環(huán)保監(jiān)測中空氣污染監(jiān)測點的布設方法初探

蔡鵬飛

（廊坊市生態(tài)環(huán)境局三河市分局，河北 三河 065099）

空氣污染是環(huán)境污染的一項重要組成部分，與人類乃至地球上所有生靈的生存息息相關(guān)。與此同時，空氣污染不同于肉眼可見的環(huán)境污染，常常伴有隱匿性，人們很難及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的防治措施?？諝馕廴疽唤?jīng)發(fā)生，會在大范圍內(nèi)擴散，往往將局部的空氣污染在極短時間內(nèi)彌散至大面積污染，威脅范圍廣泛。空氣污染一旦發(fā)生，其污染防治和后續(xù)改善將是一個漫長的過程，需要耗費大量的人力物力和財力來平衡，對社會生活和經(jīng)濟發(fā)展都會造成不可估量的損失。因此，空氣污染監(jiān)測點的布防就顯得尤為重要，這些布防在不同區(qū)域的空氣污染監(jiān)測點，連接著共同的大數(shù)據(jù)終端平臺，對各個地區(qū)的空氣質(zhì)量提供著實時監(jiān)控，便于空氣質(zhì)量的實時更新和環(huán)境防治的有效指導。

一、空氣污染監(jiān)測點布防過程中的影響因素

（一）自然地理環(huán)境

空氣污染監(jiān)測點布防過程中首要考慮的因素便是自然地理環(huán)境，具體包括地理位置、所處環(huán)境以及與周邊的地勢差異。一般來說，不同的地形分布如平原、山地等對空氣污染物的產(chǎn)生與擴散存在著不同的差別。通常在人跡罕至的高海拔地區(qū)，空氣流通阻礙少，速率高，空氣污染監(jiān)測點的布防可以相應減少，而對于人口密度大的、空氣流通速度較慢的低洼平原地帶，空氣污染監(jiān)測點的數(shù)目則要依據(jù)實際情況適當增多。而且對于布防的每個監(jiān)測點，其覆蓋面積要精準，空間分布要科學合理，伴隨著監(jiān)測點的逐一布防和增加，整個區(qū)域的監(jiān)測范圍不斷擴大，直至形成一張精確嚴密的空氣污染監(jiān)測網(wǎng)。與此同時，空氣污染監(jiān)測點的布防位置還要考慮當?shù)鬲毺氐臍夂蛞蛩?，尤其以風向、風屏等最為重要。這些自然因素會影響空氣的流動速率和方向，對布防地點空氣污染監(jiān)測的準確性具有重要的意義。一般來說，在上風口設置的監(jiān)測點較少，而下風口則更多，便于對污染物的濃度、擴散方向進行準確的追蹤。

（二）人口分布密度

人口分布密度是影響空氣污染監(jiān)測點布防的重要因素。通常來說，人口密度集中的地區(qū)工業(yè)密集程度也相對較高，這是人類社會中造成空氣污染的主要因素之一，其次，人口聚集區(qū)域的空氣質(zhì)量也較植被覆蓋區(qū)的差?；诖耍諝馕廴颈O(jiān)測點的布防密度在人口密集區(qū)域要顯著大于人口稀疏區(qū)域，使得空氣中污染物的監(jiān)測更具有針對性，準確性也更高。同時對于城市郊區(qū)綠色植被覆蓋區(qū)，空氣污染監(jiān)測點的布防也要盡量避開，一方面在布防監(jiān)測點選擇時必須要注意寬廣，滿足空氣監(jiān)測的基本要求，另一方面，也要兼顧綠色植物的正常生長。如果監(jiān)測點周圍全部被植物覆蓋，那么監(jiān)測數(shù)量就會大大偏離正常指標，對監(jiān)測結(jié)果在成一定誤差。

（三）基礎污染程度

現(xiàn)今，依據(jù)各地空氣監(jiān)測結(jié)果的綜合分析，對空氣污染程度劃分為三個不同的等級：輕度污染、中度污染及重度污染?？諝馕廴局笖?shù)（API）是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況，常適合表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢?？諝馕廴局笖?shù)劃分為0-50、51-100、101-150、151-200、201-300 和大于300 六檔，對應于空氣質(zhì)量的六個級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。一般輕度污染指數(shù)為151-200，幾乎會影響到每個人的健康狀況；重度污染指數(shù)大于300，所有人的健康都將受到嚴重影響。在布防一個地區(qū)的空氣污染監(jiān)測點時，首先要充分了解該地區(qū)的基礎污染程度，依據(jù)現(xiàn)有等級對空氣污染監(jiān)測點進行合理精密的排布，并依據(jù)污染基數(shù)對相應的數(shù)量做出細致調(diào)整和層級控制，使污染狀況與監(jiān)測點密度盡可能地做到最優(yōu)匹配。另外，在布局上，要使每個監(jiān)測點的位置、數(shù)量設置、測試頻率等信息詳盡地匯聚在一起，形成一個層級嚴密的空氣污染監(jiān)測運行整體，便于對整個地區(qū)的空氣污染監(jiān)測、建模分析，確保監(jiān)測的精準性和可靠性，為進一步的污染防治提供第一手資料。

二、空氣污染監(jiān)測點布防的常見方法

（一）網(wǎng)格布設法

網(wǎng)格布設法也稱點狀排布法，是空氣污染監(jiān)測中常用的一種方法。這種方法的最大優(yōu)勢是兼顧地理地形因素對監(jiān)測點布防的影響，通常依據(jù)城市或鄉(xiāng)村的地形地貌及特殊的氣候特點，將整個監(jiān)測區(qū)域劃分成不同的網(wǎng)格，在每個既定的網(wǎng)格中規(guī)劃一個監(jiān)測點。隨后考慮風向的影響，在上風口處布防的監(jiān)測點較少，而下風口處的監(jiān)測點密集分布。具體而言，在某一區(qū)域運用網(wǎng)格布設法時，首先要對該區(qū)域在 x 軸、y 軸的方向上進行軸線切割，并以x 軸、y 軸為依據(jù)展開網(wǎng)格化污染監(jiān)測點的排布，以散點結(jié)構(gòu)中的兩條直線交點形成的一個封閉的方格作為一個污染監(jiān)測點監(jiān)測的具體區(qū)域。劃定區(qū)域后，綜合考慮每個封閉網(wǎng)格所處的地形特點、地勢高低以及氣候變化和風向類型，對監(jiān)測點做出科學合理的布防，監(jiān)測小范圍空間內(nèi)的空氣污染狀況。具體針對某一區(qū)域而言，監(jiān)測點最有成效的布防就是網(wǎng)格疏密程度與城市環(huán)境的空氣污染狀況相符合，這樣就能保證空氣污染物監(jiān)控的實效性和科學性。

（二）功能分區(qū)布設法

相比與鄉(xiāng)村地區(qū)民居分布狀況，一個城市的功能區(qū)分化更加明顯：居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、輕工業(yè)區(qū)及中工業(yè)區(qū)的區(qū)劃分明?？諝馕廴局饕ǖ囊谎趸狽O、二氧化硫SO2、碳氫化合物、浮塵等污染物，這些物質(zhì)在城市工業(yè)區(qū)的上空明顯多于居住區(qū)。因此對城市中空氣污染監(jiān)測點進行布防時，要充分考慮城市的功能區(qū)分布。通常城市居住區(qū)的污染監(jiān)測散點均勻分布，而在工業(yè)區(qū)，尤其是重工業(yè)區(qū)，污染監(jiān)測點的布防顯然要密集很多。布防時還要考慮該工業(yè)區(qū)的基礎污染程度，在此基礎上設置合理有效的監(jiān)測數(shù)量，對于監(jiān)測點建設的高度也要在重工業(yè)區(qū)重新考量，因為工業(yè)大煙囪的高度和監(jiān)測點的相對位置及高度會影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學性和準確性。運用功能分區(qū)布設法是針對城市居民區(qū)和功能區(qū)的空氣狀況實際而對監(jiān)測點布防做出的科學性調(diào)整，對居民區(qū)和工業(yè)區(qū)的監(jiān)測數(shù)量進行分類調(diào)整，使這兩個部分在共用一套監(jiān)測體系的情況下，能夠?qū)Ω髯詤^(qū)域內(nèi)不同的空氣污染情況做出及時有效的反饋，共同在整個空氣監(jiān)測體系中發(fā)揮作用。

（三）扇形布設法

扇形布設法是在網(wǎng)格布設法的基礎上，重點考慮所監(jiān)測區(qū)域風向這一地理因素而進行的優(yōu)化策略。其具體做法是選定某一區(qū)域的下風口，在下風口區(qū)域展開一個45°角的扇面結(jié)構(gòu)，專門對城市或鄉(xiāng)村順風區(qū)域空氣污染物進行監(jiān)測。嘗試運用扇形布設法時要特別注意該地區(qū)的風向，要抓住該區(qū)域內(nèi)最為常見的主導風向，并以此方向作為扇形監(jiān)測點布局的軸向，同時還要設置扇形監(jiān)測點的頂點位置，以此擴散開來形成完整的扇面污染物監(jiān)測點覆蓋結(jié)構(gòu)，確保該區(qū)域空氣污染的各要素信息的正常監(jiān)測與分析。針對城市工業(yè)區(qū)高煙囪排放等高空污染問題的監(jiān)測，扇形布設法是一種極為妥當?shù)牟挤啦呗浴Ｒ驗檫@些污染區(qū)域往往更需要在污染物密度聚集更高的地區(qū)進行布防，另一方面，由于這類高空污染源的排放量通常更大，影響范圍也更廣泛，因此也就需要在更高位置進行布防、覆蓋面積更為全面的污染監(jiān)測點，從而達到對高空空氣污染物的排放濃度、空氣污染狀況等信息做出真實有效的評價。

三、空氣污染監(jiān)測點布防的監(jiān)測要點

（一）明確空氣污染物監(jiān)測的目標

空氣污染物的種類包括粒子污染物和分子污染物兩大類：粒子污染物即為顆粒物，粉塵。檢測對象是TSP、PMIO 以及PM2.5；分子狀污染物主要包括二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧等。在布設空氣污染監(jiān)測點時，首先要必須明確監(jiān)測區(qū)域、監(jiān)測哪些指標以及監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)要怎么處理，才能使得監(jiān)測到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生實際的工作意義。只有明確這些基礎要素，才能有計劃地進行一系列數(shù)據(jù)信息的搜集和處理，在此基礎上要合理控制多種內(nèi)、外部因素的不利影響，認真切實地落實對所選區(qū)域空氣污染監(jiān)測的各項工作。

（二）理解空氣污染指數(shù)的量化條件

布防在城市或鄉(xiāng)村的各個空氣污染監(jiān)測點能夠精確地提供每一項空氣污染物的數(shù)量指標，這些空氣污染物的數(shù)量指標變化需要進過復雜有序的計算公式和程序，進而在監(jiān)測點的大數(shù)據(jù)終端簡化為單一的概念性指數(shù)值形式。這些指數(shù)值形式簡單，生成的圖形直觀實用，可以用來分級表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況，常適合表示某一地區(qū)短期的空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢，也就是我們在日常生活中常常關(guān)注的空氣污染指數(shù)?？諝馕廴局笖?shù)的監(jiān)測涉及多種影響因素，不同時刻的風向、風速甚至是天氣狀況都會影響這些監(jiān)測指標的量化分析，因此空氣污染指數(shù)常常是多變的，一般的衡量標準是在某一個范圍，例如，空氣污染指數(shù)151-200 為輕度污染；空氣污染指數(shù)大于300 為重度污染等。在這些指定的范圍內(nèi)，空氣污染物的各項指標的變化并不影響整體的空氣污染量化情況。

（三）詳細掌握站點情況進行綜合布局

在對某一地區(qū)具體布防空氣污染監(jiān)測點時，首先要考慮的因素是該區(qū)域以往的地理位置、自然氣候、污染狀況等數(shù)據(jù)資料，之后要對所選不同區(qū)域進行現(xiàn)實環(huán)境的勘測，依據(jù)現(xiàn)實的勘測結(jié)果來制定出嚴格的空氣污染物監(jiān)測方案。此外，還要綜合考慮城市或鄉(xiāng)村地區(qū)的不同功能區(qū)域?qū)τ诳諝馕廴颈O(jiān)測工作的影響，明確城市工業(yè)區(qū)布防監(jiān)測點需要考慮到的距離和位置因素。站點周圍的人口疏密程度也影響到污染狀況的監(jiān)測，監(jiān)測點在布防時應根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)進行及時的數(shù)量和位置調(diào)整。因此，在監(jiān)測點的實際布防中，根據(jù)不同情況采取差異化方式，進行空氣污染監(jiān)測站點的布設，如對于人口密集程度較高的城市區(qū)域，則采取功能分區(qū)布設法、網(wǎng)格布設法進行污染狀況監(jiān)測；而地理位置較為偏遠農(nóng)村地區(qū)的空氣污染監(jiān)測，適合使用扇形布設法來完成監(jiān)測。只有在現(xiàn)實生活中掌握各個監(jiān)測點位的綜合布局，才能保證污染因素監(jiān)測結(jié)果的科學有效性。

四、總結(jié)

統(tǒng)計采樣、模擬采樣等方式是一般空氣污染監(jiān)測點的常用到數(shù)據(jù)采樣，由于這些采樣方式簡單而無法達到現(xiàn)實環(huán)境中的空氣污染監(jiān)測實效。本文圍繞空氣污染監(jiān)測點在現(xiàn)今環(huán)境保護中的實效功能，論述了影響監(jiān)測點布防的三大因素：自然地理環(huán)境、人口分布密度及基礎污染程度；并針對上述三大因素提出了相應的布防措施：功能分區(qū)布設法、網(wǎng)格布設法、扇形布設法。最后提出了空氣污染監(jiān)測的要點，明確在實際布防中要綜合考慮各種因素，合理布局，并依據(jù)監(jiān)測點提供的空氣污染物指標結(jié)果，量化標準，及時了解區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量狀況，提出相應的生態(tài)環(huán)境保護解決方案。