師建中,謝 敏

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心,廣東 廣州 510045)

粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)控技術

師建中,謝 敏

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心,廣東 廣州 510045)

空氣污染日益呈現(xiàn)的區(qū)域性特點,使得空氣質(zhì)量區(qū)域聯(lián)動監(jiān)測成為必然趨勢。以粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡的實踐為例,介紹了區(qū)域聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)的組成和運行機制,并著重探討了系統(tǒng)質(zhì)量保證/質(zhì)量控制 (QA/QC)以及數(shù)據(jù)管理等核心支撐技術。

區(qū)域空氣質(zhì)量;聯(lián)動;監(jiān)測

改革開放以來,珠江三角洲地區(qū)成為國內(nèi)工商業(yè)和人居生活現(xiàn)代化水平發(fā)展最快的地區(qū)。多種類、高度密集、大排放量的污染源,也使珠三角地區(qū)面臨前所未有的環(huán)境污染問題。為全面、及時、準確反映珠三角地區(qū)空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢,提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、可比性和可靠性,廣東省政府和香港特別行政區(qū)政府于 2003—2005年聯(lián)合建立了粵港珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng) (以下簡稱“系統(tǒng)”)。系統(tǒng)提供珠三角地區(qū)空氣污染物聯(lián)動監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),并向公眾發(fā)布區(qū)域內(nèi)各地空氣質(zhì)量日報,成為目前國內(nèi)實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境空氣污染物聯(lián)動監(jiān)測的成功案例。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)涵蓋珠三角地區(qū)的 16個空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站,包括廣東省 10個地方站、3個區(qū)域站和香港特別行政區(qū) 3個地方站,以及一臺移動監(jiān)測車。系統(tǒng)站點分布如圖 1所示。監(jiān)測項目包括二氧化硫、氮氧化物、可吸入顆粒物 (PM10)、一氧化碳和臭氧,區(qū)域監(jiān)測子站和移動監(jiān)測車在此基礎上增加

圖1 系統(tǒng)站點分布示意

了 P M2.5項目?；谙到y(tǒng)特有的跨境、跨體制和多方參與的聯(lián)動監(jiān)測需求,系統(tǒng)設計并采用了如圖 2所示的組網(wǎng)方式和數(shù)據(jù)傳輸解決方案。除了空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站外,還建立了質(zhì)量保證 /質(zhì)量控制 (QA/QC)實驗室、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺等關鍵組成部分。

圖2 系統(tǒng)組織結構示意

為保證粵港兩地監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性、準確性和可比性,兩地建立統(tǒng)一、高標準的質(zhì)量管理體系,參考了美國 EPA和香港環(huán)保署空氣自動監(jiān)測 QA/QC技術和標準,建立了適用于珠三角地區(qū)的 QA/QC技術體系,編制了完整的 QA/QC標準操作手冊;成立區(qū)域空氣質(zhì)量管理委員會,每季度召開研討會,監(jiān)督網(wǎng)絡運行、QA/QC制度執(zhí)行情況,評估和監(jiān)察數(shù)據(jù)質(zhì)量;定期進行成效審核和系統(tǒng)回顧。在廣東省環(huán)境監(jiān)測中心和香港環(huán)保署空氣科學組分別設立 QA/QC實驗室,對所屬地的子站提供直接的QA/QC技術支持和標準物質(zhì)傳遞。

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心分建于廣東省與香港兩地,并實現(xiàn)互聯(lián)。主要用于接收自動監(jiān)測子站上報的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),監(jiān)管 QA/QC例行任務的執(zhí)行情況和報告的生成結果,實施網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)質(zhì)量管理,必要時對屬地子站運行狀態(tài)進行遠程控制。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心將實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)即時報送到廣東省環(huán)境保護廳信息中心的數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺,生成辦公應用數(shù)據(jù),并向公眾發(fā)布信息。數(shù)據(jù)審核與發(fā)布平臺主要功能包括:以 30 s間隔更新系統(tǒng)各子站、各監(jiān)測項目實時數(shù)據(jù)及其動態(tài)展示圖表;提供歷史數(shù)據(jù) (如 5 min、小時、日、月、年時標的平均值、最大值、最小值及相關空氣污染指標)的瀏覽和審核;每日定時自動統(tǒng)計反映區(qū)域空氣污染狀況的區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù) (RAQ I),并演算、繪制、發(fā)布RAQ I指數(shù)分布圖。

2 系統(tǒng)支撐技術

系統(tǒng)覆蓋整個珠三角地區(qū),具有跨境、跨體制的規(guī)模。為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量統(tǒng)一并具有國際先進水平,系統(tǒng)推行了一系列聯(lián)動監(jiān)測支撐技術,包括質(zhì)量保證 (QA)、質(zhì)量控制 (QC)、運行成效審核、預防性維修、數(shù)據(jù)狀態(tài)判別技術,并建立數(shù)據(jù)審核制度、質(zhì)量管理委員會審議制度。

2.1 質(zhì)量保證 (QA)技術

系統(tǒng)強調(diào)粵港兩地 QA/QC實驗室負責向各自屬地子站下發(fā)鋼瓶標準氣體,以及對子站進行臭氧傳遞和計量器具認證,確保標準器物量值溯源的統(tǒng)一性、穩(wěn)定性、精準性、權威性。系統(tǒng)以美國N IST一級鋼瓶標準氣體為實驗室標準,下發(fā)認證的鋼瓶標準氣體作為子站的工作標準。

臭氧標準按照應用等級可分為一級標準、傳遞標準和工作標準。必須使用級別較高的參考標準對傳遞標準和工作標準進行認證或重新認證。圖3總結了它們的可追溯度及相應的認證或重新認證頻率。系統(tǒng)的臭氧標準可使用美國國家標準局所制的第 35臺臭氧標準光電儀 (SRP 34)或同等標準。認證和重新認證網(wǎng)絡內(nèi)的臭氧傳遞標準,然后使用臭氧傳遞標準對臭氧工作標準進行審核檢查、認證和重新認證。動態(tài)校準儀的臭氧發(fā)生器在QA/QC實驗室經(jīng)過初始認證后,每個季度重新認證一次,便可作為子站的工作標準,用于子站臭氧發(fā)生器的檢查和臭氧分析儀的動態(tài)校準[1]。

圖3 系統(tǒng)臭氧標準的可追溯度

對于所用動態(tài)校準儀器的流量控制器,需要每3個月由 QA/QC實驗室的標準流量計進行檢查和傳遞認證。系統(tǒng)的 QA技術標準與操作規(guī)程執(zhí)行文獻[1];所用流量、溫度、壓力、容積、時間、頻率、電流、電壓等屬國家法定強檢計量器具的儀器儀表,必須按國家技術監(jiān)督法規(guī)要求定期送檢。

2.2 運行成效審核技術

成效審核是QA工作的一個重要組成部分,目的在于獨立審核監(jiān)控網(wǎng)絡的運作以及整個網(wǎng)絡和各個子站監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度。為此,各子站每年至少接受一次由系統(tǒng) QA/QC實驗室進行的運行成效審核。針對系統(tǒng)的跨境、跨體制特點,每年由廣東省環(huán)境監(jiān)測中心對香港特別行政區(qū) 3個子站進行審核。香港特別行政區(qū)環(huán)保署空氣科學組對廣東省 13個子站中抽選的 3個子站進行審核。進行運行成效審核時,由審核方派出技術人員,攜帶其QA/QC實驗室的鋼瓶標準氣體和動態(tài)校準儀器、零氣制配儀器、流量檢定儀器等,前往被審核子站,制配零氣和各項目高、中、低濃度標準氣,取代空氣樣品送入采樣總管,觀察、記錄在線運行的各氣體分析儀器對相應成分、相應濃度的標準氣的響應讀數(shù),統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)誤差,核定成績。運行成效審核的技術標準與操作規(guī)程,執(zhí)行文獻[1]。

2.3 質(zhì)量控制 (QC)技術

為監(jiān)控和減小因氣體分析儀器在線運行中零點漂移、跨度漂移、非線性等作用產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差,系統(tǒng)的子站計算機配置了運行控制軟、硬件,能夠調(diào)控子站標準氣體動態(tài)配制儀器。通過計算機編程和自動化控制[2],實現(xiàn)了每日或隔日自動檢查并必要時校準站點上各種在線氣體分析儀器的量程零點和跨度 (滿量程 80%濃度);每周或隔周自動檢查各在線氣體分析儀器的精度 (滿量程15%～20%濃度);每季度定期檢查各在線氣體分析儀器的多點跨度,即線性檢查。并依據(jù)由此產(chǎn)生的試驗數(shù)據(jù)及性能成績,指導儀器設備運行維護,考核系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)準確度水平等。系統(tǒng)的 QC技術標準與操作規(guī)程,執(zhí)行文獻[1]。

2.4 預防性維修

所有自動監(jiān)測子站上的氣體分析和標準氣制配用儀器設備,在運行時間達到相關技術標準的限定值之前,需要離線進行預防性維修。維修內(nèi)容包括更換所有氣體流路的管線、連接件;清潔檢測部組件,更換耗損、部件;按照說明書重新測量、檢查和調(diào)整儀器設備的工作參數(shù);完成規(guī)定的氣密性,零點、跨度漂移,重現(xiàn)性,多點線性,量程校準等性能檢驗。維修評估合格后才能提供子站繼續(xù)使用。

2.5 數(shù)據(jù)狀態(tài)判別

建立關于監(jiān)測數(shù)據(jù)狀態(tài)定義的標識字符集和記錄規(guī)則。采集監(jiān)測數(shù)據(jù)時,同步記錄提供數(shù)據(jù)的儀器設備的運行狀態(tài)等信息,例如記錄是否正在執(zhí)行性能檢查、校準任務,或儀器設備運行條件不良、報警等信息。以“向上備份”規(guī)程在網(wǎng)絡監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫生成各子站的帶標識原始數(shù)據(jù)記錄。在此基礎上進行“有效監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取率”、“QA/QC實驗報告”、“數(shù)據(jù)判別通過率”等績效評定。

2.6 數(shù)據(jù)審核制度

系統(tǒng)建立了一套適用于聯(lián)動監(jiān)測的數(shù)據(jù)審核制度,包括日審、月審、年審等[3]。一方面,系統(tǒng)能夠自動進行有效、超標、缺失等數(shù)據(jù)審核。另一方面,系統(tǒng)也支持進行人工審核,監(jiān)控人員可利用有關的地理、氣象過程、污染源規(guī)模等信息,觀察分析子站是否出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象,必要時可調(diào)配系統(tǒng)配備的移動監(jiān)測車到子站所在地進行同步監(jiān)測,作比對判別,避免因儀器設備和人為失誤造成的影響。

2.7 質(zhì)量管理委員會 (QMC)會議

系統(tǒng)的粵港雙方負責人和專家每季度召開一次QMC例行會議。審查上一季度 QA/QC執(zhí)行情況、數(shù)據(jù)歸檔情況、系統(tǒng)運行狀況和數(shù)據(jù)準確度評估,審核監(jiān)測報告以及研討系統(tǒng)運行出現(xiàn)的技術問題,提出應對方案,等等。QMC會議提供了一種有效的監(jiān)督機制,促進了粵港雙方的技術交流與合作。

3 結語

系統(tǒng)建立了一個與國際先進國家接軌、跨區(qū)域的、比較完善的區(qū)域空氣質(zhì)量聯(lián)動監(jiān)測QA/QC技術體系,編制了 QA/QC標準操作程序;成立粵港區(qū)域空氣監(jiān)控質(zhì)量管理委員會機制,監(jiān)管QA/QC制度的執(zhí)行;建立定期比對、標準傳遞、溯源、審核、成效評估機制;建立數(shù)據(jù)和狀態(tài)標記系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)審核及其自動化操控;創(chuàng)新了區(qū)域空氣質(zhì)量發(fā)布機制等。隨著聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)及其支撐技術的不斷完善,系統(tǒng)運行平臺以及產(chǎn)生的具有區(qū)域規(guī)模、連續(xù)性和長期性的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄,還將為研究開發(fā)數(shù)據(jù)應用和預報、預警模型等工作,提供優(yōu)良的業(yè)務與科研工作資源。

[1]廣東省環(huán)境監(jiān)測中心.珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡 QA/QC手冊[M].廣州:廣東科技出版社,2007.

[2]師建中.環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)處理通用技術研究[J].實驗科學與技術,2009,7(4):30-31,98.

[3]劉俊,袁鸞,師建中.區(qū)域空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)審核方法與制度的探索[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2009,25(4):60-63.

Quality Control Techn iques of Regional A ir Quality Interconnecting M on itoring System of Hong Kong and Pearl River Delta

SH IJian-zhong,XIEMin
(Guangdong Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Guangzhou,Guangdong 510045,China)

Due to the regional characteristic of air pollution,interconnectingmonitoring systems become increasingly necessary.Based on the RegionalAirQualityMonitoringNetwork of Hong Kong and PRD,the composition and operatingmechanismsof regional interconnectingmonitoring system are described,and the significant supporting techniques,such asQA/QC and datamanagement have been discussed particularly.

regional air quality;interconnection;monitoring

X831

A

1674-6732(2011)-01-0001-03

2010-05-27

國家(863計劃)高技術研究發(fā)展計劃項目(2006AA06A308)。

師建中(1955—),男,高級工程師,?？?從事環(huán)境自動監(jiān)測技術研究工作。