探究大气环境监测的应用及布点方法

魏同军

（临沂市生态环境局费县分局临沂市费县环境监控中心，山东 临沂 273400）

近年来，随着全球气温逐渐变暖，各地火灾、地震、海啸等自然灾害越来越多，大量生物因失去生存空间而濒临灭绝，人类不得不反思以牺牲自然环境换取经济发展的做法到底对不对？能不能持续长久发展？现阶段，PM2.5指数居高不下，大气中的污染源由原有粉尘颗粒、二氧化碳逐渐增加为一氧化碳、二氧化硫、一氧化硫等多种污染源。面对污染越来越严重的情况，大气环境监测技术显得越来越重要。现阶段大气环境监测主要是对大气中的污染物进行检测分析，以实现对监测区域大气环境的全面了解。在对某一地区的大气环境进行监测时，需要结合地理位置、周围自然环境情况、人文环境以及大气污染物种类等不同因素综合分析。检测项目多、程序复杂、参考系数多，无论是单项指标还是综合指标都要符合国家标准。鉴于此，有必要对大气环境监测的实施和监测点安置方法进行系统的思考和分析，这样才有助于更好地发挥大气环境监测的作用。

1 大气环境监测的布点方法分析

1.1 扇形布点法的分析

扇形布点法，是指结合当地客观地形差异，在污染源风向下游辐射扇形区域内的不同方向和距离间进行采样布点，点位选择通常是4～6个，确保扇形区域内的全覆盖。一般来说，当污染源只有一个，且污染区域的风向非常稳定时，扇形布点法是最优的选择，但如果出现多个污染源的情况，此种方法监测的数据准确度相对薄弱。科学采用扇形布点法，对主要污染源进行有效监测，可以合理确定污染源的具体位置，判断是否对周边居民的正常生活产生不利影响。可以根据主风向轴，完成设置监测点的任务，也可以结合具体需求情况，合理设置各监测点。同时，在上风口处集中布置监测点位，掌握污染源第一手资料。这种点位布置方式对单一污染源的监测效果非常显著，保证了相关监测数据的准确性，但它的缺点是不能满足那些大规模污染源的要求，需要根据污染源的分布区域、污染源污染范围大小来调整监测面积大小和点位布置情况[1]。

1.2 同心圆布点方法分析

工作人员对污染源经过系统分析后选取监测范围，这个范围叫重点监测区域。以此为中心点，选取不同距离作为半径来绘制两个圆形的监测范围，形成同心圆布点监测方式。不同半径的圆形辐射范围内，有共同区域和单独区域，这样监测数据中有相同和差异的部分，这为分析污染源提供一定的数据基础。由于不同半径的圆，是从圆心开始画出的射线，这些射线的角度和长度有所差异，监测点位布置和数量上也要随之做好调整。通常情况下，工作人员会采用光束交叉式来进行点位布置，采样点数和分布不同，这就造成了环境的实际监测结果也会有所不同。一般情况，工作人员会在主导风向的逆风位置放置更多的采样点，而在顺风向的采样点布置相对少一些。另外，这种方法也可以在周边相邻位置进行区域采样，在这个过程中，周边位置的分布必须保持均匀，在一些污染严重和集中的地方，会采用同心圆点的布点方法。

1.3 网格布点法的说明

网格布点法，顾名思义就是将一定行政区域按照一定比例进行网格划分，网格布局的前提是选取一定的参数，比如地理位置、企业分布、污染范围等等，这些选择参数并非绝对化、固定化，可根据情况的不同作出相应的调整。这种布局方式的优点是兼具共性与个性，科学判断相关监测数据的准确性，有效绘制任意时间段的污染扩散趋势，监测数据相对客观、公正，进而为更好控制污染物提供科学依据。对于污染物分布均匀的区域和污染源多的区域，此方法的适用度更加普遍。这种方法的缺点是对于污染物较严重的地区，没有建立点监测，不能反映高浓度污染物的具体浓度分布情况，而且，网格化设置点位相对较多，投入经费要更高一些。

1.4 功能区布点方法分析

功能区布点法，就是按照某一地方功能区分布情况进行划分。一个行政区域内按工业区、商业圈、住宅区、经济开发区等多个区域划分，每个区域功能不同，人口和企业分布也不尽相同，这样大气环境污染情况也有所不同。当然，这种划分方式主要是基于功能区的划分进行监控，因此在目前的应用过程中需要实现对商业区、住宅区、工业区等区域进行精确划分。但是，在现实生活中各种因素错综复杂，这种区域功能划分往往非常困难，效果并不理想。要改变这种现状，要求相关人员必须详细了解该地区的人口和污染状况，以便随时做好动态调整。工作人员应充分意识到这一点，并在决定点数时对每个点进行深入研究，以便可以选出具有代表性的位置。

2 优化大气环境监测布点方法的有效措施

2.1 精确设置采样点高度

监测点位的高度和大气环境监测数据的精准度息息相关，所以高度的选择也应引起足够多的重视，这是优化环境监测的有效路径[2]。为进一步提高监测质量和数据准确性，在设置监测点时，一定要对监测设备进行整体以及局部评估，监测设备的材质对不同环境的适应度，材质本身的耐用性，这些情况都需要进行系统分析。精准设置采样点需要坚持两个原则：第一，监测点高度与污染源高度保持一定距离，这个距离要经反复测算和实验后最终确准的最佳距离。第二，明确搜索对象，根据搜索对象的变化设置监测点的高度，以保证监测效率，避免海拔误差造成的监测误差[3]。

2.2 最大限度地远离障碍物

在大气环境监测过程中，往往会忽视障碍物对监测工作的影响，因此在监测初期，一定要对障碍物的分布、大小情况做详细记录与分析，将影响尽量降到最低。如果周围有障碍物，就会造成数据波动，进而降低数据的准确性，无法为大气环境治理和评估报告的撰写提供可靠的数据。因此，在设置大气监测点时，应在选定点位后及时清除障碍物，如障碍物不便于清理，应结合实际情况，尽可能避开障碍物或者选取备用监测方案。大气环境监测工作是基础数据，为之后治理整改过程提供数据参考，所以此阶段的数据一定要保证真实、客观。障碍物是影响监测数据完整性、准确性的因素之一，要利用现阶段“互联网+”大数据信息技术和卫星定位系统等智能化手段提前避开障碍物，比如，监测前，可利用“北斗”定位系统全方位对划定监测区域的地形、地域分布、障碍物所处位置及占地面积等信息进行整理分析，尽可能避开障碍物。

2.3 确保采样点远离污染源

大气环境受天气情况影响，不确定性较强。风向、雨天、雪天这些天气都会对大气污染源的提取带来一定的难度，也就是说大气环境中污染物的浓度在不同的气候、环境和时间下有很大差异。为保证大气监测的时效性，一定要在同一时间同一位置对大气进行检测活动。污染源地区一般都是重工业集中地区，钢铁、化工企业较多且大气污染严重，对监测数据采集造成很大的干扰，所以采样地一定要远离污染源。不难理解，如果监测人员将大气环境监测的布点位置靠近污染源，就会导致监测数据出现大幅度波动，既浪费时间，还影响了监测的质量[4]。

3 大气环境监测的具体应用

3.1 移动排污源监测方面的运用

生活中，大量的污染源在没有经过无害化处理情况下任意排放，这种情况对大气和环境造成很大影响，移动排污监测就是针对此种情况精心设计的监测方式。此种监测方式的主体步骤是：首先在监测前确定好需要检测的区域和目标，然后找到可能成为移动污染源的物质，针对不同的污染源利用专业设备进行跟踪监测，接着对获取的监测数据进行整理分析，最后将分析好的数据汇总编制成报告，为下一步制定治理措施提供数据指导。

3.2 对比监测方面的运用

环境监测可以明确大气环境中污染物的种类和含量等多项参数，对这些数据进行合理分析，有助于提高大气污染控制率，有助于完善大气污染控制方案。在具体环境监测过程中，需要从以下几个方面分析环境监测的科学性：一是在工作过程中，环境监测部门要充分发挥主观能动性，支持大气污染监测和控制，提高监测数据的准确性，及时向上级报告结果。相关工作人员对二氧化硫、氮氧化物等污染物进行科学分析，对比前期监测数据，判断大气污染防治措施是否合理，为选择更合适的防治方案提供依据。二是监测期间，要对工业生产率、排水量等数据进行核对、分析，深入了解本单位是否存在污水超标，一旦发现违规设备，立即关闭。在获取测试结果的同时，环境监测部门要加强与排污单位的联系，及时了解排污单位污染物的变化情况，调整监测内容，保证计划的有效性和可行性。提高大气污染监测水平，促进我国环保产业的发展，确保可持续发展政策的实施。

3.3 验收监测方面的运用

企业要实现产业的可持续发展，就必须重视环境问题，发展与环境是相辅相成的关系，环境好了才能为企业提供源源不断的资源，企业的发展才会更加顺畅。验收监测方式就是检验企业是否注重环境问题。为此，企业要在以下几个方面加强完善：一是新建、改建、扩建项目时，要先了解国家相关的法律法规以及政策规定，贯彻落实好国家关于污染排放与防治方面的措施；二是企业应重视环境监测环节，设立专门的环境监测部门，聘请专业人员定期对企业排污情况进行监测检查，企业领导班子定期听取环境污染监测报告，不断提升企业排污治理能力；三是加大创新技术的投资力度，对污染源的硫、氮、颗粒、粉末等进行无害化处理，在源头上减少污染的排放。

4 应用案例分析

4.1 研究案例的区域和时段概况

本研究以116°20'E和36°60'N为中心，正东方向为x轴，正北方向为y轴。面积设置为4 km×4 km。整个研究区合理划分为87行×93列，共8902个网格单元。科学运用Models-3/CMAQ空气质量模型，以2019年为基年，模拟计算某区域某类污染物1、4、8、10月的浓度值，供网络优化参考。

4.2 合理设定与选取相关参数

本研究预设监测站B总数为20个，同时根据参考资料，设置Pmin为每网2万人，DC为8 km。

4.3 科学设定不同情景

经相关专业人员综合研究分析，一共设置两种监测情景进行大气环境监测，分别是：情景一：因为当前国内监测空气质量的指数仅参考 SO2、PM10、NO2等几种污染物，所以，需把上述污染物当成目标污染物进行组合，把综合评价的浓度当成优化参考，实现对某地区空气质量监测网络优化布点的分析。情景二：对那些典型的二次污染物如大气细粒子PM2.5进行参考，把对其综合评价的浓度当成优化借鉴，实现对某地区空气质量监测网络优化布点的分析。

4.4 针对研究结果的分析

合理利用Matlab软件，依次根据两种情景准确计算出最优方案，并利用ArcGIS对最终结果进行科学计算，提供更直观的对比数据。表1为上述两种情景优化结果，两种情景分别在30%、50%、80%和90%情况下的对比情况；两种情景在同一百分比中，不同情形下的对比数据。设定的情景所得的数据，为更多企业或相关部门采取防治措施提供数据参考。

表1 优化结果点位和全部备选点位的均值、百分位数值以及误差表

经过以上数据分析，利用相关模拟实验数据，参考综合评价的浓度，设定相近的数据目标。在各种情形数据约束下，构建能反映区域空气污染的监测网络，优化布点间距和范围，保证应用方法的合理性。结合最终结果，对比各类型数据的精准性、客观性。同时，在优化区域空气质量监测网络布置的过程中，对可能引起各区域污染物的原因进行分析，使优化结果在分析数据中有所体现。

综上所述，新时代环境问题已成为全人类共同的课题，每个国家、企业以及个人都是环境保护者。面对环境污染现状，每个人都要肩负起保护环境的责任。大气环境监测的应用是现阶段环境污染基础数据收集工作的主要方式，成为获取环境数据的有效途径，应得到足够的重视。因此，今后大气环境监测范围尽可能选择具有代表性的区域，根据不同污染物，在扇形布点、同心圆布点、网格化布点等方式中选择最合适的采集方式，为治理工作顺利开展提供有力的数据支撑。