空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的方法研究

冉毅軍

摘 要：空氣質(zhì)量監(jiān)測方法多種多樣，傳統(tǒng)監(jiān)測方法效果較差，耗費大量的人力、物力和財力。加強空氣質(zhì)量監(jiān)測，有助于提高空氣質(zhì)量、保護大氣環(huán)境。因此，人們應(yīng)當(dāng)不斷地對監(jiān)測技術(shù)進行創(chuàng)新，探索空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的方法，提升空氣質(zhì)量監(jiān)測效率。本文首先闡述了空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的意義，然后探討了空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的方法，以促進空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量;監(jiān)測網(wǎng)絡(luò);優(yōu)化;布點

中圖分類號：X831 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0136-03

Research on the Method of Optimizing the Distribution

of Air Quality Monitoring Network

RAN Yijun

（Dingxi Ecological Environment Monitoring Center of Gansu Province， Dingxi Gansu 743000）

Abstract： There are various air quality monitoring methods， and traditional monitoring methods are less effective and consume a lot of manpower， material and financial resources. Strengthening air quality monitoring will help improve air quality and protect the atmospheric environment. Therefore， people should continue to innovate in monitoring technology， explore ways to optimize the distribution of air quality monitoring networks， and improve the efficiency of air quality monitoring. This paper first explained the significance of optimizing the distribution of air quality monitoring network， and then discussed the method of optimizing the distribution of air quality monitoring network to promote the optimization of the distribution of air quality monitoring network.

Keywords： air quality;monitoring network;optimization;distribution

近些年來，我國居民生活水平不斷提升，城市化進程不斷加快，各行各業(yè)快速發(fā)展，不同地區(qū)的空氣污染物組合形式發(fā)生巨大的變化，區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表現(xiàn)出極大的不同[1-2]。部分地區(qū)城市化發(fā)展水平較高，污染源較為集中，其空氣污染具有復(fù)合性，原有空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足如今大氣復(fù)合污染的需求，因此人們要順應(yīng)時代發(fā)展趨勢，對空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行創(chuàng)新，提升空氣質(zhì)量管理水平。

1 空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的意義

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國工業(yè)體系不斷完善，工業(yè)企業(yè)的總體生產(chǎn)規(guī)模逐年擴大，其排放出更多有害氣體。當(dāng)前，我國城市人口不斷增加，空氣污染比較嚴(yán)重。為了對環(huán)境進行準(zhǔn)確、高效的監(jiān)測，更好地進行環(huán)境管理，改善居民生活環(huán)境，人們需要通過監(jiān)測布點來采集空氣樣本，以便對地區(qū)綜合空氣質(zhì)量進行分析，提出改善空氣質(zhì)量的方案。我國國土面積較大，所以需要進行多點布置，加大布點密度，使監(jiān)測數(shù)據(jù)具有真實性。但是，布點過多會導(dǎo)致人力、物力和財力的過分消耗，不利于空氣質(zhì)量管理的可持續(xù)發(fā)展，因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w地理位置，促進空氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點，合理利用社會資源，對地區(qū)空氣質(zhì)量進行監(jiān)測，對環(huán)境進行綜合管理[3-5]。

2 空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的方法

目前，美國、歐洲和日本等發(fā)達地區(qū)已經(jīng)建立以光化學(xué)污染和氣溶膠污染為主要監(jiān)測對象的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)站點的布置都是根據(jù)一系列優(yōu)化方法來進行確定的，如相關(guān)分析和聚類分析等統(tǒng)計分析方法、多目標(biāo)優(yōu)化等數(shù)學(xué)方法。近些年來，我國空氣質(zhì)量監(jiān)測項目還是以常規(guī)的大氣污染物為主，人們對固定區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布點優(yōu)化的方法研究較少，長期以來沒有形成規(guī)范的區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的方法。人們要明確地區(qū)空氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的特點和大氣污染的主要特點，制定地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布點優(yōu)化的思路和框架，分析常規(guī)和區(qū)域特征污染物等的優(yōu)化布點和特征，確保區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布點優(yōu)化的可行性?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中的污染物基本項目濃度限值如表1所示。

2.1 優(yōu)化布點的思路與技術(shù)路線

空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的思路是根據(jù)空氣質(zhì)量模型來對各種污染物的數(shù)據(jù)進行模擬，利用約旦公式來對各種污染物的綜合評價濃度進行計算，同時將研究區(qū)域內(nèi)所有網(wǎng)格點位污染物濃度的各級百分比貼近程度最大化作為優(yōu)化目標(biāo)。在進行地域劃分時，以成本、地形、人口分布和空間覆蓋率等為條件，建立空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的模型，并且優(yōu)化求解，對區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的各個點位進行合理布局。

空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布點的技術(shù)路線如下：通過網(wǎng)格確定、氣象數(shù)據(jù)庫和地形數(shù)據(jù)庫等來建立空氣質(zhì)量模型;以網(wǎng)格的濃度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，確定目的并選擇目標(biāo)污染物，然后基于網(wǎng)格，收集綜合評價濃度數(shù)據(jù)，得到最大貼近度目標(biāo)。最大貼近度目標(biāo)受到成本約束、地形約束、行政區(qū)約束、人口約束和空間覆蓋率約束的影響，人們通過各方面的約束來獲得優(yōu)化結(jié)果，最終對其進行點位評價與調(diào)整[6-7]。

2.2 優(yōu)化模型

在對網(wǎng)格進行確定時，城區(qū)網(wǎng)格尺寸為1 000 m×1 000 m，郊區(qū)網(wǎng)格尺寸為2 000 m×2 000 m。為了使空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域更加廣泛，網(wǎng)格尺寸一般選用3 000 m×3 000 m或4 000 m×4 000 m。

在對空氣質(zhì)量進行模擬時，一般根據(jù)監(jiān)測區(qū)域空氣質(zhì)量狀況來對網(wǎng)絡(luò)點位進行優(yōu)化。在對區(qū)域空氣質(zhì)量進行分析時，一般采用歷史數(shù)據(jù)法、網(wǎng)絡(luò)實測法和模擬預(yù)測法等。近年來，一些地區(qū)在進行監(jiān)測點位優(yōu)化時采用的是模型計算法，其可以使空間和時間的準(zhǔn)確度更高，較為經(jīng)濟實用。常見的空氣質(zhì)量模型有ISC3、ADMS等，在選擇空氣質(zhì)量模型時，人們要綜合考量模擬的時間和空間范圍、污染物和污染源、氣象數(shù)據(jù)的可獲得程度、計算成本和模擬區(qū)域的下墊面特征等因素。城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價的點位設(shè)置數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

區(qū)域空氣質(zhì)量模擬必須確定大氣的復(fù)合污染特征、污染物的變化程度和時間空間分布特征，很好地反映區(qū)域性的空氣污染全過程，通過對多個尺度、多個污染物的空氣質(zhì)量進行模擬，對其進行模擬計算。

區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計必須結(jié)合污染物的綜合特征，不應(yīng)該單純考慮單一污染物的特征，應(yīng)當(dāng)全面反映每個網(wǎng)格中多種污染物的綜合特征。約旦公式忽略各個污染物之間的相互影響，以空氣質(zhì)量模擬輸出的各種污染物濃度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對多種污染物綜合評價濃度進行計算。

在對多種污染物綜合評價濃度進行計算時，要確立目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件。在確定目標(biāo)函數(shù)時，要建立優(yōu)化網(wǎng)格點位和所有備選網(wǎng)格點位的污染物濃度各級百分位貼近程度最大化目標(biāo)。在設(shè)置區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時，要對監(jiān)測站點的建設(shè)成本以及研究區(qū)域的地形、行政區(qū)域、人口布局、監(jiān)測站點空間覆蓋效率等因素進行綜合考慮，確保監(jiān)測站點的建設(shè)成本最低。因為布點費用與投資費用成正比，所以要將監(jiān)測站點的總費用數(shù)目作為成本約束的臨界點。同時，監(jiān)測站點的建立受到地形條件的約束，由于環(huán)境規(guī)劃和電力條件，部分地區(qū)不適合設(shè)立監(jiān)測站點，人們應(yīng)當(dāng)根據(jù)土地利用類型來剔除地形約束條件下的網(wǎng)格點，減少計算量[8-9]。為了與我國環(huán)境管理實際情況相結(jié)合，在進行區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)點設(shè)置時，每個行政區(qū)域至少要設(shè)置一個監(jiān)測點位，同時為了確保建立的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)能夠最大程度地保護人口，每個行政區(qū)域需要建立人口目標(biāo)。在對監(jiān)測站點進行設(shè)置時，如果空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測站點分布合理，密度越大，則越能準(zhǔn)確、客觀地反映大氣環(huán)境質(zhì)量。但是，受成本的限制，監(jiān)測點位的數(shù)量有限。所以，為了使監(jiān)測點位最大程度地覆蓋監(jiān)測區(qū)域，要對相鄰監(jiān)測點之間的最小距離進行限制，使監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效率最大化。

3 結(jié)語

本文通過對空氣質(zhì)量進行模擬，引入綜合評價濃度，以最大貼近度為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考量各種約束條件，反映區(qū)域空氣污染特征，然后以區(qū)域空氣污染特征為基礎(chǔ)，對區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行布點優(yōu)化?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的布點優(yōu)化可以很好地反映整個區(qū)域復(fù)合污染的影響，展現(xiàn)區(qū)域的空氣污染特征，提升區(qū)域空氣質(zhì)量管理水平。

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