí)行,但更適合更大的空間,在一個(gè)小地區(qū)是不合理的。例如,高工業(yè)化的城市和人口較多的以及農(nóng)業(yè)占主導(dǎo)地位的城鎮(zhèn),同樣的比例并不令人信服。拆分法的地理系數(shù)是根據(jù)地理位置的差異程度計(jì)算點(diǎn)數(shù),其原則以統(tǒng)計(jì)抽樣理論為基礎(chǔ),適用于樣本分配法的自然分布。實(shí)驗(yàn)方法是美國(guó)環(huán)保局(EPA)提供的根據(jù)測(cè)量區(qū)域面積和污染程度計(jì)算測(cè)量點(diǎn)數(shù)目的試點(diǎn)公式。主要是測(cè)量區(qū)域面積和污染輕重,比人口比例方法更合乎邏輯,更實(shí)際。綜合方法是一種根據(jù)城市功能劃分確定地點(diǎn)數(shù)目的方法,它將人口比例分配方法和實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合起來(lái)。

2.3 定位規(guī)劃是設(shè)計(jì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)。如果具體分?jǐn)?shù)不佳,試驗(yàn)結(jié)果必然會(huì)有重大偏差,這將對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)估產(chǎn)生不利影響。目前,確定控制點(diǎn)位置的方法一般包括功能區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)模式、環(huán)路模式和地帶模式。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)優(yōu)化方法

3.1 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)置采樣點(diǎn)遵循原則 首先,取樣點(diǎn)應(yīng)覆蓋整個(gè)要控制的區(qū)域,取樣區(qū)可按控制區(qū)內(nèi)三種不同的低、中、高濃度分布。

第二,如果取樣點(diǎn)將在污染源集中的地區(qū)建立,且風(fēng)向相對(duì)明顯,那么風(fēng)向下的區(qū)域應(yīng)將污染源作為主要控制區(qū)域。應(yīng)在該區(qū)域使用更多的取樣點(diǎn),并可確定相對(duì)的風(fēng)向。小圓點(diǎn)作為控制器。

第三,取樣點(diǎn)必須開(kāi)放。

第四,在工業(yè)區(qū)增加更多的點(diǎn)數(shù),在農(nóng)村地區(qū)減少點(diǎn)數(shù),在人口稠密地區(qū)增加點(diǎn)數(shù),在人口稀少的地區(qū)減少點(diǎn)數(shù),在超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)增加點(diǎn)數(shù),在低于標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)減少點(diǎn)數(shù)。

3.2 功能區(qū)布點(diǎn)法 要控制的區(qū)域分為功能區(qū),可分為商業(yè)區(qū)、潔凈區(qū)、住宅區(qū)、工業(yè)區(qū)和文化區(qū)、交通區(qū)、公園等,然后再確定人類狀況。具體的物質(zhì)資源用于科學(xué)和合理的空氣污染狀況,最后確定每個(gè)職能區(qū)域的取樣點(diǎn)和取樣點(diǎn)的數(shù)量。工作區(qū)方法通常用于例行的區(qū)域觀察。目前,空中控制點(diǎn)職能領(lǐng)域的重要性仍然不清楚,職能領(lǐng)域是否能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)立這些點(diǎn)的目的,必須重新理解和研究。功能區(qū)域的位置必須按照《空氣污染排放法》確定,以獲得功能區(qū)域的代表性。

3.3 網(wǎng)格布點(diǎn)法 這種現(xiàn)場(chǎng)安置法是將控制區(qū)土地分成若干標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),并在網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)或兩條直線交叉處指定取樣點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模取決于人口的分布、人力和物質(zhì)條件以及污染的嚴(yán)重程度,尚待確定。這種就地安置方法適合于污染源較多和分布較為均勻的地區(qū),并能更好地反映污染物的空間分布。

3.4 扇形布點(diǎn)法 扇形式的布點(diǎn)方法是用不同的幾個(gè)弧來(lái)標(biāo)出取樣點(diǎn)。拱門(mén)位于同一區(qū)域,有一個(gè)扇形區(qū)域。確定扇形布點(diǎn)要以點(diǎn)源位置為頂點(diǎn),主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)檩S線,在下風(fēng)向地面形成的扇形區(qū),形成的扇形角度一般設(shè)置為45°,有些地方可以設(shè)置為60°,但是一般不宜大于90°在每條弧線上采樣點(diǎn)的數(shù)目設(shè)為3—4個(gè),相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)與點(diǎn)源連線之間的夾角常常設(shè)置為10—20°扇形布點(diǎn)法適用于主導(dǎo)風(fēng)向相對(duì)較明顯,并且處于孤立的高架點(diǎn)源區(qū)域。此外,在上風(fēng)向應(yīng)設(shè)必要的對(duì)照點(diǎn)。

3.5 同心圓布點(diǎn)法 同心圓法確定取樣點(diǎn)的步驟是:首先發(fā)現(xiàn)污染源污染中心;然后將此作為一個(gè)中心,繪制若干不同國(guó)家的幾個(gè)同心圓圈;第三從中心輻射若干不同角度;最后選擇取樣點(diǎn),取樣點(diǎn)是輻射與圓圈的交叉。在不同圈子內(nèi)確定的取樣點(diǎn)數(shù)目不一定等于或均勻分布在風(fēng)向和風(fēng)向確定的取樣點(diǎn)位置。每一種方法都有其長(zhǎng)處和短處。主要體現(xiàn)在:功能區(qū)域方法主要用于例行區(qū)域監(jiān)測(cè);對(duì)多污染源和分布均勻的區(qū)域采用網(wǎng)絡(luò)方法;同心圓布點(diǎn)法主要用于區(qū)域例行監(jiān)測(cè),多種污染源構(gòu)成一個(gè)污染組,主要污染源集中;點(diǎn)法為適合于風(fēng)向明顯的地區(qū),和孤立的地點(diǎn)來(lái)源。在實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí),必須使用一種方法作為主要方法,其他方法必須同時(shí)用作輔助。

4 總結(jié)

人類的繁殖和生存與大氣環(huán)境的質(zhì)量密切相關(guān)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快,大氣層污染問(wèn)題已成為限制我國(guó)進(jìn)一步發(fā)展的主要問(wèn)題。因此,對(duì)于環(huán)境觀察科來(lái)說(shuō),必須認(rèn)真開(kāi)展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作,不斷改進(jìn)取樣點(diǎn)的規(guī)劃,以確保大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的結(jié)果能夠忠實(shí)地反映我國(guó)的環(huán)境的質(zhì)量狀況,并有助于隨后在大氣中進(jìn)行環(huán)境管理。