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1、第十二章第十二章 环境监测环境监测12.1 12.1 环境监测的目的和分类环境监测的目的和分类12.2 12.2 环境监测的要求和特点环境监测的要求和特点12.3 12.3 环境监测标准与指标环境监测标准与指标12.4 12.4 环境监测方案的制定环境监测方案的制定12.5 12.5 环境监测技术环境监测技术12.6 12.6 环境遥感监测技术环境遥感监测技术12.7 12.7 案例研究案例研究主要内容主要内容什么是环境监测？什么是环境监测？ - - 是通过对影响环境质量的污染因子及反映环境质量的环是通过对影响环境质量的污染因子及反映环境质量的环境因子进行测定，并与环境标准进行比较，评价环境质
2、量境因子进行测定，并与环境标准进行比较，评价环境质量（污染程度）并确定其变化趋势。（污染程度）并确定其变化趋势。 - - 注重理论和实际相联系注重理论和实际相联系12.1 12.1 环境境监测的目的和分的目的和分类12.1.1 12.1.1 环境监测的目的环境监测的目的 准确及时全面反映环境质量现状及发展趋势，为准确及时全面反映环境质量现状及发展趋势，为环境评价规划与管理等提供科学依据。环境评价规划与管理等提供科学依据。具体概括具体概括为：为：- 根据环境质量标准，评价环境质量根据环境质量标准，评价环境质量- 根据污染物时空分布，寻找污染源，为实现监督管理、根据污染物时空分布，寻找污染源，为实
3、现监督管理、控制污染提供依据控制污染提供依据- 收集本底数据，积累长期监测资料收集本底数据，积累长期监测资料- 为开展环境科学研究提供科学依据为开展环境科学研究提供科学依据- 为保护人类健康、合理使用自然资源、制订环境法规为保护人类健康、合理使用自然资源、制订环境法规服务服务12.1.2 12.1.2 环境监测的分类环境监测的分类 12.2 12.2 环境境监测的要求和特点的要求和特点12.2.1 12.2.1 环境监测的要求环境监测的要求 环境监测是对环境信息的捕获、解析、综合和传递过程。环境监测是对环境信息的捕获、解析、综合和传递过程。对其要求可概括为：对其要求可概括为： 代表性代表性 完
4、整性完整性 可比性可比性 精密性精密性 准确性准确性(1) (1) 环境污染的特点环境污染的特点 时空分布性时空分布性 环境污染与污染物含量关系环境污染与污染物含量关系 污染因素综合效应污染因素综合效应 环境污染社会评价环境污染社会评价 12.2.2 12.2.2 环境监测的特点环境监测的特点(2) (2) 环境监测的特点环境监测的特点12.3.112.3.1环境监测标准环境监测标准u 环境标准是获取正确环境质量信息和评价环境质量的重要环境标准是获取正确环境质量信息和评价环境质量的重要手段和基础手段和基础u 环境质量标准和污染物排放标准是评价地区环境质量的优环境质量标准和污染物排放标准是评价地
5、区环境质量的优劣和企业对环境影响的基本依据劣和企业对环境影响的基本依据u 环境基础标准、环境方法标准、环境标准物质标准和环保环境基础标准、环境方法标准、环境标准物质标准和环保仪器、设备标准则是减少监测过程中出现差错的重要手段和仪器、设备标准则是减少监测过程中出现差错的重要手段和条件。条件。12.3 12.3 环境监测标准与指标环境监测标准与指标p 据专家统计，目前世界上已知的化学品有据专家统计，目前世界上已知的化学品有700700万种，万种，而进入环境的化学物质已达而进入环境的化学物质已达1010万余种万余种p 目前经济技术条件下，只能重点对部分污染物目前经济技术条件下，只能重点对部分污染物进
6、行监测控制进行监测控制p 优先污染物：经过优先选择的污染物优先污染物：经过优先选择的污染物p 优先监测优先监测12.3.2 12.3.2 环境监测指标环境监测指标绿色卡片绿色卡片 物理性质物理性质 金属化合物金属化合物 非金属无机物非金属无机物 有机化合物有机化合物 水质污染生物学指标水质污染生物学指标水和废水监测项目水和废水监测项目溶解氧测定溶解氧测定NOx、SO2测定测定微波测定微波测定CODBod测定测定常用采样器常用采样器溶解氧采样器溶解氧采样器颜色的测定颜色的测定Ph值测定值测定环境监测的基本采样与分析方法环境监测的基本采样与分析方法大气和废气检测项目大气和废气检测项目根据优先监测的
7、原则，选择那些危害大、涉及范围广、已建立成熟的测定方法，并有标准可参考的项目进行监测。表表12-2 大气环境自动监测系统监测项目大气环境自动监测系统监测项目表12-1 连续采样实验室分析项目 第一类：汞、铅、镉、第一类：汞、铅、镉、DDTDDT及代谢产物，多氯联苯及代谢产物，多氯联苯(PCB)(PCB) 第二类：石油产品、第二类：石油产品、DDTDDT以外的长效有机氯、四氯化以外的长效有机氯、四氯化碳、醋酸衍生物、氯化脂肪族、砷、锌、硒、镉、镍、碳、醋酸衍生物、氯化脂肪族、砷、锌、硒、镉、镍、锰、矾、有机磷化合物及其他活性物质锰、矾、有机磷化合物及其他活性物质土壤污染监测项目土壤污染监测项目1
8、2.4 12.4 环境监测方案的制定环境监测方案的制定12.4.1 12.4.1 地面水质监测方案的制定地面水质监测方案的制定（1）基础资料的收集(2)监测断面的设置监测断面的设置原则监测断面的设置原则在水域的下列位置应设置监测断面，且断面应尽可在水域的下列位置应设置监测断面，且断面应尽可能与水文测量断面重合，并要求交通方便，有明显岸能与水文测量断面重合，并要求交通方便，有明显岸边标志。边标志。河流监测断面的设置河流监测断面的设置对于江、河水系或某一河段，要求设置三种断面，对于江、河水系或某一河段，要求设置三种断面，即对照断面、控制断面和削减断面（图即对照断面、控制断面和削减断面（图12-11
9、2-1）。）。（3 3） 采采样点位的确定点位的确定p 设置监测断面后，应根据水面的宽度确定断面上的设置监测断面后，应根据水面的宽度确定断面上的采样垂线，再根据采样垂线的深度确定采样点的位置和采样垂线，再根据采样垂线的深度确定采样点的位置和数目。数目。p 对于江、河水系，水面宽小于对于江、河水系，水面宽小于50m50m，设一条中泓垂线；，设一条中泓垂线；50-100m50-100m，在左右近岸各设一条垂线；，在左右近岸各设一条垂线；100-1000m100-1000m，左右，左右中各设一条垂线；大于中各设一条垂线；大于1500m1500m，设，设5 5条等距垂线；较宽河条等距垂线；较宽河口应酌
10、情增加垂线数。口应酌情增加垂线数。p 在一条垂线上，水深小于在一条垂线上，水深小于5m5m，水面下，水面下0.3-0.5m0.3-0.5m设一设一个采水点；个采水点；5-10m5-10m，0.3-0.5m0.3-0.5m，河底上，河底上0.5m0.5m处个设一个处个设一个采水点；采水点；10-50m10-50m，三个采水点；大于，三个采水点；大于50m50m，酌情增加采，酌情增加采水点数。水点数。较大水系干流和中小河流全年采样不少于较大水系干流和中小河流全年采样不少于6 6次次流经城市、工矿企业等污染较重河流、游览水域、饮用水流经城市、工矿企业等污染较重河流、游览水域、饮用水源地全年采样不少于
11、源地全年采样不少于1212次次潮汐河流在丰、枯、平水期各采样潮汐河流在丰、枯、平水期各采样2 2天，分别在大小潮期进天，分别在大小潮期进行，每次应采集当天涨、退潮水样分别测定行，每次应采集当天涨、退潮水样分别测定排污渠每年采样不少于排污渠每年采样不少于3 3次次设专门监测站湖库，每月采样设专门监测站湖库，每月采样1 1次，全年不少于次，全年不少于1212次次底泥每年在枯水期采样底泥每年在枯水期采样1 1次次背景断面每年采样背景断面每年采样1 1次次(4) (4) 采采样时间和采和采样频率的确定率的确定（5 5） 采采样、监测技技术和和质量保量保证要根据监测对象的性质、含量范围及测定要求等因素选
12、择要根据监测对象的性质、含量范围及测定要求等因素选择适宜的采样、监测方法和技术。水质监测所测得的化学、适宜的采样、监测方法和技术。水质监测所测得的化学、物理以及生物学数据，是描述和评价水环境质量，进行环物理以及生物学数据，是描述和评价水环境质量，进行环境管理的基本依据，必须进行科学地计算和处理，并在监境管理的基本依据，必须进行科学地计算和处理，并在监测报告中表达出来。为保证水质监测数据正确可靠，要求测报告中表达出来。为保证水质监测数据正确可靠，要求对环境监测的每一步骤进行质量控制，使质量保证贯穿监对环境监测的每一步骤进行质量控制，使质量保证贯穿监测工作的全过程。测工作的全过程。12.4.2 大
13、气污染监测方案的制订大气污染监测方案的制订（1）有关资料的收集有关资料的收集污染源分布及排放情况污染源分布及排放情况气象资料气象资料地形资料地形资料土地利用和功能分区情况土地利用和功能分区情况人口分布及人群健康情况人口分布及人群健康情况监测区域以往的大气监测资料监测区域以往的大气监测资料（2）监测网点的布设布设采样点的原则和要求采样点数目布点方法布点方法按功能区划分的布点方法多用于区域性常规监测。先将监测区域划分为工业区、商业区、居住区、多用于区域性常规监测。先将监测区域划分为工业区、商业区、居住区、工业和居住混合区、交通稠密区和清洁区等，再根据具体污染情况和人工业和居住混合区、交通稠密区和清
14、洁区等，再根据具体污染情况和人力、物力条件，在各功能区设置一定数量的采样点。力、物力条件，在各功能区设置一定数量的采样点。按污染源分布的布点方法对于有多个污染源，且污染源分布较均匀的地区，常采用网格布点法。对于有多个污染源，且污染源分布较均匀的地区，常采用网格布点法。对于有多个污染源构成污染群，且大污染源较集中的地区，常采用同心对于有多个污染源构成污染群，且大污染源较集中的地区，常采用同心圆布点法。对于孤立的高架点源，且主导风向明显的地区，常采用扇形圆布点法。对于孤立的高架点源，且主导风向明显的地区，常采用扇形布点法。布点法。12.4.3 土壤污染监测方案的制订 采样点布设 采样深度 采样时间
15、 采样量- - 干灰化法干灰化法又称高温分解法。处理过程：在马福炉内，于又称高温分解法。处理过程：在马福炉内，于450450550550条件下将样品烧至灰白色，使有机物完全分解条件下将样品烧至灰白色，使有机物完全分解除去，然后再用适量除去，然后再用适量2%HNO2%HNO3 3( (或或HCl)HCl)溶解样品，灰分过滤，溶解样品，灰分过滤，滤液定容后测定。滤液定容后测定。- 湿式消解法湿式消解法包括：硝酸消解法、硝酸包括：硝酸消解法、硝酸- -高氯酸消解法、硝高氯酸消解法、硝酸酸- -硫酸消解法、硫酸硫酸消解法、硫酸- -磷酸消解法、硫酸磷酸消解法、硫酸- -高锰酸钾消解高锰酸钾消解法、多元
16、消解方法和碱分解法等法、多元消解方法和碱分解法等12.5.1 样品预处理技术样品预处理技术（1）样品的消解）样品的消解12.5 环境监测技术消解方法有湿式消解法和干式分解法（干灰化法）消解方法有湿式消解法和干式分解法（干灰化法） 溶剂萃取法溶剂萃取法 离子交换法离子交换法 吸附法吸附法 挥发和蒸发浓缩挥发和蒸发浓缩 蒸馏法蒸馏法（2）富集与分离1.化学、物理技术化学、物理技术目前，多采用化学分析方法和仪器分析方法对环境样品中污染目前，多采用化学分析方法和仪器分析方法对环境样品中污染物的成分、浓度、状态与结构进行测定。物的成分、浓度、状态与结构进行测定。2.生物技术生物技术利用植物、动物和微生物
17、在污染环境中所产生的各种反映信息利用植物、动物和微生物在污染环境中所产生的各种反映信息来判断环境质量的方法，是最直接的综合方法。来判断环境质量的方法，是最直接的综合方法。3.遥感技术遥感技术利用遥测技术对区域性的污染分布情况进行监测，是目前发展的一利用遥测技术对区域性的污染分布情况进行监测，是目前发展的一个趋势。个趋势。12.5.2 测试技术12.6 环境遥感监测技术12.6.1 遥感技术在环境监测工作中的的优势-可快速进行大范围、立体性的生态环境监测。能从空中大可快速进行大范围、立体性的生态环境监测。能从空中大面积地进行宏观生态环境的研究，使环境监测工作向立体面积地进行宏观生态环境的研究，使
18、环境监测工作向立体监测方向发展监测方向发展-获取的信息量广、效率高获取的信息量广、效率高-适应性强，可获取其它监测手段无法获取的信息适应性强，可获取其它监测手段无法获取的信息-可用于动态监测可用于动态监测该类技术可监测大气污染、温室效应、水质污染、固体废该类技术可监测大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等，下弃物污染、热污染等，下图图12-4显示的是显示的是Landsat TM 遥感影遥感影像数据。像数据。12.6.2 环境遥感监测方法（1 1）可见光、反射红外遥感技术）可见光、反射红外遥感技术用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的原理是用可见光和反射红外遥感器进行物体识
19、别和分析的原理是基于物体光谱反射率不同来获得有关目标物信息。基于物体光谱反射率不同来获得有关目标物信息。12-4目前红外探测器所使用的电磁波段，主要有目前红外探测器所使用的电磁波段，主要有 3 35m5m和和8 81 4m1 4m两个波段，对地表常温物体的探测通常使用两个波段，对地表常温物体的探测通常使用8 81 4m1 4m波段。热红外遥感主要探测目标物的辐射特性波段。热红外遥感主要探测目标物的辐射特性（发射率和温度），鉴别出物质材料的类型，评价出各种（发射率和温度），鉴别出物质材料的类型，评价出各种现象根据热辐射特征，现象根据热辐射特征，图图12-512-5显示了用热红外遥感监测水显示了用
20、热红外遥感监测水污染的情况。污染的情况。（2） 热红外遥感技术图图12-5 利用热红外（利用热红外（8.014um）遥感技术监测出河流中的污染源和河流污染状况）遥感技术监测出河流中的污染源和河流污染状况将传统图像维与光谱维信息融为一体，获将传统图像维与光谱维信息融为一体，获取地表空间图像同时，得到每个地物连续光谱取地表空间图像同时，得到每个地物连续光谱信息，实现依据地物光谱特征的地物成份信息信息，实现依据地物光谱特征的地物成份信息反演及地物识别，在污染物监测中发挥主要作反演及地物识别，在污染物监测中发挥主要作用，图用，图12-612-6显示高光谱遥感数据组成。显示高光谱遥感数据组成。（3 3）
21、高光谱遥感技术）高光谱遥感技术AVIRIS 高高 光光 谱谱 遥遥 感感 数数 据据 的的 光光 谱谱 覆覆 盖盖 范范 围围 从从400nm2500nm，有，有224个波段，各波段宽一般在个波段，各波段宽一般在10nm。图图12-6AVIRIS高光谱遥感数据高光谱遥感数据与光学遥感相比，微波遥感特征信号丰富，含与光学遥感相比，微波遥感特征信号丰富，含幅度、相位和极化等多种信息，地球覆盖层穿透能幅度、相位和极化等多种信息，地球覆盖层穿透能力较红外波段强，图力较红外波段强，图12-712-7显示微波遥感数据和根据显示微波遥感数据和根据微波遥感数据生成的数字高层模型。微波遥感数据生成的数字高层模型
22、。（4 4）微波遥感监测技术）微波遥感监测技术雷达遥感影像雷达遥感影像根据雷达遥感数据建立的数字高程模型根据雷达遥感数据建立的数字高程模型图图12-7 雷雷达遥感影像和数字高程模型达遥感影像和数字高程模型绿色卡片绿色卡片：不同地物不同地物的电磁辐射特性的电磁辐射特性遥感技术是根据不同地物具不同的吸收、反射和发射电磁辐射遥感技术是根据不同地物具不同的吸收、反射和发射电磁辐射的能力来识别地物信息的。下图显示主要地物反射光谱曲线。的能力来识别地物信息的。下图显示主要地物反射光谱曲线。图图12-8 不不同物质波长与反射率的关系同物质波长与反射率的关系12.712.7案例研究案例研究1.黄河干流的河水水
23、质监测黄河干流的河水水质监测（1 1）监测断面的布设）监测断面的布设监测断面主要根据前面所述的河流水质监测断面的设置原监测断面主要根据前面所述的河流水质监测断面的设置原则而布设。具体的监测断面如则而布设。具体的监测断面如图图12-712-7所示。所示。监测断面的设置主要包括以下几种情况：监测断面的设置主要包括以下几种情况：主要城市的上游和下游、主要的灌区、排主要城市的上游和下游、主要的灌区、排污口和水口和水库、主、主要支流入干流要支流入干流处 、两省交界、两省交界处 、主要取水口附近、主要取水口附近图图12-9 黄黄河干流水质监测断面的设置河干流水质监测断面的设置如如图图12-1112-11所
24、示，在所示，在1980-1990-20191980-1990-2019年间，河水中氨氮存在显著的上升年间，河水中氨氮存在显著的上升趋势。趋势。如如图图12-1012-10所示，黄河河水中的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总无机所示，黄河河水中的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总无机氮从上游至下游存在增加的趋势。氮从上游至下游存在增加的趋势。（2 2）水质监测结果分析）水质监测结果分析含氮化合物的时空分布特征含氮化合物的时空分布特征根据黄河水利委员会水质监测中心提供的黄河干流根据黄河水利委员会水质监测中心提供的黄河干流19901990和和20192019年的逐月水质监测数据以及国家环保局提供的黄河干年的
25、逐月水质监测数据以及国家环保局提供的黄河干流流19801980的年均水质监测数据。将所有研究站点的数据输入的年均水质监测数据。将所有研究站点的数据输入工作用数据库后，先按工作用数据库后，先按GrubbsGrubbs检验法剔除异常值；然后按检验法剔除异常值；然后按研究需要进行各项统计分析。研究需要进行各项统计分析。图12-10所示，黄河河水中的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总无机氮从上游至下游存在增加的趋势图12-11 在1980-1990-2019年间，河水中氨氮存在显著的上升趋势 遥感可以直接获取地面信息，是监测生态环境的有效方法。遥感可以直接获取地面信息，是监测生态环境的有效方法。该案例利用
26、该案例利用ETM+ETM+遥感数据，提取了广州城市上空大气气溶遥感数据，提取了广州城市上空大气气溶胶分布和城市建筑容积率信息，分析了广州城市建筑对气胶分布和城市建筑容积率信息，分析了广州城市建筑对气溶胶扩散的阻碍作用。溶胶扩散的阻碍作用。 首先是气溶胶信息的提取，气溶胶对波长较短电磁波如兰首先是气溶胶信息的提取，气溶胶对波长较短电磁波如兰光，反射和散射能力强；对波长较长电磁波如近红外电磁光，反射和散射能力强；对波长较长电磁波如近红外电磁波，则较弱，应用这一规律提取广州市大气中气溶胶含量波，则较弱，应用这一规律提取广州市大气中气溶胶含量相对差异信息。相对差异信息。 其次是对建筑容积率信息获取，通
27、过几何光学模型可以反其次是对建筑容积率信息获取，通过几何光学模型可以反演出城市建筑容积率（见图演出城市建筑容积率（见图12-1212-12）。）。2.2.环境遥感监测应用案例环境遥感监测应用案例气溶胶指数空间分布气溶胶指数空间分布建筑容积率空间分布建筑容积率空间分布图图12-12广州城市大气气溶胶指数和建筑容积率空间分布广州城市大气气溶胶指数和建筑容积率空间分布对比分析图对比分析图12-1312-13中两者空间关系，将建筑容积率分中两者空间关系，将建筑容积率分2.8, 2.811.211.2五等级，按五个等级统计区域对应大五等级，按五个等级统计区域对应大气气溶胶指数情况。气气溶胶指数情况。气溶
28、胶指数气溶胶指数图图12-13 12-13 气溶胶指数空间统计气溶胶指数空间统计通通过对广州城市上空大气气溶胶和城市建筑容广州城市上空大气气溶胶和城市建筑容积率率的遥感分析，可以得出以下的遥感分析，可以得出以下结论： 城市建筑的疏密程度和城市上空大气气溶胶的浓度成比较城市建筑的疏密程度和城市上空大气气溶胶的浓度成比较显著的正相关，随着城市建筑容积率的增加，会增大大气显著的正相关，随着城市建筑容积率的增加，会增大大气气溶胶扩散的阻力。气溶胶扩散的阻力。 对广州市具体分析表明，城市建筑容积率等于对广州市具体分析表明，城市建筑容积率等于5.65.6是城市是城市建筑对大气气溶胶扩散影响的一个阈值，城市建筑容积率建筑对大气气溶胶扩散影响的一个阈值，城市建筑容积率小于小于5.65.6，建筑物对气溶胶扩散的阻力较小，大于，建筑物对气溶胶扩散的阻力较小，大于5.65.6后，后，建筑物对气溶胶扩散的阻力会迅速增大。建筑物对气溶胶扩散的阻力会迅速增大。供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)
