東莞市大氣復合污染自動監測網絡應用研究

吳對林，李美敏，劉永定，胡榮光

（東莞市環境保護監測站，廣東 東莞 523009）

東莞市大氣復合污染自動監測網絡應用研究

吳對林，李美敏，劉永定，胡榮光

（東莞市環境保護監測站，廣東 東莞 523009）

在大氣復合污染日趨嚴重的形勢下，東莞市結合自身實際，經過優化布點、功能定位、總體架構設計、設備選型、子站設計建造、信息管理平臺開發等過程，開發建設了多功能、集成化和自動化的大氣自動監測網絡，并開展了創新、探索性研究。

大氣復合污染;自動監測網絡;開發應用

1 前言

由于產業布局和機動車快速增長等多種因素的影響，近年來珠三角城市群出現了不同程度的光化學煙霧污染、顆粒物細粒子污染和灰霾天氣等復合型污染，態勢日趨嚴峻[1]。為深入研究大氣復合污染的成因和機理，掌握污染源控制技術，有效遏制大氣復合污染蔓延，東莞市自2006年5月起開發建設城市級大氣復合污染自動監測網絡，于2008年5月建成了由6個市區固定子站、1個松山湖園區固定子站和1部環境空氣流動監測車組成的東莞市“7+1”大氣復合污染自動監測網。東莞市環境監測站組織相關技術人員，全程參與了大氣自動監測網絡的建設和開發，并借助網絡的最新監測數據，對東莞市大氣復合型污染的現狀和成因進行了初步的研究；特別是利用世界先進水平的納米粒子采樣系統，對大氣顆粒物按粒徑分級采樣到納米級，并對顆粒物中的重金屬、有機物成分等進行了探索性研究。

2 技術路線

本研究項目采用的技術路線分為7個階段，詳見圖1。

圖1 東莞市大氣復合污染自動監測網絡開發應用技術路線圖

3 監測網絡開發

3.1 優化布點

采用大氣自動和流動監測為技術支撐的“網格優化法”，在獲得大量實測數據的基礎上進行數理統計和模擬計算[2]。優化布點的詳細內容和步驟如下：

（1）采用固定子站和流動監測車相結合的方式進行網格法空氣質量監測。除原有的3個固定子站外，其它網格用流動空氣監測車進行。監測時間為2007年7—9月。選取包含東莞建成區67.67km2及周邊的地區作為監測范圍，布設了2.0×2.0（km）監測網格29個。如圖2所示。

（2）對網格法空氣質量監測結果進行分析，摸清各網格CO、O3、NO2、SO2、PM10等污染物濃度分布特點和市區環境空氣質量的總體水平[3]。監測分析結果見圖3～圖7。

圖4 市區NO2濃度場分布圖

圖5 市區PM10濃度場分布圖

圖6 市區O3濃度場分布圖

圖7 市區CO濃度場分布圖

（3）對原有3個子站點位的代表性進行評價：通過總體水平代表性分析（相對誤差分析）、變化趨勢相關性分析（和市區總體均值相關系數分析）表明，原有3個子站的部分指標O3、NO2、PM10與城市總體水平有極顯著的相關性，另一部分指標（如SO2）存在較大差異，反映出原有3個子站與城市總體的空氣質量變化存在既有相關性又有差異的特點。

（4）優化方案選取：對測點按濃度進行聚類分析和偏差分析，對方案均值、百分位數等數理統計指標優化，選取網格濃度與總體濃度具有顯著相關者作為首選，選取方差較小的作為備選，形成多個測點組合方案，達到濃度代表性的均勻分布和優化；按空間代表性優化，結合數理檢驗、地形地貌、污染源和監測采樣條件等進行綜合分析和篩選，取得可實施的優化方案。

（5）優化結果：優化后的市區大氣監測布點方案為，由原有蠔崗小學、莞城二水廠、實驗中學等3個固定子站和新增的東城石井、南城西平、萬江蜆涌3個固定子站組成優化后的市區大氣自動監測網絡。

3.2 “7+1”大氣自動監測網絡的確定

2007年，《東莞市空氣監測點位優化布點研究》通過了廣東省環保局組織的專家評審，6個固定子站點位也獲得廣東省環保局的認證。為進一步滿足東莞市空氣環境質量管理的需要，同時考慮到松山湖科技園作為新興高科技園區發展的需要，以及作為市區對照點的功能，2008年，增加建設了“松山湖” 固定子站，形成了市區6個、松山湖科技園1個共7個固定子站。

另外，斥資300多萬元購置環境空氣流動監測車，配備與固定個子站完全相同的美國賽默飛世爾公司的大氣監測儀器和GPRS數據傳輸系統，作為固定子站的補充，可以隨時對環境敏感地區或環境管理需要監測的地區開展空氣質量監測。

3.3 技術創新點

（1）總體功能先進，具有良好的擴展性。網絡可進行全天候在線大氣自動監測，并對數據進行前段初步處理，數據的處理能力強大。采用寬帶網絡進行通信，各子站和監控中心實現互聯互訪，數據調閱更加方便、快捷。便于維護和升級，兼容性強，符合國家“863”重大項目中擬建的城市級監控網絡和粵港珠三角空氣監控網絡的技術指標和性能要求。

（2）監測項目齊全。自動監測的污染物參數包括二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO、NO2、NOx）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）、可吸入顆粒物（PM10）、可入肺顆粒物（PM2.5和PM1.0）。其中臭氧（O3）、可入肺顆粒物（PM2.5和PM1.0）是近年來越來越受重視的監測項目，被認為是大氣復合污染和灰霾天氣的原兇，目前我國只有少數大城市裝備這幾種監測儀器[4]。

（3）實現在線、自動化質量控制。借鑒“粵港珠江三角洲空氣質量監控系統”的成功經驗，通過技術移植，引用已經研發成功的質量管理支撐技術，將智能化、自動化的操作程序和在線測控手段，應用到本監測網絡的建設中，自動實現樣品采集、儀器檢測、數據傳輸、遠程控制、數據管理等全過程，從而極大地降低在實施QA/QC管理體系過程中的勞動強度和人為誤差，在本監測網絡實現網絡化在線自動質量控制[5]。

（4）實現多維、多源監測信息的數據庫共享管理與綜合分析。采用先進的GIS技術、數據庫技術與計算機網絡技術對東莞市大氣復合污染的區域監測網絡的各種監測數據和業務信息進行統一管理，實現監測數據的有效加工、處理、分析、統計、維護和可視化發布，使公眾及時了解環境質量狀況，提高環保意識，達到資源共享、信息公開、全民參與的目的，為環境質量的不斷改善提供信息發布和公眾監督平臺。

4 監測網絡的應用

4.1 發布空氣質量信息

自動監測網絡獲得的實時監測數據，通過網絡信息平臺進行自動處理，計算出每天（以上一日12時后的監測數據至當日12時的監測數據作為一個完整的監測日）各子站的空氣質量指數（API），監測人員通過監測網絡信息管理平臺進行網上數據審核，然后信息管理平臺自動將空氣質量日報發送至省監測中心、新聞媒體、省市環境保護專業網站等。另外，按照技術規范和各級政府部門的要求，通過監測網絡定期發布月報、季報和年報等空氣質量信息。

4.2 基本實現空氣質量監測的東莞市覆蓋

在監測子站的布設過程中，不僅考慮滿足市區范圍空氣質量監測的需要，還在松山湖科技園設置1個固定監測子站，作為市區的對照測點。同時把流動監測車作為本監測網絡的有機組成部分，在監測網絡投入運行的2年多時間內，有計劃、分步驟地對東莞市28個鄉鎮級行政區域空氣質量進行調查監測，共獲得60多個鄉鎮監測點位的監測數據1萬多個，實現了空氣質量監測在東莞市的覆蓋。

4.3 空氣質量和重點污染物的綜合分析評價

自動監測網絡是全天候、自動化、網絡化的系統，可實現多個監測項目、多個監測點的同步監測。此網絡既可取得實時的監測數據，又可統計各個時段的監測數據，數據信息庫存量大、代表性強。監測人員從中能夠掌握各時間段的環境空氣質量參數，并實現對環境質量的綜合分析評價，包括定性分析評價、污染物的時間變化、空間變化、成因分析、變化趨勢等。根據監測網絡獲得的東莞市市區空氣質量監測數據，我們對2007年和2008年東莞市的空氣質量總體情況和各污染物的濃度數值、變化趨勢進行了綜合分析。詳見圖8～圖13。

圖8 2007年與2008年空氣中SO2、NO2和PM10濃度對比

圖9 2008年東莞市區不同粒徑顆粒物濃度比值

圖10 2008年東莞市區不同粒徑顆粒物月均濃度

圖11 2008年SO2、NO2和PM10月平均濃度變化曲線

圖12 2007年SO2、NO2和PM10月平均濃度變化曲線

圖13 2008年東莞市臭氧月平均濃度圖

4.4 大氣復合型污染研究

4.4.1 對顆粒物的探索性研究

納米粒子采樣系統是東莞市環境監測站與東莞理工學院相關技術人員自主研發的粒子采樣系統，目前已運用于西平子站和松山湖子站，并利用該系統對大氣顆粒物進行探索性研究[6]。主要有：1）東莞市松山湖地區不同粒徑顆粒物平均濃度的變動及趨勢研究；2）不同粒徑范圍的顆粒物中含有的重金屬及多環芳烴等有害化學成分分析等。

4.4.2 納入“863計劃” 重大科技項目的研究框架

目前，東莞市已與北京大學、廣東省環境監測中心簽署合作協議，將大氣復合污染監測網絡納入國家“十一五”、“863計劃”，以及重大科技項目“重點城市群大氣復合污染防治技術與集成示范”研究框架，重點研究“城市級大氣復合污染監測網絡集成示范技術”，具體包括：城市級大氣復合污染監測網絡設計和優化、監測技術集成、配置和規范、質量控制/質量保證體系和支撐技術、數據管理、評估和可視化技術等。

5 結論

由主要依靠人工采樣和實驗室分析為主的固有模式，向自動化、智能化和網絡化為主的先進方式轉變，是今后環境監測發展的必然趨勢。在大氣復合污染日趨嚴重的形勢下，及時開發建設高質量、多功能、集成化、自動化和智能化的大氣自動監測系統，并開展創新性和探索性研究，是深入研究大氣復合污染狀況的現實需要，可為東莞市大氣污染防治提供決策依據創造良好的平臺。

東莞市大氣復合污染監測網絡布局相對合理，儀器設備較為先進，監測項目比較齊全，管理規范。項目根據《粵港珠江三角洲區域空氣監控網QA/QC操作手冊》的要求，通過技術研發，在多種儀器集成、網絡遠程測控上取得了突破，實現了網絡化質控管理以及儀器零點/跨度檢查、多點校準、精度檢查、流量檢查、流量校準、遠程故障診斷，降低了監測人員的勞動強度以及監測結果的系統誤差和人為誤差，對我國其他城市開展區域性大氣復合污染監測工作具有借鑒和示范意義。

在大氣自動監測網絡系統研究開發過程中，吸收了國內外先進的監測技術，形成了自己的技術特色和創新，如監測優化布點創新、環境空氣自動監測遠程控制技術創新、監測網絡管理模式創新、自主研發的大氣納米粒子采樣系統等，研究成果具有創新性和前瞻性。項目在國家規定監測指標的基礎上，增加了O3、PM2.5、能見度等反映大氣復合污染的重要指標，并采用了納米粒子采樣系統，實現了大流量、高密度、低壓力損失的大氣顆粒物采集，解決了傳統方法采樣時間長、采樣過程中化學成分容易揮發等技術難題，提高了大氣顆粒物濃度及成分分析的準確性。

[1] 張遠航.大氣復合污染是灰霾內因[J].環境，2008（7）.

[2] 中國環境監測總站.大氣環境監測優化布點方法 [M].北京：中國環境科學出版社，1992.

[3] 國家環境保護總局.環境空氣質量監測規范（試行）[S].國家環境保護總局公告（2007，第4號）.

[4] 劉文清，劉建國，謝品華，等.大氣復合污染立體監測技術系統與應用[J].大氣與環境光學學報，2009（4）.

[5] 廣東省環境監測中心站.粵港珠三角質控操作手冊[M].廣州：廣東科技出版社.

[6] 李美敏，吳對林，白云鶴.納米顆粒物采樣技術及其在大氣監測中的應用[J].環境，2009（7）.

Application Study on Auto-monitoring Net Work of Air Composite Pollution in Dongguan

WU Dui-lin, LI Mei-min, LIU Yong-ding, HU Rong-guang
(Dongguan Monitoring Station of Environmental Protection, Dongguan Guangdong 523009, China)

With the serious situation of air composite pollution, Dongguan combines its practice to develop and build multi-function, integration and automatic air auto-monitoring network and develop a study on innovation and exploration through the course of location optimization, function orientation, framework design, facility selection. sub-station design and building, information management and platform development.

air composite pollution; auto-monitoring network; development and application

X84

A

1006-5377（2012）07-0057-05