地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)取水點(diǎn)代表性探討

福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 黃志強(qiáng) 黃哲強(qiáng) 張 鑫

水樣的代表性是地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。長(zhǎng)期以來(lái)各地開展定點(diǎn)定時(shí)的水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)都是手工采樣的監(jiān)測(cè)（以下簡(jiǎn)稱手工監(jiān)測(cè)），隨著自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，水質(zhì)自動(dòng)采樣監(jiān)測(cè)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)監(jiān)測(cè)）的應(yīng)用也獲得較快的推進(jìn)，其具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、頻次高、人為干擾少等優(yōu)勢(shì)[1]。手工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇對(duì)水文條件的要求是一致的，但在實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的條件方面卻不同，手工監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)受交通條件的制約，自動(dòng)監(jiān)測(cè)除交通條件外，還必須有供電、通信網(wǎng)絡(luò)等條件，手工監(jiān)測(cè)要依河流斷面寬度和水深采不同泓線和深度的水樣，而自動(dòng)監(jiān)測(cè)一般只采近岸的水樣。由于手工監(jiān)測(cè)在先，為配合手工監(jiān)測(cè)而建設(shè)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站（以下簡(jiǎn)稱水站）的選址難免出現(xiàn)與手工斷面不一致的情況，而且水站取水點(diǎn)與斷面水質(zhì)也不會(huì)完全一致。

本文通過(guò)對(duì)福建省早期在九龍江北溪建設(shè)的五個(gè)水站的回顧性評(píng)價(jià)，探討水站選址的符合性注意細(xì)節(jié)及采水點(diǎn)水質(zhì)代表性的方法，以期在新的水站建設(shè)中保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性。

1 九龍江北溪5個(gè)水站地理位置及基本情況

本文選取的五個(gè)水站自上游至下游依次為龍巖雁石橋、漳平頂坊、華安西陂、北溪浦南、長(zhǎng)泰洛濱站點(diǎn)。龍巖雁石橋水站及對(duì)應(yīng)手工斷面均處于自然河道上，如圖1-a所示。該水站在其手工斷面上游約1km處，中間沒有別的污染源和支流進(jìn)入，而該水站上游百米處有水電站的出水口。

漳平頂坊水站處于自然河道上，但對(duì)應(yīng)手工斷面在其上游約2km處合溪電站的壩前，屬于庫(kù)區(qū)。兩岸都為山地，沒有支流及別的污染源進(jìn)入，如圖1-b所示。

華安西陂水站取水點(diǎn)斷面與其手工斷面重合，位于西陂水電站庫(kù)區(qū)中段，上一梯級(jí)電站為小杞電站，與西陂電站尾水基本相接，水域周邊以丘陵山脈為主，沒有支流及別的污染源進(jìn)入，如圖1-c所示。

北溪浦南水站取水點(diǎn)斷面與其手工斷面重合，上游1km兩岸村莊的生活廢水等主要通過(guò)各排澇溝排入北溪；上游3～4km為豐山工業(yè)區(qū)，如圖1-d所示。

長(zhǎng)泰洛濱水站位于對(duì)應(yīng)手工斷面下游約300m，手工斷面上游為縣城及興泰工業(yè)區(qū)，縣城生活廢水進(jìn)入西區(qū)污水廠處理后經(jīng)珠浦排洪閘（手工斷面上游800m）進(jìn)入水體，興泰工業(yè)區(qū)廢水經(jīng)東區(qū)污水處理廠處理后進(jìn)入石崗排澇渠（手工斷面上游4～5km）后流入水體，上游3～4km處有造紙（再生）企業(yè)處理后的廢水進(jìn)入水體，上游100m處還有古農(nóng)農(nóng)場(chǎng)的生活生產(chǎn)廢水主要通過(guò)古農(nóng)高排渠進(jìn)入水體。下游內(nèi)沿岸主要為村莊和農(nóng)田，1.5km后匯入九龍江北溪干流。長(zhǎng)泰洛濱水站地理位置圖詳見圖1-e。

圖1 各站點(diǎn)以及相應(yīng)常規(guī)采樣斷面地理位置示意圖

2 研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇：環(huán)境管理主要考核項(xiàng)目、在環(huán)境中易波動(dòng)的項(xiàng)目，采用手工監(jiān)測(cè)方法，具體項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法見表1。

表1 評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

各水站的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是在水站上、下游河段一定范圍內(nèi)選擇。我們分別在各水站取水點(diǎn)處設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，并在取水?dāng)嗝嫣?、取水?dāng)嗝嫔嫌?00m （龍巖雁石橋站點(diǎn)由于地理環(huán)境限制，設(shè)在取水?dāng)嗝嫔嫌?0m）處、下游100m處以及對(duì)應(yīng)手工斷面處依河段寬度和水深按《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91-2002）分別設(shè)置采樣點(diǎn)，為保證評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)量，個(gè)別站位適當(dāng)加密。

各站點(diǎn)于枯水期（2014年1月～2月）及豐水期（2014年8月）分別連續(xù)監(jiān)測(cè)三天，每天監(jiān)測(cè)一次。

2.2 評(píng)價(jià)分析方法

以所選監(jiān)測(cè)斷面平均值（或采樣點(diǎn)所在斷面平均值）為參照，計(jì)算相對(duì)誤差，大于 10%為超標(biāo)[2]，并統(tǒng)計(jì)超標(biāo)的個(gè)數(shù)比例評(píng)價(jià)代表性。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

3.1 取水點(diǎn)代表性監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

代表性評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析形成相對(duì)誤差分布圖，詳見圖2~圖6。

圖2 龍巖雁石橋站點(diǎn)誤差匯總圖

圖3 漳平頂坊站點(diǎn)誤差匯總圖

圖4 華安西陂站點(diǎn)誤差匯總圖

圖5 北溪浦南站點(diǎn)誤差分布圖

圖6 長(zhǎng)泰洛濱站點(diǎn)誤差匯總圖

由各水站相對(duì)誤差分布圖（圖2~圖6）分析：

（1）龍巖雁石橋水站取水點(diǎn)與其斷面平均水質(zhì)相對(duì)誤差在-10%～10%范圍內(nèi)的個(gè)數(shù)比例為100%，其余4個(gè)站點(diǎn)也都在80%以上，表明各水站取水點(diǎn)水質(zhì)能較好地代表其斷面的平均水質(zhì)。

（2）除華安西陂水站取水點(diǎn)與周邊水域平均水質(zhì)相對(duì)誤差在-10%～10%范圍內(nèi)的個(gè)數(shù)比例小于80%外，其余4個(gè)水站都在80%以上，表明龍巖雁石橋、漳平頂坊、北溪浦南、長(zhǎng)泰洛濱4個(gè)水站各自取水點(diǎn)水質(zhì)能大致代表周邊水域平均水質(zhì)。

華安西陂水站取水點(diǎn)水質(zhì)較其周邊水域的平均水質(zhì)好，而且存在較大差別，不能完全代表周邊水域的平均水質(zhì)。通過(guò)分析，主要原因：一是該區(qū)域水體均勻性差，存在分層現(xiàn)象，中下層的水質(zhì)較渾濁，而水站取水點(diǎn)處于上層（水面下0.5m），水質(zhì)較清澈；二是由于采樣前數(shù)天大量降雨，導(dǎo)致水質(zhì)懸浮物增加，加劇了水體分層的濃度差異。該河段水質(zhì)分布表明，若將該水站取水點(diǎn)往河中央移動(dòng)并增加取水深度，能更好地代表其周邊水域的平均水質(zhì)。

（3）水站取水點(diǎn)出現(xiàn)相對(duì)誤差超±10%的項(xiàng)目主要是氨氮和總磷，氨氮以正超差為主，總磷以負(fù)超差為主。有研究表明，流動(dòng)河道中氨氮含量大小與懸浮物沒有明顯相關(guān)性[3]，本研究表明，河道近岸的氨氮濃度會(huì)大一些；總磷負(fù)超差與總磷在河道中分布有關(guān)，特別是受懸浮物吸附沉淀的影響[4]。水站取水點(diǎn)多數(shù)是近岸，且采的是表層水樣，而河道中、下層懸浮物高，相對(duì)的總磷含量也高些。

3.2 水站取水點(diǎn)與手工監(jiān)測(cè)斷面比較分析

由于西陂站和浦南站自動(dòng)監(jiān)測(cè)取水點(diǎn)與手工監(jiān)測(cè)在同一斷面，其結(jié)果與上文斷面評(píng)價(jià)相同。

研究表明，龍巖雁石橋、漳平頂坊、長(zhǎng)泰洛濱3個(gè)水站取水點(diǎn)水質(zhì)與各自站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的手工常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面平均水質(zhì)不一致，不能代表手工常規(guī)斷面的平均水質(zhì)。具體分析如下：

3.2.1 龍巖雁石橋站點(diǎn)。水站取水點(diǎn)與手工斷面各項(xiàng)目平均水質(zhì)相對(duì)誤差都有超過(guò)控制誤差值，枯水季節(jié)尤為明顯，主要分布在高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮和總氮項(xiàng)目，其中枯水期超差比例較多。表明該站點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的手工斷面平均水質(zhì)存在明顯差別，不能代表手工斷面的水質(zhì)。

產(chǎn)生這種差別主要是由于該水站上游100m為水電站出水口，水流湍急，而且水電站出水都是中下層水。而手工段面在該水站下游約1km處，水體流態(tài)穩(wěn)定，水質(zhì)懸浮物減少，干擾測(cè)定的因素減少，溶解氧也恢復(fù)。

3.2.2 漳平頂坊站點(diǎn)。水站取水點(diǎn)與手工斷面平均水質(zhì)相對(duì)誤差超過(guò)控制誤差限值的現(xiàn)象主要在豐水期，而且都是負(fù)超差。

由于頂坊手工常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面位于合溪水電站壩前，漳平頂坊水站在其下游約2km處，被水電站大壩攔截的水體放水流動(dòng)至下游約2km的漳平頂坊水站處，水質(zhì)得到很大的改善?？梢娝救∷c(diǎn)水質(zhì)受水電站是否發(fā)電放水影響，水站取水點(diǎn)應(yīng)避開水電站的大壩，如果距離較近，設(shè)在壩前或壩后都不合適。

3.2.3 長(zhǎng)泰洛濱站點(diǎn)。水站取水點(diǎn)與手工斷面平均水質(zhì)相對(duì)誤差超過(guò)控制誤差限值的現(xiàn)象發(fā)生在氨氮和總磷項(xiàng)目上，而且以負(fù)超差為主，無(wú)豐、枯水期區(qū)別。

長(zhǎng)泰洛濱手工常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)受上游近距離匯入的廢水影響，主要是農(nóng)場(chǎng)生活生產(chǎn)廢水和污水廠處理后廢水（詳見圖1-e），而且這兩股廢水的量都比較大，故水質(zhì)較差。長(zhǎng)泰洛濱水站取水點(diǎn)雖然位于手工常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面下游約 300m處，距離不遠(yuǎn)，但是水體經(jīng)流動(dòng)混合，水質(zhì)比上游的手工常規(guī)斷面還是發(fā)生了一定程度的好轉(zhuǎn)。因此，水站取水點(diǎn)應(yīng)避開廢水污染源，距離以足夠遠(yuǎn)為宜。

4 結(jié)論與建議

4.1 代表性是水質(zhì)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵要求之一，研究表明，在不同形式河道上水站取水點(diǎn)的斷面代表性都有較好的一致性，但相對(duì)于其上下游一定范圍的河段，代表性可能下降。當(dāng)水站選址確定后，為了取得代表水樣，應(yīng)當(dāng)做河段代表性分析，從中選擇較好的取水點(diǎn)。

4.2 河流水體不均勻性是客觀存在的，福建河網(wǎng)中上游段有大量的水電站，減緩了水流速度，滯留了下層水體，使水質(zhì)發(fā)生變化。當(dāng)前普遍選用的取水點(diǎn)設(shè)在表層0.5～1m范圍內(nèi)，主觀上強(qiáng)調(diào)了形式的一致性，但限制了水樣的代表性。為實(shí)現(xiàn)較好的代表性，除了避免河床對(duì)水質(zhì)影響而將選擇向中線靠近外，建議結(jié)合斷面評(píng)價(jià)，選擇具有代表性的采水深度。也可以設(shè)計(jì)多層分配采水裝置，以滿足水樣的代表性。

4.3 在評(píng)價(jià)項(xiàng)目的選擇上，如果該項(xiàng)目濃度在河流上基本穩(wěn)定不變（如電導(dǎo)率），則隨意選擇取水點(diǎn)也不影響，對(duì)評(píng)價(jià)沒起到作用。所以必須選擇性質(zhì)不穩(wěn)定、濃度可能波動(dòng)的項(xiàng)目，本研究表明，氨氮、總磷是主要考慮的項(xiàng)目，其次是高錳酸鹽指數(shù)和總氮。

4.4 為了保持手工常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)信息的延續(xù)性，對(duì)應(yīng)的水站選址就盡可能與常規(guī)斷面一致。如果水站建設(shè)受限于電源、網(wǎng)絡(luò)通訊，通過(guò)增加投資還是可能解決的，但遇到水電站或水電站庫(kù)區(qū)，要注意：一是如果常規(guī)斷面在水電站出水下游方向，水站不宜在水電站出水近處，至少要在1km以外設(shè)站；二是如果常規(guī)斷面在水電站庫(kù)區(qū)壩內(nèi)，水站選址不宜在壩下，即便水流已經(jīng)平穩(wěn)，但水質(zhì)已經(jīng)不同。

4.5 對(duì)應(yīng)于常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面建設(shè)的水站，目的是為了保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一致性和歷史延續(xù)性，并加強(qiáng)適時(shí)監(jiān)控的功能。在常規(guī)斷面受排污口影響的情況下，水站選址采取避開排污口的形式已使其站位性質(zhì)產(chǎn)生了變化。建議還是與常規(guī)斷面靠近，尋求或推動(dòng)當(dāng)?shù)卣卫砦鬯_(dá)到監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)控污染的目的。

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[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境保護(hù)部發(fā)布.地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）[A]

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