空气质量监测网络优化布点的方法研究

冉毅军

摘 要：空气质量监测方法多种多样，传统监测方法效果较差，耗费大量的人力、物力和财力。加强空气质量监测，有助于提高空气质量、保护大气环境。因此，人们应当不断地对监测技术进行创新，探索空气质量监测网络优化布点的方法，提升空气质量监测效率。本文首先阐述了空气质量监测网络优化布点的意义，然后探讨了空气质量监测网络优化布点的方法，以促进空气质量监测网络优化布点。

关键词：空气质量;监测网络;优化;布点

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：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，我国居民生活水平不断提升，城市化进程不断加快，各行各业快速发展，不同地区的空气污染物组合形式发生巨大的变化，区域空气质量监测结果表现出极大的不同[1-2]。部分地区城市化发展水平较高，污染源较为集中，其空气污染具有复合性，原有空气质量监测网络已经不能满足如今大气复合污染的需求，因此人们要顺应时代发展趋势，对空气质量监测网络进行创新，提升空气质量管理水平。

1 空气质量监测网络优化布点的意义

随着社会经济的快速发展，我国工业体系不断完善，工业企业的总体生产规模逐年扩大，其排放出更多有害气体。当前，我国城市人口不断增加，空气污染比较严重。为了对环境进行准确、高效的监测，更好地进行环境管理，改善居民生活环境，人们需要通过监测布点来采集空气样本，以便对地区综合空气质量进行分析，提出改善空气质量的方案。我国国土面积较大，所以需要进行多点布置，加大布点密度，使监测数据具有真实性。但是，布点过多会导致人力、物力和财力的过分消耗，不利于空气质量管理的可持续发展，因此相关技术人员应当结合当地的具体地理位置，促进空气监测网络优化布点，合理利用社会资源，对地区空气质量进行监测，对环境进行综合管理[3-5]。

2 空气质量监测网络优化布点的方法

目前，美国、欧洲和日本等发达地区已经建立以光化学污染和气溶胶污染为主要监测对象的空气质量监测网络，这些网络站点的布置都是根据一系列优化方法来进行确定的，如相关分析和聚类分析等统计分析方法、多目标优化等数学方法。近些年来，我国空气质量监测项目还是以常规的大气污染物为主，人们对固定区域的空气质量监测网络布点优化的方法研究较少，长期以来没有形成规范的区域空气质量监测网络优化布点的方法。人们要明确地区空气监测网络的特点和大气污染的主要特点，制定地区空气质量监测网络布点优化的思路和框架，分析常规和区域特征污染物等的优化布点和特征，确保区域空气质量监测网络布点优化的可行性。《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中的污染物基本项目浓度限值如表1所示。

2.1 优化布点的思路与技术路线

空气质量监测网络优化布点的思路是根据空气质量模型来对各种污染物的数据进行模拟，利用约旦公式来对各种污染物的综合评价浓度进行计算，同时将研究区域内所有网格点位污染物浓度的各级百分比贴近程度最大化作为优化目标。在进行地域划分时，以成本、地形、人口分布和空间覆盖率等为条件，建立空气质量监测网络优化布点的模型，并且优化求解，对区域空气质量监测网络的各个点位进行合理布局。

空气质量监测网络优化布点的技术路线如下：通过网格确定、气象数据库和地形数据库等来建立空气质量模型;以网格的浓度数据为基础，确定目的并选择目标污染物，然后基于网格，收集综合评价浓度数据，得到最大贴近度目标。最大贴近度目标受到成本约束、地形约束、行政区约束、人口约束和空间覆盖率约束的影响，人们通过各方面的约束来获得优化结果，最终对其进行点位评价与调整[6-7]。

2.2 优化模型

在对网格进行确定时，城区网格尺寸为1 000 m×1 000 m，郊区网格尺寸为2 000 m×2 000 m。为了使空气质量监测网络覆盖的区域更加广泛，网格尺寸一般选用3 000 m×3 000 m或4 000 m×4 000 m。

在对空气质量进行模拟时，一般根据监测区域空气质量状况来对网络点位进行优化。在对区域空气质量进行分析时，一般采用历史数据法、网络实测法和模拟预测法等。近年来，一些地区在进行监测点位优化时采用的是模型计算法，其可以使空间和时间的准确度更高，较为经济实用。常见的空气质量模型有ISC3、ADMS等，在选择空气质量模型时，人们要综合考量模拟的时间和空间范围、污染物和污染源、气象数据的可获得程度、计算成本和模拟区域的下垫面特征等因素。城市环境空气质量评价的点位设置数量标准如表2所示。

区域空气质量模拟必须确定大气的复合污染特征、污染物的变化程度和时间空间分布特征，很好地反映区域性的空气污染全过程，通过对多个尺度、多个污染物的空气质量进行模拟，对其进行模拟计算。

区域空气质量监测网络的设计必须结合污染物的综合特征，不应该单纯考虑单一污染物的特征，应当全面反映每个网格中多种污染物的综合特征。约旦公式忽略各个污染物之间的相互影响，以空气质量模拟输出的各种污染物浓度数据为基础，对多种污染物综合评价浓度进行计算。

在对多种污染物综合评价浓度进行计算时，要确立目标函数，确定约束条件。在确定目标函数时，要建立优化网格点位和所有备选网格点位的污染物浓度各级百分位贴近程度最大化目标。在设置区域空气质量监测网络时，要对监测站点的建设成本以及研究区域的地形、行政区域、人口布局、监测站点空间覆盖效率等因素进行综合考虑，确保监测站点的建设成本最低。因为布点费用与投资费用成正比，所以要将监测站点的总费用数目作为成本约束的临界点。同时，监测站点的建立受到地形条件的约束，由于环境规划和电力条件，部分地区不适合设立监测站点，人们应当根据土地利用类型来剔除地形约束条件下的网格点，减少计算量[8-9]。为了与我国环境管理实际情况相结合，在进行区域空气质量监测网点设置时，每个行政区域至少要设置一个监测点位，同时为了确保建立的监测网络能够最大程度地保护人口，每个行政区域需要建立人口目标。在对监测站点进行设置时，如果空气质量监测网络的监测站点分布合理，密度越大，则越能准确、客观地反映大气环境质量。但是，受成本的限制，监测点位的数量有限。所以，为了使监测点位最大程度地覆盖监测区域，要对相邻监测点之间的最小距离进行限制，使监测网络的覆盖效率最大化。

3 结语

本文通过对空气质量进行模拟，引入综合评价浓度，以最大贴近度为优化目标，综合考量各种约束条件，反映区域空气污染特征，然后以区域空气污染特征为基础，对区域空气质量监测网络进行布点优化。空气质量监测网络的布点优化可以很好地反映整个区域复合污染的影响，展现区域的空气污染特征，提升区域空气质量管理水平。

参考文献：

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