大氣監(jiān)測的布點優(yōu)化研究，大氣監(jiān)測布點前所需收集污染源及其排放情況、氣象資料、地形資料、健康情況與人口資料以及以往大氣監(jiān)測資料等方面的信息。

　　介紹了***內(nèi)外有關(guān)大氣監(jiān)測布點的概況,結(jié)合甘肅省實際情況,建議采用網(wǎng)格法測定大氣中硫酸鹽化速率數(shù)據(jù),求得濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定監(jiān)測點數(shù)目,同時結(jié)合地域的污染源排放與分布,又與功能區(qū)策略布點法進(jìn)行綜合權(quán)衡,這是一種比較理想的方法。

　　大氣環(huán)境監(jiān)測是個系統(tǒng)工程,而大氣監(jiān)測的布點則是大氣監(jiān)測的***個基本環(huán)節(jié)。對大氣監(jiān)測的布點,特別是大氣環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化布點的研究,既是大氣環(huán)境監(jiān)測重要的基礎(chǔ)技術(shù)研究,又是實現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化的重要環(huán)節(jié)。合適的采樣點加上恰當(dāng)?shù)牟蓸訒r間及頻率是取得有代表性監(jiān)測數(shù)據(jù)的根本保證。因此,對大氣監(jiān)測布點問題的研究,仍是當(dāng)前值得考慮的一項很重要的課題。

　　1、污染源(包括流動污染源,諸如城市交通車流量的大小及其日變化規(guī)律)及其排放情況。要按功能區(qū)劃(***好按網(wǎng)格統(tǒng)計),匯編出污染物排放的清單,還要關(guān)注較大的***架污染源的排放狀況(包括排放源的***度、煙囪口直徑、煙氣排放速度及其溫度;排放的污染物及其數(shù)量;污染物排放的時間規(guī)律等);小的污染源,又稱面源,即低矮煙囪(通常指20米以下的煙囪),其排放污染物所占的比率。

　　目前對污染物排放量的計算,基本上根據(jù)我***能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的特點,而由燃煤所產(chǎn)生的污染物,特別是塵和二氧化硫,是煤煙型大氣污染的根源,故通過了解燃料的類型、數(shù)量、組成,按污染源調(diào)查技術(shù)規(guī)范來計算其排放量;同樣,根據(jù)生產(chǎn)工藝物料衡算關(guān)系了解該工程所排放的廢氣狀況。

　　應(yīng)用等標(biāo)污染負(fù)荷及等標(biāo)污染負(fù)荷比進(jìn)一步分析評價監(jiān)側(cè)區(qū)域內(nèi),大氣中主要污染物是什么?主要污染源又在哪里?

　　同時,也要注意區(qū)別直接從污染源排放出的一次污染物和由于光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染物。由于二次污染物是經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化而形成的,其******濃度可出現(xiàn)于距污染源一定距離處。例如:通過對西固地區(qū)的光化學(xué)煙霧的研究,進(jìn)一步證明了西固地區(qū)的光化學(xué)煙霧污染確能順風(fēng)傳輸幾十公里之遠(yuǎn),甚至有時在下風(fēng)向地區(qū)造成的污染程度比污染源地區(qū)還要嚴(yán)重。

　　2、氣象資料,包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、降水量、日照時間以及溫度梯度及逆溫層底部***度的資料,特別是了解該地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)頻、風(fēng)速的日變化以及貼地逆溫、底層逆溫的生消規(guī)律尤為重要。因為可以根據(jù)這些重要的氣象因素來確定該監(jiān)測地區(qū)的相對清潔點的位置,觀測大氣中主要污染物日變化,定出間斷采樣的頻率及其分布,同時,也為防止出硯***濃度污染而采取相應(yīng)的預(yù)防措越提供了科學(xué)依據(jù)。

　　3、地形資料。眾所周知,地形對當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)場結(jié)構(gòu)和溫度場特征有著重要的作用;對該區(qū)域中污染物濃度特征也有著較大的影晌。例如,蘭州市城區(qū),因其特有的河谷盆地地形,使其、季的靜風(fēng)率***和逆溫層厚,是導(dǎo)致大氣中有害物質(zhì)不易擴(kuò)散稀釋的***主要氣象因素;而以石油化工為主的蘭州市西部盆地,復(fù)季日照強(qiáng)度大,太陽總輻射能月平均***大值約為1.6萬卡/厘米2˙月,加上大氣逆溫層的存在,又是促使產(chǎn)生光化學(xué)煙霧反應(yīng)的先決條件。這些情況在布點時,必須加以考慮。

　　4、健康情況與人口及動、植物資料。監(jiān)測布點前,了解并收集監(jiān)測地區(qū)人群、牲畜,乃至植物和材料等受大氣中污染物所造成損害的資料,可感性的認(rèn)識污染程度,有助于選擇監(jiān)測地點。人口分布資料,尤其是對評價居民受污染影響程度時,需進(jìn)行大氣污染流行病學(xué)調(diào)查,在若干個大氣污染程度明顯不同的居住區(qū),如不同功能區(qū)劃進(jìn)行,是有著重要意義的。

　　5、以往大氣監(jiān)測資料。對要監(jiān)測地區(qū),收集其以往的大氣監(jiān)鍘資料,匯編成表格或繪制成反映污染狀況的圖,也有助于對該地區(qū)大氣污染程度作出初步估計。

　　值得指出的是,在進(jìn)行大氣污染程度比較時,必須注意采樣和分析方法等方面是否有差異?監(jiān)測期間的氣象因素與源強(qiáng)變化情況如何?

　　通過上述對選擇具有代表性的監(jiān)測點加上適當(dāng)?shù)牟蓸又芷?就可獲得足以代表某一區(qū)域的大氣質(zhì)量資料。

　　大氣監(jiān)測的布點

　　大氣環(huán)境監(jiān)測點的選擇是隨研究目的、對象和具體條件(包括經(jīng)濟(jì)實力)不同而有差異。***理想的是優(yōu)化布點,即用***少的投資,控制***少的監(jiān)測點,就可獲得***有代表性的大氣環(huán)境質(zhì)量信息,準(zhǔn)確掌握其現(xiàn)狀及其變化趨勢。這也是目前***內(nèi)外正在研究的課題之一。

　　1、采樣點的數(shù)目。采樣點的數(shù)目取決于監(jiān)測范圍的大小和污染物變化的程度。

　　1976年世界衛(wèi)生組織推薦的監(jiān)測點數(shù)見表1

　　在美***,除按美***EPA經(jīng)驗公式計算城市平均測點數(shù)外,還通過估計現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空相關(guān)范圍和了解污染源強(qiáng)度、氣象資料,選擇適當(dāng)?shù)拇髿鈹U(kuò)散模式進(jìn)行大氣環(huán)填監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計,然后再用實測數(shù)據(jù)驗證完善模式。

　　在蘇聯(lián),Zaitsev和Yankovskii于1977年提出一個具有50~100萬人口的城市,設(shè)5~10個監(jiān)測點,一個點的分布面積相當(dāng)于10~20km2。在人口較多、地形復(fù)雜的或污染源數(shù)量很多的一些城市,建議每5~10km2設(shè)一個監(jiān)測點。

　　在日本,大多采用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定需設(shè)置監(jiān)測點的點數(shù),其計算公式如下:

　　n=(CV)2˙t2/Pt

　　式中:n一需設(shè)置的監(jiān)測點數(shù);

　　t一根據(jù)確定的置信水平,監(jiān)測點為n一1查t表所得的t值,

　　CV一濃度地域差,

　　P一總體均值與n個測點均值之間的誤差%。

　　我***北京市空氣質(zhì)量系統(tǒng)布點利用已有的監(jiān)測點密度為2~8km2的硫酸鹽化速率數(shù)據(jù)所求得的濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用上述日本提出的方法,控制均值誤差在20~25%,計算出監(jiān)測面積約20km2范圍內(nèi),求出監(jiān)側(cè)點數(shù)n在7~9之間。

　　***內(nèi),一般沿用功能區(qū)布點、人為定點的方法進(jìn)行。莊世堅1988年,從理論上(即通過隨機(jī)布點法、按功能區(qū)隨機(jī)布點法、按幾何圖形平均布點法以及分功能區(qū)策略布點法等的數(shù)字模式及其方差比較)證明了,在相同采樣精確度下,分功能區(qū)策略布點法是***好的布點法,它所布設(shè)的采樣點***少。

　　因為這種布點法的建立思想是認(rèn)為抽樣研究的有效率取決于抽樣總體的方差,即方差較大的總體應(yīng)布設(shè)較多的采樣點,方差較小的總體可以布設(shè)較少的采樣點。在總監(jiān)測采樣點數(shù)目一定的條件下,適當(dāng)選擇各功能區(qū)的布點數(shù),使樣本的平均數(shù)的方差為***小。

　　中***環(huán)境監(jiān)測總站于1985~1986年進(jìn)行了“全***大氣環(huán)境監(jiān)測優(yōu)化布點的研究”,提出了用超標(biāo)率估計與控制濃度均值確定***控點(站)數(shù)目的方法,并通過系統(tǒng)工程中的整數(shù)規(guī)劃方法,給出了***控站的***佳站位,又采用方差估計方法,參照世界衛(wèi)生組織和美***EPA的方法,確定了***控站內(nèi)測點數(shù)目以及我***各級環(huán)境監(jiān)測站主要按人口密度設(shè)監(jiān)測點數(shù)的技術(shù)要求。

　　結(jié)合甘肅省實際情況,采用網(wǎng)格法測定大氣中硫酸鹽化速率數(shù)據(jù)求得濃度地域差為基礎(chǔ),應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)置信水平來確定監(jiān)測點數(shù)目,同時,結(jié)合該地域的污染源排放與分布,又與功能區(qū)策略布點法進(jìn)行綜合權(quán)衡是一種比較理想的方法。

　　2、監(jiān)測點的分布。監(jiān)測點的分布要能夠反映大氣污染的濃度特征,因此,監(jiān)測點位置應(yīng)在根據(jù)總體計劃所選擇的地區(qū)范圍內(nèi)具有代表性,即有預(yù)期濃度******、***低、中等以及背景濃度水平地區(qū);監(jiān)測點所取得數(shù)據(jù)應(yīng)與其他同類監(jiān)測點所取得的數(shù)據(jù)可比性,即各監(jiān)測點之間設(shè)置條件盡可能一致或標(biāo)準(zhǔn)化。

　　環(huán)境監(jiān)測點布設(shè)一定要設(shè)法避開附近的干擾,即避免靠近污染源,監(jiān)測點離居民小爐灶的煙囪應(yīng)不小于25米,對較大的污染源其距離應(yīng)適當(dāng)加大,這取決于污染源排放***度與排放濃度;另外,監(jiān)測點周圍應(yīng)開闊,遠(yuǎn)離表面有吸附能力的物體(如樹葉或具有吸附能力的建筑物),測點的水平線與周圍建筑物***度的夾角應(yīng)不大于30°,監(jiān)測點周圍應(yīng)有270°以上的自由空間,把監(jiān)測點設(shè)在陽臺上的辦法是不可取的。

　　在交通稠密區(qū)監(jiān)測點應(yīng)離開人行道邊緣1.5米以遠(yuǎn),對于研究污染物變化趨勢的長期監(jiān)測點,為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可比性,監(jiān)測點的位置一經(jīng)確定,不宜輕易變動;因此,此時確定監(jiān)測點一定要避開將來會有較大程度重建或改變土地使用情況的地方,一定要了解本地域的規(guī)劃發(fā)展。除此之外,還應(yīng)考慮大氣物理因素以及污染物活性。

　　3、大氣采樣的***度。Ott1977年提出設(shè)置采樣器的***度為3±0.5米(收集不同***度空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)除外)。Mianwaring和Harsha1975年對顆粒物分布***度的研究中,得出顆粒物濃度隨***度而降低。當(dāng)平均風(fēng)速為8.5米/秒時,65米***處的數(shù)值為11米***處數(shù)值的33%,而當(dāng)平均風(fēng)速為0.9米/秒時,僅為12%。Pace等人1977年研究了美***7個城市31個點的懸浮顆粒物濃度,得出結(jié)論,在10米左右***度內(nèi)平均濃度隨***度而成遞減變化,而在***度10米以上,懸浮顆粒物濃度變化不明顯。

　　我***對不同***度大氣中顆粒物濃度的研究結(jié)果表明,以前距地面1.5米(人的呼吸帶)采樣,會使結(jié)果偏***。主要是地面二次揚塵所致,特別對氣候干燥的西北地區(qū)影響更大。在“大氣環(huán)境污染監(jiān)側(cè)技木規(guī)范”中規(guī)定,對二氧化硫、氮氧化物、總懸浮微粒以及硫酸鹽化江率的采樣***度為3~15米。

　　自然降塵的采樣***度為5~15米。值得指出的是,各地區(qū)應(yīng)根據(jù)自己的特點,通過深入進(jìn)行不同***度大氣中各種污染物分布特征的研究來確定較合適的采樣***度,將能更好地掌握污染物的時空分布及其變化規(guī)律。

　　4、相對清潔點的選擇。在進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測時,不論采用哪一種布點方法,都必須設(shè)置一個或幾個清潔對照點。選擇相對清潔對照點,主要觀測本地域不受污染監(jiān)測地區(qū)影響的地點,***好能選在清潔的地方,如位于污染監(jiān)測地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向,且遠(yuǎn)離污染地區(qū)。

　　對于河谷地區(qū)清潔對照點的選擇,由于其特殊地形、地貌的影響,使在河谷盆地內(nèi)的大氣污染是區(qū)域的污染,即整個盆地區(qū)域大氣均不同程度地受到了污染,甚至山峰頂部也不清潔了。因此,相對清潔對照點必須選在河谷盆地以外,在其主導(dǎo)風(fēng)向之上風(fēng)向的地區(qū),且遠(yuǎn)離污染地區(qū)。同樣,應(yīng)采用預(yù)試驗方法,從幾個預(yù)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析比較后,再確定本地區(qū)的大氣監(jiān)測相對清潔點的位置。