风向对废气排放监测点位布设的影响分析

梁 瑶

深圳市生态环境监测站宝安分站

监测废气在环境中无组织排放，是指工业企业在生产、存储、环保处理等环节排放的废气，对周围自然环境影响程度的监测。该监测程序需要在监测区域布设多个监测点位，影响无组织废气排放浓度的因素很多，如污染源位置、高度、气象、流场、距离厂界距离等。在具体的排放周界外废气密度的监测中，因为废气无组织源距离厂界距离的差异性，就算是同样扩散条件下，由于不同时段的风向不同，监测到的废气排放浓度也各不相同。本文将从以下几个方面分析风向对废气排放监测点位布设的影响。

1 针对风向的废气排放监测点布设原则

1.1 动态监测

风速会决定废气排放监测点的位置，也就是监测点的位置会伴随当日、当时的风速而变换，所以说废气污染物排放监测点是流动的点，而不能是固定的点。

1.2 监测点数目的决定因素

废气污染物排放监测点位的数量是由平均风向的标准差S决定的，通常监测点位的数目为2～4个，也就是说废气排放监测点的数目取决于S的大小，详细情况见表1。

表1 平均风向的标准差对应的监测点位数量

1.3 风速决定距源距离

废气污染物排放监测点距排放源的距离取决于风速和排放源高度，在国家发布的大气污染物综合排放标准中规定：二氧化硫、氟化物、颗粒物、氮氧化物无组织排放监测点的布设应该在距离排放源2～2.5 m的下风向处，由此可见，监测点位的布设受风速的影响很大，如表2所示。

表2 风速与点位布设的关系

1.4 上风向对照点布设原则

1.4.1 建设项目为1997年1月1日批准的，废气污染物排放监测的上风向无需布设参照点。

1.4.2 建设项目在1997年1月1日批准的，在监测二氧化硫、颗粒物、氟化物、氮氧化物四种污染物时，需要在上风向布设参照点。

1.4.3 针对很多已经重组、兼并、改扩、迁建或者已经倒闭的老企业，历经20多年的变迁，企业的周边环境发生很大的变化，比如上风向处出现新的工业污染源、交通污染严重等现象。所以，上风向找到参照点的难度很大，已经没有在上风向布设参照点的意义[1]。

1.4.4 根据国家发布的大气污染相关标准附录C的规定，建设项目在1997年1月1日前批准的，排放二氧化硫、颗粒物、氟化物、氮氧化物，需要在排放源下风向2～45 m处布设监测点。其他的废气污染物排放的监测点都要在厂区周界布设，1997年1月1日批准的项目全部废气污染物排放监测点都在厂区周界布设。

1.4.5 特殊情况下的监测点布设

（1）风向与排放源气流方向一致的，通常情况下的监测点布设根据方向标准差确定。

（2）风向与排放源气流方向相反，容易在排放源出口前产生涡流，应该在排放源前布设监测点，而不是在下风向处。

（3）风向与排放源气流方向相交的情况下，考虑到风力的影响，可以在相交处靠排放源一侧的下方布设监测点。

2 风向对废气排放监测点位布设的影响

2.1 针对无风和微风情况的布设

当处在小于0.5 m/s风速的静风条件下，风向会呈现混乱的状态。从生产设施排放的废气会向上以及周围扩散，最后因为重力作用缓慢下落，污染物水平的扩散没有明确的方向。这样的静风状态持续很久以后，污染物呈现相对均匀的高斯分布。

在0.5 m/s≤μ≤15 m/s的小风条件下，要十分重视顺风时的风力，务必要考虑不同方向的湍流扩散，如单方面扩散可以理解为生产设施以点源模式排放，衡量污染源排放最高浓度的距离，可以确定是瞬间状态下以高斯分布进行。

所以，在微风和无风的环境下，可以对污染源落地浓度的最远距离进行估算。由此得出判断，在微风和无风的状态下，可以在厂界10 m范围内布设监测点位，倘若现场不具备条件，可以移到厂界内监测，这种排放监测点的布设方法最宽松，此时的墙边排放的废气污染物的浓度最高，如果厂界围墙具备良好的透气性，监测点就可以在围墙边1 m处布设扇形监测点，否则就要将监测点布设在围墙高度的两倍处[2]。

2.2 针对有风情况的布设

因为受到风力的影响，会把污染源的废气带到空中，通过空气的扩散作用进行自我净化，通常情况下此刻的废气污染物在空中应该为上、中、下三层。污染源扩散最快的是上层，上层的扩散能力最强是因为气流速度快，形成的自净能力也最强，此时的地面呈现最弱的污染程度；其次是中层，扩散速度慢于上层，自净能力也相对较弱；污染程度最大的是下层，因为沉降的自力重量，表现为对地面污染程度最高，下层的污染物落到的地方，也就是污染浓度的最高点，有人将该种扩散模式称之为风流扩散。在此种状态下，可以理解为生产设施的点源形式，完全可以通过这种点源模式计算出污染物落地的最远点位和最高浓度。就可以在此基础上设置3～4个扇形范围的监测点，测量出污染物浓度的最高值。

3 风向对废气采样点布设的影响

3.1 布设时间的影响

在废气样品的采集中，风力、风向等气象条件的影响很大，都会促使大气中污染物的浓度产生变化。所以，必须对现场的气象环境进行初步的测定和判断。在被测目标的开阔区域，可以利用风向风速表测出10个数据，然后计算出平均风向、风向变化的标准偏差以及平均风速。如果大于3 m/s的风速，大于29°的风向变化，那么就不适合进行废气排放的监测，需要另外选择时间。

3.2 布设位置的影响

二氧化硫、氟化物、氮氧化物、颗粒物等物质在环境中的背景值很明显，有必要针对这些化合物设置参照点和监测点。可以考虑以污染源为核心，在上风向设置参照点，设定为角平均线的平均风向，半径为2.5～45 m的120°圆弧区域内。如果小于1 m/s的平均风速，那么尽量在附近50 m范围内设置参照点；如果大于1 m/s的平均风速，那么可以在接近2 m的范围内布设参照点。

对于监测点的布设，通常在排放二氧化硫、氟化物、颗粒物、氮氧化物的污染源2.5～45 m的下风向处进行，可以捕捉到最高的污染物浓度。

3.3 其他废气物监测点布设的影响

除以上四种化合物外，其他污染物通常无需布设参照点，只需要布设监测点捕捉瞬间污染物的最大浓度就可以。例如对氨气、硫化氢等物质的监测。在《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）中，在二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和氟化物的无组织排放源下风向设监控点，同时在排放源上风向设参照点，以监控点同参照点的浓度差值不超过规定限值来限制无组织排放；规定对其余污染物在单位周界外设监控点和监控点的浓度限值。对该类污染物的监测一般采用两种方式。

3.3.1 如果是无组织排放源可以视为一个点源，无需考虑污染物排放的大小、形状和高度，如果距离边界很大距离，而且围墙透气性差，没有阻碍到污染物的扩散，那么可以在厂界外排源的下风向10 m范围内设置监测点[3]。下列各点为必须遵循的原则：

（1）于无组织排放源的上风向设参照点，下风向设监控点。

（2）监控点应设于排放源下风向的浓度最高点，不受单位周界的限制。

（3）为了确定浓度最高点，监控点最多可设4个。

（4）参照点应以不受被测无组织排放源影响，可以代表监控点的背景浓度为原则。参照点只设1个。

（5）监控点和参照点距无组织排放最近不应小于2 m。

3.3.2 如果污染源排放满足点源条件，但围墙透气性不好，可以考虑将采气口延伸到围墙上方25～30 m处采样。

4 结语

监测实践表明，现场风向的标准差决定监测点的数量，却无法体现在监测方案中；通过风速来确定监测点距污染源的距离；同时，因为受到附近自然环境的影响，加之越来越严格的法律法规，在上风向处可以不设置参照点。现场布点适宜在下风向2～50 m处，其他的排放源类型更符合在厂周界进行布点，可以参考相关的行业标准进行，通常会在门外、窗外等位置布设点位；如果风速大于4.4 m、风向标准差≥±21.8度时，都不适合进行废气无组织排放的监测。