英德市区环境空气质量优化布点探讨

英德市环境保护监测站 许洪俊

一、变更监测点位的必要性

英德市设置有英城镇政府、环保局两个环境空气质量自动监测站,因当时条件有限，只监测PM10、SO2、NO2三个项目。经过十多年的经济和城市建设发展，市政府大力实施市区东连、南改、西接和北拓，到2017年，英德市城区面积已扩大到约28平方公里，中心城区常住人口达24万，英德市区经过约十年的发展，人口数量和建成区的面积都翻了一倍多，城市的建设也日新月异，发生了翻天覆地的变化。

因城市建成区建筑发生较大变化，导致现有监测点位采样空间缩小或采样高度提升而不符合规范要求，也就是说，2007年英德市所建设的两个环境空气自动监测站和监测的PM10、SO2、NO2三个项目得出的数据已经不能满足英德城区人口的扩张和城建扩大的要求。变更点位和升级监测项目，以取得更为合理、有效的监测数据势在必行。根据《环境空气质量监测规范（试行）》中第一章第十五条，因城市建成区建筑发生较大变化，导致现有监测点位采样空间缩小或采样高度提升而不符合本规范要求的，可变更点位。

二、大气监测点位优化认证

（一）网格设计

根据空气质量监测网格布点的技术要求，经上级市指导和英德市环保局研究决定，在市区内(2km×2km规格)选择布设了6个监测点位，进行优化布点监测。6个监测点位分别为：1#广播电视局、2#英城镇政府、3#城南（北防局）、4#仙泉花园（第七小学）、5#环保局、6#大站（大站镇政府）。

（二）监测要求

设置的各环境空气质量监测点周围环境和采样口位置符合《环境空气质量监测规范（试行）》中监测点周围环境和采样口位置布设的要求。

（三）质量保证

为保证大气优化布点工作的质量，从部署大气环境监测优化布点工作，到现场采样、实验室分析、统计整理数据以及编制报告的全过程都严格按照《环境空气质量监测规范（试行）》和英德市环境监测站《质量管理手册》中的规范和管理要求。现场监测采样以及样品保存、运输、交接、处理和实验室分析的原始记录在记录表格上按规定格式填写，原始记录用签字笔书写，字迹端正、清晰。要求监测人员的态度工作严肃认真，测试人和审核人在原始记录上签名后方报出数据，原始记录有统一编号，按期归档保存，数值修约按《数值修约规则》（GB/T8170-87）进行。进行统计计算的监测数据是有效监测数据，满足监测频率、监测周期和监测时间的要求。

（四）优化初选

在6个网格点对PM10、SO2、NO2三个项目进行了为期20天的监测，获得全部有效720个数据，点位优化的具体技术路线是在实测的基础上将数据输入计算机，根据百分位数，采用分组—计算—初选的方法，具体数据处理步骤如下：

（1）根据国家环境空气质量评价点设置数量要求，目前英德市区人口约24万，建成区面积约为28平方公里，相应设置优化监测点位数为2个（见表1）。

表1 国家环境空气质量评价点设置数量要求

（2）初选优化组：

①日均值

对每个监测项目进行分别计算各监测点逐日的日均值和20天的点日均值，取得城区6个点每日的日均值和20天的点日均值，以及日均值的第30、50、80、90百分位数。

②组合

对6个网格测点按照2个点一组进行组合，组合数为15个（见表2）。

表2 网络测点初选优化组合表

③组成误差

计算各组每个项目的组成均值误差和组成百分位数相对误差。（由于各个测点的SO2半数数据在检出限，故不作组成误差和百分位数相对误差分析）。PM10、NO2的组成均值误差和组成百分位数相对误差分别见表3和4。

表3 各组PM10组成误差及组成百分位数相对误差表

表4 各组SO2组成误差及组成百分位数相对误差表

④选出初选组

对所有的组成进行初选。初选条件为组成均值误差和组成百分位数相对误差的绝对值分别小于10%、15%。（由于各个测点的SO2半数数据在检出限，故不作组成误差和百分位数相对误差分析。每个测点有5个满足参数，共10个参数）。三个监测项目能同时满足上述条件的有如下3组（见表5）。

表5 初选组

3.最后用相关性来确定优化组

在大气初选组的基础上，借助大气优化布点监测20天的实际监测情况，对6个监测点分别进行个测定项目的点城相关分析，选取大气监测最终优化组。相关系数越高，就越能反映大气污染的变化趋势，较好地反映大气污染的特点和市区排放污染源的排放规律。

其中：xi---某组或某点某污染物第i天的日均浓度（mg/m3）；

---某组或某点某污染物n天的日均浓度（mg/m3）；

yi---全市某污染物第i天的日均浓度（mg/m3）；

---全市某污染物n天的日均浓度（mg/m3）。

根据公式计算出点城相关系数（见表6）。

表6 点城相关系数

按显著性水平a为0.05，当n=20-2=18时，R越大就越能代表市区污染物变化的规律，选点时就应该优先考虑。由表5可以看出，PM10和NO2的点城相关性同时达到0.9以上的只有3#和5#监测点，对照待优化组点位，包含3#和5#监测点的是第11组号。根据英德的整体布局和今后几年的发展规划选择具有足够空间代表性的点位，用以反映区域内整体污染物的空间分布规律以及整体污染水平，以满足国家大气监测技术规范要求。根据英德市区大气环境质量优化布点监测结果以及组成均值误差、组成百分位数相对误差以及相关性分析方法，综合考虑英德市区建成区发展方向，确定优化组为（3#、5#）。

4.优化组的检验

为了验证优化点位的可信度，检验优化点位与所有网格点反映的是否一致，分别对优化点与所有网格的浓度相关性进行分析，并且对优化点的一致性作T检验。

（1）优化组（3#、5#）与全城相关性检验结果

由表表7中相关性检验结果表明，优化组的PM10和NO2（由于各个测点的SO2半数数据在检出限，故不参与检验）的相关系数在0.95以上，相关性很好，而优化组和全城浓度的相对偏差在允许的10.0%范围内，符合《环境空气质量监测规范（试行）》技术规范要求。

表7 相关性检验结果

（2）一致性检验

先采用F检验，确定两组数据有无显著性差异，若差异不显著，则进一步作T检验，确定两组数据是否具有一致性。由监测数据计算出的F值与T计值（以0.05为显著性水平，df=n−1=19）如表8。

表8 F检验和T检验相关性检验结果

检验公式：

在这里，t为样本平均数与总体平均数的离差统计量；

为样本平均数；

µ为总体平均数；

σX为样本标准差；

n为样本容量。

根据表8中F检验和T检验相关性检验结果，F计小于F表，两组数据方差齐性没有显著性差异，两方差齐，可进一步作T检验。

由表8可知，以0.05为显著性水平，df=n−1=19，查的临界值为2.093。而样本离差的T计小与临界值2.093，所以，优化组与全城的数据可比性很好，优化点的全城代表性很好。

三、优化组点位介绍和总结

（一）优化点位的基本情况

（1）城南（北防局）地处城南，属于老城区，该点PM10日均范围在0.029-0.071mg/m3，日均值为0.042mg/m3，在六个监测点中浓度处于中间水平。

（2）环保局位于光明路与建设路的交界处，处在商业办公混合区，具有混合性质，且处于城市发展的扩展带上，该点SO2日均范围在0.036—0.057mg/m3，平均值为0.045mg/m3，PM10日均范围在0.036—0.091mg/m3，平均值为0.049mg/m3，在六个监测点中浓度最高。

（二）结论

综上所述，英德市大气监测优化后的测点为：3#城南（北防局）和5#环保局。其功能类型分别为老城区和商住混合区。这些点位的布局既考虑城市发展的需要，又同时考虑了交通、人群和生活环境，以及注重了污染现状，是符合布点原则的。

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英德，素称岭南古邑，又称英州。是广东省历史文化名城、旅游重镇。由清远市代管。位于南岭山脉东南部，广东省中北部，北江中游，珠江三角洲与粤北山区的结合部。东邻翁源县、新丰县;南连佛冈县、清新区;西与阳山县接壤;北与乳源县、曲江区相连。地理坐标:北纬23°50′31“-24° 33′11”，东经 112°45′15“-113°55′38”。东起青塘镇，西至黄花镇，跨度约119公里。北自沙口镇、南至黎溪镇，跨度约78公里。全市土地面积5671平方公里(850.65万亩)。

英德南距广州138公里(京广铁路英德站与广州站之间的距离)，到广州白云机场89公里 ;北距韶关90公里。全市总面积5671平方公里，城区面积23平方公里，是广东省面积最大的县级行政区。

英德市林地总面积22.47万公顷，林木总蓄量619万立方米，森林覆盖率61.8%，野生动物种类多、分布广。农业形成了优质米、油料、甘蔗、蚕桑、茶叶、蔬菜、水果、笋竹等商品生产基地，其中笋竹种植面积达2135公顷。英德是国家茶叶、优质米、甘蔗生产基地，并被农业部定为全国农业产业化试点市(县)之一。享有广东水泥之乡、广东石灰岩溶洞之乡、中国英石之乡。“中国红茶、绿茶之乡”“中国麻竹笋之乡”的美誉。

英德处于南亚热带向中亚热带的过渡地区，属亚热带季风气候，夏季盛行偏南的暖湿气流，冬季盛行干冷的偏北风。根据广东省气象局对自然季节的划分方法，即以5天平均气温的高低作为划分四季的指标：平均气温稳定在10℃以下，称为冬季；稳定在22℃以上，称为夏季；稳定在10℃—22℃之间，就是春季或秋季。英德的自然季节特色为：春季（3月—4月）乍暖乍冷，多阴雨；夏季（5月—9月）炎热，多雨偶旱；秋季（10月—11月）清凉干爽、常旱；冬季（12月—翌年2月）少冷偶寒，云多雨细。