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实时准确的环境空气质量监测是区域大气污染现状评估的基本前提及科学基础[1]。近年来,小尺度、网格化布设的空气质量监测点位能够为切实改善区域空气质量提供数据支撑,对于准确掌握区域污染分布特征,提升区域环境空气质量精细化管理水平具有重要指导作用[2]。在此背景下,大气网格化监测系统开始逐渐走进人们的视野。
大气网格化监测系统通常是指为了实现区域环境空气质量精细化管理目的,基于现场环境特征及不同监测需求,将研究区域按照预定尺寸人为划定为不同的网格进行采样布点,基于内嵌的各类微型智能传感器,通过一系列物理化学检测技术实现对各网格中相关污染物质量浓度进行实时监测的一类环境空气质量监测系统[3]。得益于智能传感器研究的快速发展及大数据技术的普及应用,大气网格化监测系统已成为当前区域环境空气质量监测领域的重要组成部分[4]。基于自动监测与大数据分析相结合的区域大气网格化监测系统已在各地得到广泛应用[5-6]。
上海市嘉定区于2016年底启动大气颗粒物监测试点工作,在全区范围内布设85台颗粒物智能监测设备并搭配颗粒物激光雷达联合扫描监管,实时监控区域颗粒物变化情况[7]。天津市在现有27个环境空气质量标准监测站的基础上,建立了街镇级空气自动监测二级网格系统。数据管理平台基于地理信息系统开发,应用GIS的地图处理能力以及数据分析功能,将带有空间位置的空气监测大数据进行可视化显示,从而实现区域污染源的精准识别[8]。乌鲁木齐市通过在全市范围部署网格化空气质量监测设备,获取全市高密度、高频度的空气污染物浓度监测数据,运用基于GIS的后台数据分析系统,进行监测数据的筛查校准、统计分析和动态图绘制,实现区域环境空气质量加密监测及分析管理[9]。但当前各地已有的大气网格化监测系统更多偏重于污染物监测本身,且与现有环境空气质量标准监测站关联性不足,导致其在区域空气质量精细化管理工作中并未发挥应有作用。
本研究针对西安高新区的区域特点,探讨大气网格化监测系统的构建及其在区域环境空气质量精细化管理中的应用,梳理监测系统建设方案,讨论大气污染分布特征及标准站与其周边微站的关联性,分析系统监控预警情况和问题巡查结果,总结大气网格化监测系统在区域环境空气质量精细化管理中的应用效果,旨在为同类开发区环境空气质量精细化管理工作提供参考。
大气网格化监测系统的构建及其在区域环境空气质量精细化管理中的应用
Construction of atmospheric grid monitoring system and its application in refinement management of regional ambient air quality
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摘要: 为提升区域环境空气质量精细化管理工作水平,以西安高新区为例,采用空气质量自动监测微站和环境大数据分析平台,构建大气网格化监测系统,用以分析各街道网格污染物特征和成因并推送监控预警信息和问题巡查结果。结果表明:CO成点源式分布在各个街道,丈八街道CO点源分布最多;NO2主要集中在兴隆街道和细柳街道;SO2主要集中在兴隆街道和五星街道;O3主要集中分布在丈八街道和鱼化寨街道,灵沼街道和细柳街道是PM2.5与PM10污染最严重的区域;一、四季度首要污染物以PM2.5、PM10和NO2为主,预警时段多集中在深夜或午后时段;二、三季首要污染物以PM10和O3为主,预警时段多集中在下午;高新西区国控站空气质量监测结果受东南方向污染物影响较大,草堂基地省控站空气质量监测结果受东北方向污染物影响较大;2021年高新区大气污染问题巡查工作累计发现各类大气污染问题1 539件,其中明确污染源的问题有607件,占比为39.4%;分布时段主要集中在1—4月,且多为颗粒物污染问题,主要来源包括工地排放源(48%)、道路交通源(31%)、汽修行业源(12%)和餐饮油烟源(8%)等。大气网格化监测系统能够为改善区域空气质量提供数据支撑,从而显著提升空气质量精细化管理工作水平。本研究结果可为同类开发区空气质量精细化管理提供参考。Abstract: In order to improve fine management level of regional ambient air quality, Xi'an Hi-tech Industries Development Zone was taken as an example, the automatic air monitoring micro-station and environmental big-data analysis platform were used to build an air gridded monitoring system for analyzing the characteristics and causes of gridded pollutants in each street and sending the monitoring and early warning information and problem patrol results. The results show that CO point sources distributed in every sub-district, especially the most distribution occurred in Zhangba sub-district; NO2 mainly distributed in Xinglong sub-district and Xiliu sub-district; SO2 mainly distributed in Xinglong sub-district and Wuxing sub-district; O3 mainly distributed in Zhangba sub-district and Yuhuazhai sub-district; the highest PM2.5 and PM10 concentrations occurred in Lingzhao sub-district and Xiliu sub-district; the main pollutants in the 1st and 4the quarters were PM2.5, PM10 and NO2, and the early warning mainly concentrated in the late night or afternoon; the main pollutants in the 2nd and 3rd Quarters were PM10 and O3, and the early warning mainly concentrated in the afternoon; the air monitoring results of the station of China National Environmental Monitoring Center in Xi'an Hi-tech Industries Development Zone were greatly affected by the pollutants in the southeast, and the air monitoring results of the station of Shaanxi Province Environmental Monitoring Center in Caotang Science and Technology Industry Base were greatly affected by the pollutants in the northeast; in 2021, a total of 1539 air pollution issues, were found during the air pollution patrol in Xi'an Hi-tech Industries Development Zone; among the issues, 607 issues had the identified pollution sources, accounting for 39.4%; most of issues occurred from January to April and belonged to particulate pollution issues mainly caused by emission from construction site (48%), roads (31%), automobile repair (12%) and kitchens (8%). The air gridded monitoring system can provide data for the improvement of regional air quality and thus significantly enhance the fine management level of air quality. The research results can provide a reference for the fine management of air quality in the similar development zones.
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表 1 2021年微站监测数据年平均值
Table 1. Monitoring results of micro-stations in 2021
序号 站点名称 所属街道 CO/(mg·m−3) NO2/(μg·m−3) SO2/(μg·m−3) O3/(μg·m−3) PM2.5/(μg·m−3) PM10/(μg·m−3) 1 东大财政所 东大街道 1 34 8 159 40 78 2 西安市建学院 东大街道 1.2 35 8 155 40 78 3 郭北村 东大街道 1 32 8 160 39 76 4 西安电子科技大学 兴隆街道 1.2 42 9 153 41 82 5 综三路与保八路 兴隆街道 1 42 9 155 40 77 6 兴隆社区二区 兴隆街道 1 35 8 156 40 78 7 综四路与北巡逻道交汇 兴隆街道 1.2 42 9 159 40 81 8 洨河北路与枣林路交汇 兴隆街道 1 43 9 157 41 79 9 洨河公园北河岸 兴隆街道 1 43 8 158 41 81 10 卉杉生态科技有限公司 秦渡街道 1 35 8 159 42 80 11 裴家寨 秦渡街道 1 34 8 155 42 83 12 正庄村 秦渡街道 1.6 36 8 157 42 83 13 新阳村 秦渡街道 1 33 8 160 42 84 14 三元科技产业园 草堂街道 1 35 9 161 40 78 15 草庙村 草堂街道 1 34 8 158 41 81 16 逍遥园社区 草堂街道 1 41 9 157 37 72 17 漳浒寨社区 鱼化寨街道 1 36 8 159 43 82 18 西安职业技术学院 鱼化寨街道 1.2 35 8 163 44 83 19 大羊村 细柳街道 1 46 8 161 51 97 20 恭张新村 细柳街道 1 48 8 157 47 95 21 化丰村 庞光街道 1 35 8 156 38 78 22 四府村 庞光街道 1.2 35 8 157 41 79 23 新寨村 庞光街道 1 34 8 153 40 80 24 冯村 灵沼街道 1 35 8 150 51 102 25 管道村 灵沼街道 1 35 8 157 48 101 26 柳林庄 灵沼街道 1.6 36 8 159 46 92 27 中心幼儿园 五星街道 1 35 8 162 42 80 28 南留村 五星街道 1.2 34 9 162 43 82 29 胡家寨村 五星街道 1 34 9 160 44 84 30 高新一中初中部顶楼 丈八街道 2 42 9 158 43 92 31 枫林路与科技一路交汇 丈八街道 1 38 8 159 42 85 32 咖啡街区天使楼楼顶 丈八街道 1 38 8 163 41 78 33 志诚商务楼顶 丈八街道 1 38 8 157 41 77 34 文理学院图书馆楼顶 丈八街道 1 38 8 161 41 78 35 秦风阁B座楼顶 丈八街道 1.6 34 8 162 41 77 36 赛德口腔楼顶 丈八街道 1.8 32 8 161 42 80 37 皓天物业楼顶 丈八街道 1.6 32 8 164 43 80 38 高新一小 丈八街道 1.8 34 8 163 43 83 表 2 大气网格化监测系统监测预警信息
Table 2. Monitor early warning information for the atmospheric grid monitoring system
季度 总预警次数 排名前3预警站点 排名前3预警时段 排名前3首要污染物 站点名称 预警次数 时刻 预警次数 污染物名称 预警次数 一 1 347 庞光化丰村 79 23:00—24:00 136 PM10 738 一 1 347 草堂三元科技园 77 13:00—14:00 124 NO2 552 一 1 347 东大郭北村 71 15:00—16:00 122 PM2.5 21 二 4 636 西安职业技术学院鱼化校区 159 16:00—17:00 381 PM10 2 637 二 4 636 皓天物业楼顶 148 15:00—16:00 378 O3 1 753 二 4 636 高新一小 135 17:00—18:00 343 NO2 185 三 5 315 细柳恭张新村 148 16:00—17:00 848 PM10 2 373 三 5 315 草堂三元科技园 146 15:00—16:00 806 O3 2 165 三 5 315 草堂逍遥园社区 140 14:00—15:00 748 NO2 687 四 3 424 西安职业技术学院鱼化校区 148 20:00—21:00 343 PM2.5 1 327 四 3 424 秦风阁B座 142 19:00—20:00 318 PM10 1 036 四 3 424 昊天物业顶楼 136 23:00—24:00 296 NO2 995 -
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