太原市大气污染现状及监测站点优化

1、太原市大气污染现状及监测站点优化第31卷第5期太原科技大学vo1.31no.52010年10月journaloftaiyuanuniversityofscienceandtechnologyoct.2010文章编号:16732057(2010)050427一o5太原市大气污染现状及监测站点优化闫雨龙,何秋生,钱天伟(太原科技大学环境与安全学院,太原030024)摘要:基于2008年l2月至2009年l1月太原市大气中so2,no2和pmi.日均浓度值,评价了太原市的大气污染状况,并对监测站点进行了优化设计.结果显示:太原市大气中so2,no2和pml0年均浓度分别为0.105ms/m,9.06

2、0ms/m和0.197ms/m,接近或超过国家环境空气质量年均值三级标准.受气候和地形的影响,太原市大气中so2,no2和pml.呈现明显的季节变化和地域分布特征利用物元分析法对原有的监测站点进行了优化后显示,现有的8个监测站点优化为5个后,仍能准确的反应太原市的大气污染状况.关键词:大气污染;站点优化;物元分析法中图分类号:x831文献标志码:a城市空气质量日益受到重视.中国环境状况公报(2002.2008年)数据显示各大城市空气污染严重,so,no和pm.水平接近或超过国家空气质量二级标准引,颗粒物是我国北方城市的首要污染物,而南方城市污染则以no为主j.城市大气质量监测日益普及,监测点位

3、的合理的布设是大家考虑的首要问题.国内外采用多种方法开展了地区大气质量监测点位的优化引.相比碳氢化合物需要现场采样和室内仪器分析,在线监测较容易获取大量数据,易于对监测站点做出更优化的设计.太原是全球污染较为严重的城市之一,但近年来关于太原的大气污染现状还少见报道.本文报道了太原市春季大气的so,no:和pm.污染水平,并对太原市的大气监测站点进行优化.1采样与监测1.1采样点的位置.太原市位于东经11lo30113.09,北纬37.27一38.25之间,东,西,北三面环山,大陆性季风收稿日期:2009-0923基金项目:国家环保部公益项目(200809011),山西省高校科技开发项目(200

4、7137)作者简介:闫雨龙(1986一),男,硕士研究生,主要研究方向为大气环境污染.positivesolutionsforthird-orderboundaryvalueproblemwithp-laplacianzhangjie-ming,yangchen(departmentofmathematics,businesscollegeofshanxiuniversity,taiyuan030ff,china)abstract:thispaperconsidersthirdorderboundaryvalueproblemwithp-laplacian.bymeansofafixedpoi

5、nttheoremforcompletelycontinuousoperatorsinco,1spaces,theexistenceofatleastonepositivesolutionfortheaboveboundaryvalueproblemisobtained.asanapplication,anexampleisgiventodemonstratethemainresult.keywords:positivesolution,boundaryvalueproblem,plaplacianoperator428太原科技大学2010正气候,重工企业分布在北面和西面.太原市环境监图1太原

6、市环境监测站点分布fig.1distributionofatmosphedcenvironmentalmotodngsitesintaiyuan测中心站共有8个子站点(见图1),其中晋源(jy)作为太原市大气的背景参照点,远离市区且周围有风景区;桃园(ty)监测点位于市区中心,周围为居民区;涧河(jh)和南寨(nz)两个监测点位于太钢周围,前者周围交通繁忙,后者位于太钢上风向;尖草坪(jcp)周围有太原洗煤厂等存在;坞城路(wc)监测点位于坞城路,周围为居民区,有城中村等污染源存在;金胜(js)位于太原第一热电厂附近;小店(xd)监测点位于新开发区.1.2数据的采集本文数据来源于太原市2008

7、年12月份至2009年l1月份的so,no2,pm10监测日均值.每个监测点都安装了在线监测与数据记录,传输系统,可在总控室收集所有数据,其中pm.是利用低能射线的辐射吸收原理,so是采用紫外荧光法,no:采用气相化学发光原理测定的.各点的仪器是24h连续监测的,报道全天平均值.此外,还记录了每点的气象参数,如风向,风速和温度等.每个监测点的仪器都进行定期的校正与维护,保证数据的可靠性.2结果与分析2.1平均水平表1列出了太原市大气中so,no:和pm.的统计分析结果.结果显示太原市2008年l2月至2009年11月环境大气中so和no:年均浓度分别为0.105mr/1ti和0.060mg/r

8、i1.,接近或超过国家环境空气质量年均值三级标准(gb30951996);pm.年均浓度范围为0.197rag/rll.,超过了该标准中规定的三级标准.太原市大气中so:,no:和pm.的日均值显示了明显的季节变化特征(表1).受冬季采暖和逆温的影响,太原市大气中so和no在冬季的日均值最高,分别为0.195mr/in和0.094mr=/rn,超过了国家环境空气质量日标准中的二级标准值.太原市春季多有沙尘天气出现,pm,.浓度春季的日均值为0.356r,m3,超过了国家环境空气质量日标准中的三级标准值,而夏季和秋季为多降雨季节且少大风天气,pm.浓度低于国家环境空气质量日标准中二级标准值(0.

9、15mecm3).与国内部分城市的大气监测值相比,太原市的so暴露水平极高,除夏秋季节外,冬春季节是报道值的2倍多;而no:水平和国内城市,如武汉,成都等地基本持平(见图2a)j.可吸人颗粒物pm.暴露水平处于较高水平,尤以冬春季节为最高(见图2b).太原市自2008年开始实施污染源有组织排放的在线监测,有效降低了各类污染物的排放.可吸人颗粒物pm.具有严重的环境与健康危害,太原市高水平的可吸人颗粒物暴露值得关注.表1太原市大气中so2,no2和pm.水平(mwm)tab.1averagelevelsofso2,no2andpml0intheatmosphericenviromentoftai

10、yuan(mg/m)项目年均统计冬季春季夏季秋季范围均值(2008.12-2009.02)(2009.03-2009.05)(2009.06-2009.08)(2009.09-2009.11)s020.024-0.3280.1050.1130.1950.1020.1020.0560.0560.023o.o680.025no20.036-0.2260.0600.1030.0940.091o.0620.0820.0350.0250.0460.015pml0o.o50-0.6230.197土0.2570.2240.1360.3560.2700.1030.0460.1010.052第31卷第5期闰雨龙

11、,等:太原市大气污染现状及监测站点优化4292.2分布特征结合太原市的污染源分布和地形,各点so,no:和pm.表现出明显的地域分布特征.图3为冬季太原市各监测点pm.和so,no日均值.尖草坪监测点位于太原市选煤厂的下风向,大气中pm.和so水平偏高.太钢附近的涧河和南寨监测点污染水平存在差别:涧河监测点位于太钢下风向,来自钢铁生产的矿尘等致使pm.较高;而南寨监测点位于太钢的上风向颗粒物等水平较低.南寨监测点临近二电厂和太钢生产区,so:水平较高.距离太原市热电厂较近的金胜监测点,大气中的pm.和so含量高,可能和电厂锅炉烟气排放有关.坞城监测点周围人口密度较大,尤其是城中村的小锅炉存在,

12、导致空气中so:污染水平较高.桃园监测点位于太原市市中心,受北部太钢等地的影响,so:水平较高,车流量较大,大气中no水平也较高.小店和晋源监测点均位于太原市南部,尤其是晋源监测点位于郊区,各种污染物水平低于上述各点.0.12c0.10.08,|呈0.060.0400.02量图2不同城市的so:,no:和pml0暴露水平fig2concentrationlevelofso2,n02andpmloindifferentcities各个监测点的so:,no:,pm,.之间相关性分析显示涧河监测点的几个污染物之间的相关性和部分监测点的部分污染物之间的相关性(如小店监测点的so与pm.和晋源监测点的s

13、o:与no:的相关性)都比较好都比较好(>0.72),说明在这些监测点的相关污染物来源稳定,逆温层的存在和太原市盆地地形形成的污染物只能在低层混合扩散,如大气中的no:,so:和pm.主要是来自于燃煤排放,交通排放和扬尘.崆图3,不同采样点的so:,no2和pml0的污染水平fig.3pohutionlevelsofs02,no2andpm1oindifferentsampgsites2.3站点优化为了合理分部太原市的大气监测站点,本研究首先建立物元分析法的数学模型用物元分析方法对数据进行分析n.n,比较全部监测点的各项污染指标测定值,分别选出最小值(最佳点a7,最大值(最劣点b)和平均

14、值(期望点c).对8个监测点建立相关的矩阵,在矩阵的基础上对8个监测点分别建立污染指标对标准物元a,的线性关联函数:(2)其中:为第个测点第项指标测值;g为第项指标期望值;a为第_项指标最小值;,为第.项指标最大值.由以上计算结果再计算出全部污染指标对a,的综合关联函数:m()=?()(3)j=1()=?()(4)其中:为污染指标的权值,权重值是采用大气环境质量分级标准的指数超标法计算得到各项污染指标归一化权值(见表2).一=,一v,l,430太原科技大学2010正表2大气污染指标分级标准及归一化值tab.2gradingstandardsandnormalizedvalueofairpoll

15、utionindicators指标123sixi/sipml0o.o500.1050.70o0.673so2o.o50.15o.250.1500.0230.1530.147no20.08o.120.120.1o70.020o.1710.180将,及值代人式(3)和式(4)中,计算出各采样点的综合关联函数的值,并将综合关联系数的值在平面直角坐标系中表示出来.太原市8个监测点的和在坐标平面图中分布在,三个象限内(见图4).在第象限内的点符合最佳点条件,其值离坐标轴愈远,符合程度愈好,5号为这类点的代表;靠近坐标中心的点在一定条件下可以向第,象限转化,条件改变时此类点可转化为

16、佳点,故将7号列为优选点;在第象限内的点符合最劣点条件,8作为此类点的代表.另外,2号可选为监测点;在第象限的3号点极易向最佳,最劣两个方向转化,也应选为监测点.综上,用物元分析法选出的点位是2.3,5,7,8五个点,即尖草坪,桃园,金胜,涧河和晋源五个监测站点.图48个监测点之间的一坐标图fig.4coordinategraphof?amongeigntmonitoringsites参考文献:表3优化前后的平均值对比(mg/m)tab.3comparisonoftheaveragevalubeforeandaftertheoptimization(mg/m)监测项目so2no2pml0优化前

17、(8个)0.1o5o.o6o0.197优化后(5个)0.0270.0210.104将优化掉的3个监测点数据从总的监测数据中舍去,求出剩下5个监测点的具体监测平均值与原有的平均值进行对比(见表3).由对比可知,采样点的数量的减少仍然能对太原市环境空气质量做出正确的评价.3结论(1)2008年l2月至2009年11月太原市大气中so和no:年均浓度接近或超过国家环境空气质量年均值三级标准(gb30951996);pm.年均浓度超过了该标准中规定的三级标准.太原市大气中so,no和pm.的日均值显示了明显的季节变化特征.受冬季采暖和逆温的影响,太原市大气中so和no:在冬季的日均值最高,而春季由于风

18、等气象因素的影响pm.最高.(2)结合太原市的污染源分布和地形,各点so:,no:和pm.表现出明显的地域分布特征,呈现出北高南低的趋势.几个污染物之间的相关性和部分监测点的部分污染物之间的相关性都比较好(>0.72),说明污染物来源稳定.(3)对现有的8个大气质量监测点的数元分析可知:优化为5个,分别为南寨,坞城,尖草坪,金胜和晋源五个监测站点,涧河,桃园,小店三个监测点可以舍去.经过分析,优化后的结果能反应太原市的大气污染状况,不影响监测的准确性.1国家环保部.中国环境质量公报(2002-2008)eb/ol.2010427-20..eplan/zk

19、gb/.2赵晴,贺克斌,马永亮,等.北京及周边地区夏季大气颗粒物区域污染特征j.环境科学,2009,30(7):1873-1880.3向敏,韩永翔,邓祖琴.2007年我国城市大气污染时空分布特征j.环境监测管理与技术,20o9,21(3):33?36.4张继娟,魏世强.我国城市大气污染现状与特点j.四川环境,2006,25(3):104-109.5fernandezja,aboaljr,coutoja.samplingoptimizationatthesampling-sitesemeformonitoringatmosphericdeposi-tionusingmosschemistryj.

20、atmosphericenvironment,2002,36(7):11631172.6silvac,quiroza.optimizationoftheatmosphericpollutionmonitoringnetworkatsantiagodechilej.atmosphericenvi第31卷第5期闫雨龙,等:太原市大气污染现状及监测站点优化431ronment,2003,37(17):2337-2345.7刘春明,徐自力,杜尧国,等.长春市空气中nmhc污染物监测点位的优化j.吉林大学:自然科学,1999,lo(4):77.80.89邱敏,蔡秀珍.太原市大气环境监测优化布点验证研究j

21、.华北地质矿产杂志,1996,11(2):221-225.国家环保总局及其下属全国部分城市环保局.2009年环境空气质量月报eb/ol.2010-07-20.cn/.陈榕,游海.物元分析法在大气环境监测优化布点中的研究j.江西化工,2004,12(4):181183.孙中党,郝民杰.郑州市大气监测优化布点的研究j.重庆环境科学,1999,21(6):1624.李祚泳.用物元分析法优选大气环境测点j.环境科学研究,1996,9(6):4548.太原市环境监测站.太原市环境质量月报eb/ol.2010-07-20./hjjc/index.asp.statusofatmosphericpollutionandoptimizationofmonitoringsitesinurbanareaoftaiyuanyanyulong,heqiusheng,qiantian-wei(schoolofenvironmentandsafety,taiyuanuniversityofscienceandtechnology,taiyuan030024,china)abstract:thestatusofatmosphericpollutioninurbanareaoftaiyuanwa