大氣監測的布點優化研究，大氣監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測資料等方面的信息。

　　介紹了***內外有關大氣監測布點的概況,結合甘肅省實際情況,建議采用網格法測定大氣中硫酸鹽化速率數據,求得濃度地域差為基礎,應用統計學置信水平來確定監測點數目,同時結合地域的污染源排放與分布,又與功能區策略布點法進行綜合權衡,這是一種比較理想的方法。

　　大氣環境監測是個系統工程,而大氣監測的布點則是大氣監測的***個基本環節。對大氣監測的布點,特別是大氣環境監測優化布點的研究,既是大氣環境監測重要的基礎技術研究,又是實現大氣環境監測網絡化、規范化的重要環節。合適的采樣點加上恰當的采樣時間及頻率是取得有代表性監測數據的根本保證。因此,對大氣監測布點問題的研究,仍是當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律)及其排放情況。要按功能區劃(***好按網格統計),匯編出污染物排放的清單,還要關注較大的***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量;污染物排放的時間規律等);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,基本上根據我***能源結構以燃煤為主的特點,而由燃煤所產生的污染物,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、數量、組成,按污染源調查技術規范來計算其排放量;同樣,根據生產工藝物料衡算關系了解該工程所排放的廢氣狀況。

　　應用等標污染負荷及等標污染負荷比進一步分析評價監側區域內,大氣中主要污染物是什么?主要污染源又在哪里?

　　同時,也要注意區別直接從污染源排放出的一次污染物和由于光化學反應產生的二次污染物。由于二次污染物是經過化學轉化而形成的,其******濃度可出現于距污染源一定距離處。例如:通過對西固地區的光化學煙霧的研究,進一步證明了西固地區的光化學煙霧污染確能順風傳輸幾十公里之遠,甚至有時在下風向地區造成的污染程度比污染源地區還要嚴重。

　　2、氣象資料,包括風向、風速、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,特別是了解該地區主導風向、風頻、風速的日變化以及貼地逆溫、底層逆溫的生消規律尤為重要。因為可以根據這些重要的氣象因素來確定該監測地區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的預防措越提供了科學依據。

　　3、地形資料。眾所周知,地形對當地的風場結構和溫度場特征有著重要的作用;對該區域中污染物濃度特征也有著較大的影晌。例如,蘭州市城區,因其特有的河谷盆地地形,使其、季的靜風率***和逆溫層厚,是導致大氣中有害物質不易擴散稀釋的***主要氣象因素;而以石油化工為主的蘭州市西部盆地,復季日照強度大,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,又是促使產生光化學煙霧反應的先決條件。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。監測布點前,了解并收集監測地區人群、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,可感性的認識污染程度,有助于選擇監測地點。人口分布資料,尤其是對評價居民受污染影響程度時,需進行大氣污染流行病學調查,在若干個大氣污染程度明顯不同的居住區,如不同功能區劃進行,是有著重要意義的。

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

　　值得指出的是,在進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?監測期間的氣象因素與源強變化情況如何?

　　通過上述對選擇具有代表性的監測點加上適當的采樣周期,就可獲得足以代表某一區域的大氣質量資料。

　　大氣監測的布點

　　大氣環境監測點的選擇是隨研究目的、對象和具體條件(包括經濟實力)不同而有差異。***理想的是優化布點,即用***少的投資,控制***少的監測點,就可獲得***有代表性的大氣環境質量信息,準確掌握其現狀及其變化趨勢。這也是目前***內外正在研究的課題之一。

　　1、采樣點的數目。采樣點的數目取決于監測范圍的大小和污染物變化的程度。

　　1976年世界衛生組織推薦的監測點數見表1

　　在美***,除按美***EPA經驗公式計算城市平均測點數外,還通過估計現有監測數據的時空相關范圍和了解污染源強度、氣象資料,選擇適當的大氣擴散模式進行大氣環填監測網的設計,然后再用實測數據驗證完善模式。

　　在蘇聯,Zaitsev和Yankovskii于1977年提出一個具有50~100萬人口的城市,設5~10個監測點,一個點的分布面積相當于10~20km2。在人口較多、地形復雜的或污染源數量很多的一些城市,建議每5~10km2設一個監測點。

　　在日本,大多采用統計學置信水平來確定需設置監測點的點數,其計算公式如下:

　　n=(CV)2˙t2/Pt

　　式中:n一需設置的監測點數;

　　t一根據確定的置信水平,監測點為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***北京市空氣質量系統布點利用已有的監測點密度為2~8km2的硫酸鹽化速率數據所求得的濃度地域差為基礎,應用上述日本提出的方法,控制均值誤差在20~25%,計算出監測面積約20km2范圍內,求出監側點數n在7~9之間。

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

　　因為這種布點法的建立思想是認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布設較多的采樣點,方差較小的總體可以布設較少的采樣點。在總監測采樣點數目一定的條件下,適當選擇各功能區的布點數,使樣本的平均數的方差為***小。

　　中***環境監測總站于1985~1986年進行了“全***大氣環境監測優化布點的研究”,提出了用超標率估計與控制濃度均值確定***控點(站)數目的方法,并通過系統工程中的整數規劃方法,給出了***控站的***佳站位,又采用方差估計方法,參照世界衛生組織和美***EPA的方法,確定了***控站內測點數目以及我***各級環境監測站主要按人口密度設監測點數的技術要求。

　　結合甘肅省實際情況,采用網格法測定大氣中硫酸鹽化速率數據求得濃度地域差為基礎,應用統計學置信水平來確定監測點數目,同時,結合該地域的污染源排放與分布,又與功能區策略布點法進行綜合權衡是一種比較理想的方法。

　　2、監測點的分布。監測點的分布要能夠反映大氣污染的濃度特征,因此,監測點位置應在根據總體計劃所選擇的地區范圍內具有代表性,即有預期濃度******、***低、中等以及背景濃度水平地區;監測點所取得數據應與其他同類監測點所取得的數據可比性,即各監測點之間設置條件盡可能一致或標準化。

　　環境監測點布設一定要設法避開附近的干擾,即避免靠近污染源,監測點離居民小爐灶的煙囪應不小于25米,對較大的污染源其距離應適當加大,這取決于污染源排放***度與排放濃度;另外,監測點周圍應開闊,遠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***度的夾角應不大于30°,監測點周圍應有270°以上的自由空間,把監測點設在陽臺上的辦法是不可取的。

　　在交通稠密區監測點應離開人行道邊緣1.5米以遠,對于研究污染物變化趨勢的長期監測點,為保證監測數據的連續性與可比性,監測點的位置一經確定,不宜輕易變動;因此,此時確定監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劃發展。除此之外,還應考慮大氣物理因素以及污染物活性。

　　3、大氣采樣的***度。Ott1977年提出設置采樣器的***度為3±0.5米(收集不同***度空氣質量數據除外)。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。當平均風速為8.5米/秒時,65米***處的數值為11米***處數值的33%,而當平均風速為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,得出結論,在10米左右***度內平均濃度隨***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果表明,以前距地面1.5米(人的呼吸帶)采樣,會使結果偏***。主要是地面二次揚塵所致,特別對氣候干燥的西北地區影響更大。在“大氣環境污染監側技木規范”中規定,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,各地區應根據自己的特點,通過深入進行不同***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律。

　　4、相對清潔點的選擇。在進行大氣環境監測時,不論采用哪一種布點方法,都必須設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測地區影響的地點,***好能選在清潔的地方,如位于污染監測地區主導風向的上風向,且遠離污染地區。

　　對于河谷地區清潔對照點的選擇,由于其特殊地形、地貌的影響,使在河谷盆地內的大氣污染是區域的污染,即整個盆地區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,在其主導風向之上風向的地區,且遠離污染地區。同樣,應采用預試驗方法,從幾個預測點的監測數據綜合分析比較后,再確定本地區的大氣監測相對清潔點的位置。