環(huán)境樣品水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)方法探究

牛春雷

（伊犁哈薩克自治州伊犁州環(huán)境監(jiān)測(cè)站新疆伊犁835000）

環(huán)境樣品水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)方法探究

牛春雷

（伊犁哈薩克自治州伊犁州環(huán)境監(jiān)測(cè)站新疆伊犁835000）

當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重，因此嚴(yán)重影響了人們生活質(zhì)量。為了滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，做好環(huán)境監(jiān)測(cè)工作尤為必要。環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)保工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性直接影響了政策決議。本文作者根據(jù)自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹了環(huán)境樣品水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)方法，僅供參考。

環(huán)境；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)；合理性；檢驗(yàn)方法

環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作就是環(huán)境監(jiān)測(cè)，環(huán)保部所公布的《檢測(cè)轉(zhuǎn)型綱要》[1]中明確規(guī)定，重視環(huán)境監(jiān)測(cè)，將環(huán)境監(jiān)測(cè)的能力提升，保證環(huán)境檢測(cè)提供準(zhǔn)確信息服務(wù)于環(huán)境決策和管理。由此得知，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)直接影響到環(huán)保部門的決策。如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性無(wú)法得到保證，則容易導(dǎo)致環(huán)保部門決策上的重大失誤，直接對(duì)人們的身心健康造成影響甚至引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)保工作的核心環(huán)節(jié)。

1 水質(zhì)指標(biāo)間關(guān)系檢驗(yàn)方法

1.1 水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系檢驗(yàn)方法建立

1.1.1 水質(zhì)指標(biāo)物質(zhì)組成關(guān)系檢驗(yàn)

對(duì)環(huán)境樣品水質(zhì)指標(biāo)的表示可以采用一種或多種組合物質(zhì)的濃度來(lái)完成，而這些物質(zhì)即就是所謂的“水質(zhì)指標(biāo)代表物”。也正因?yàn)槿绱耍|(zhì)指標(biāo)代表物從某種程度上來(lái)說(shuō)就是多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)代表物質(zhì)共同構(gòu)成的。本研究中，把這種水質(zhì)指標(biāo)物質(zhì)構(gòu)成上存在構(gòu)成關(guān)系的水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系稱之為水質(zhì)指標(biāo)物質(zhì)組成關(guān)系分析。在驗(yàn)證該水質(zhì)指標(biāo)物質(zhì)構(gòu)成關(guān)系分析方式結(jié)果的時(shí)候，理應(yīng)對(duì)實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行充分應(yīng)用，以此來(lái)保證驗(yàn)證的有效性、準(zhǔn)確性。

1.2 無(wú)機(jī)水質(zhì)指標(biāo)間關(guān)系檢驗(yàn)

1.2.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)（污染物）間的基本關(guān)系

自然界水體中的成分組成相當(dāng)復(fù)雜，而人類活動(dòng)的頻繁導(dǎo)致了其復(fù)雜程度進(jìn)一步加深。然而水體中的不同組成成分之間的關(guān)系千絲萬(wàn)縷，甚至部分成分之間還有著密切的聯(lián)系，并具有較強(qiáng)的規(guī)律性。水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)合理性的判斷，例如，（1）鹽分離子和礦化度以及總硬度之間的關(guān)系。礦化度是水中所有可溶性鹽分的總和（不包括極少數(shù)量因測(cè)試加熱而損失的-HCO3），而氯化物、硫酸鹽只是其中的主要成分之一，所以，針對(duì)同一水樣，必須符合礦化度大于氯化物與硫酸鹽總和的關(guān)系。如果監(jiān)測(cè)的結(jié)果與此關(guān)系違背，則表示數(shù)據(jù)存在一定錯(cuò)誤。（2）對(duì)水中鎂、鈣鹽分含量反映的綜合性的指標(biāo)，我們稱之為總硬度。因?yàn)殁}鎂鹽都是組成礦化度的成分，通常情況下需要符合總硬度小于礦化度的關(guān)系，不然監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不夠合理。（3）無(wú)機(jī)氮與有機(jī)氮的總和構(gòu)成了水體中的氮總含量。氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮構(gòu)成了無(wú)機(jī)氮，所以總氮會(huì)大于三氮的總和。

1.2.2 有機(jī)水質(zhì)指標(biāo)間關(guān)系檢驗(yàn)

環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，我們一般用三氧指標(biāo)來(lái)反映水體中的有機(jī)污染程度，例如五日生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量（CODcr）、高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）等。由于在進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中使用的氧化劑的強(qiáng)度不一樣，三者所反應(yīng)出來(lái)的污染成分也不相同。五日生化需氧量反映的是水中能被微生物氧化分解的有機(jī)物質(zhì)的污染程度，化學(xué)需氧量反映的是水中受到還原性物質(zhì)污染的程度，高錳酸鹽指數(shù)反映的是水中部分還原性無(wú)機(jī)物以及有機(jī)物污染的程度。所以這這三者之間的關(guān)系應(yīng)該是CODmn+BOD5＜CODcr。

1.2.3 水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)關(guān)系檢驗(yàn)

從整體上來(lái)看，雖然部分水質(zhì)指標(biāo)之間在理化定性上并不存在顯著的關(guān)系，

但這類指標(biāo)之間的數(shù)值定性關(guān)系和相關(guān)研究區(qū)域的污染特征有著緊密聯(lián)系，水體對(duì)象之間也存在巨大變化，因此要分別分析每一對(duì)象。然而，針對(duì)那些沒(méi)有明顯理化定性關(guān)系的指標(biāo)，則可以通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其定性關(guān)系的分析。具體來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行制定時(shí)應(yīng)該以統(tǒng)計(jì)分析的起止時(shí)段為準(zhǔn)，進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)以及參與水質(zhì)指標(biāo)間定性分析的對(duì)象之間的定性關(guān)系分析的水質(zhì)指標(biāo)，隨后再分別對(duì)制定時(shí)段范圍內(nèi)的研究對(duì)象的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而獲得水質(zhì)指標(biāo)間的定性關(guān)系，由此得出（＞，＞=，＜，＞=）。

在檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系時(shí)，分析方法為水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系，并充分結(jié)合參與檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)際濃度值，由此來(lái)得出相應(yīng)檢驗(yàn)對(duì)象的水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系，然后對(duì)該定性關(guān)系進(jìn)行分析，驗(yàn)證其定性關(guān)系的正確性。當(dāng)然，倘若該定性關(guān)系與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中所制定的水質(zhì)堅(jiān)定性關(guān)系相符合的話，那么該研究對(duì)象的水質(zhì)指標(biāo)即具有科學(xué)性、合理性。反之則不合理。在不合理數(shù)據(jù)發(fā)出預(yù)警后，由人工對(duì)數(shù)據(jù)的最終合理性予以確定。

1.3 水質(zhì)指標(biāo)間定量關(guān)系檢驗(yàn)方法建立

具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)變化趨勢(shì)大致相同時(shí)，若我們檢驗(yàn)上述數(shù)據(jù)還是采用水質(zhì)指標(biāo)間定性關(guān)系檢驗(yàn)方法，勢(shì)必就無(wú)法及時(shí)察覺(jué)數(shù)據(jù)異常。對(duì)于這樣的狀況，我們首先要做的就是對(duì)檢驗(yàn)的方法進(jìn)行改進(jìn)，通?？梢杂盟|(zhì)指標(biāo)間定量關(guān)系檢驗(yàn)方法來(lái)對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的具體濃度值進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.3.1 水質(zhì)指標(biāo)臨界值定量關(guān)系檢驗(yàn)

就相互之間的關(guān)系及規(guī)律來(lái)說(shuō)，水體中的各個(gè)組成成分之間在定性與定量上均存在著一種特定的關(guān)系、規(guī)律，且部分水質(zhì)指標(biāo)還存在定量上的臨界值。以DO濃度值的變化為例，具體來(lái)說(shuō)：一是當(dāng)水體受有機(jī)物、還原物質(zhì)污染的時(shí)候，基于化學(xué)作用，DO的含量即會(huì)較低，那么DO則小于OS（飽和溶解氧）；二是在純凈的地表水與大氣處在平衡狀態(tài)的時(shí)候，其中存在的DO即會(huì)與當(dāng)時(shí)溫度下的OS（飽和溶解氧）相近；三是當(dāng)水體中的水生植物較多，且不受任何污染的情況下，在光合作用的基礎(chǔ)上呼出氧氣，那么DO則大于OS（飽和溶解氧）。然而，就目前我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，大多數(shù)水體都受到了不同程度的污染，所以一般情況下DO是小于OS的。

一般來(lái)說(shuō)，水質(zhì)指標(biāo)臨界值定量關(guān)系只有通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在驗(yàn)證了其正確性的基礎(chǔ)上，其在水質(zhì)指標(biāo)臨界值定量關(guān)系檢驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)性作用才能夠得以充分體現(xiàn)。針對(duì)水質(zhì)指標(biāo)臨界值定量關(guān)系來(lái)說(shuō)，在實(shí)際的檢驗(yàn)過(guò)程中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)即在于將檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)濃度值與水質(zhì)指標(biāo)臨界值進(jìn)行比較。如果檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)濃度值與水質(zhì)指標(biāo)臨界值的定量關(guān)系是相符合的，那么相關(guān)的數(shù)據(jù)即具有合理性。

1.3.2 水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系檢驗(yàn)

在實(shí)際的水質(zhì)指標(biāo)定性關(guān)系檢驗(yàn)中，水質(zhì)指標(biāo)NO2-N、NO3-N以及NH3N儼然是TN組成中的重要組成部分，所以針對(duì)組成物質(zhì)較穩(wěn)定的水體來(lái)說(shuō)，以上三種必然是TN中含量最為穩(wěn)定的水質(zhì)指標(biāo)。也正因?yàn)槿绱?，這三種水質(zhì)指標(biāo)可能與TN之間存在著某一種定量關(guān)系的表達(dá)式。

一般來(lái)說(shuō)，我們?cè)谘芯克|(zhì)指標(biāo)間定量關(guān)系表達(dá)式的過(guò)程中基本上都采用了多元回歸或一元回歸的分析方法，以得出水質(zhì)指標(biāo)間的定量關(guān)系表達(dá)式，即y=a。十a(chǎn)1x+a2x+….+anXn。與此同時(shí)，在多元回歸分析的實(shí)施過(guò)程中，逐步回歸的方法是最常用的，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)回歸方程中水質(zhì)指標(biāo)的科學(xué)篩選。

這里需要注意的是，擬合得到的水質(zhì)指標(biāo)間的定量關(guān)系表達(dá)式務(wù)必通過(guò)回歸方程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)重與顯著性檢驗(yàn)。只有通過(guò)了驗(yàn)證，并且具有較高正確性的水質(zhì)指標(biāo)定量關(guān)系式，才能夠作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系。同時(shí)，在檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系的時(shí)候，首先要做的就是對(duì)水質(zhì)指標(biāo)時(shí)段內(nèi)的數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行分析檢驗(yàn)，并且嚴(yán)格依據(jù)擬合效果來(lái)得出ε（合理誤差的最大值）。之后，再將定量關(guān)系式計(jì)算得出的計(jì)算值C與實(shí)測(cè)濃度值C0進(jìn)行比較，如果，那么該檢驗(yàn)數(shù)據(jù)則具有合理性。相反，倘若，那么該檢驗(yàn)數(shù)據(jù)則不合理。另外，因分析時(shí)段的不同，水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系表達(dá)式也會(huì)相應(yīng)的存在一定差異，如果在多次進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系檢驗(yàn)的過(guò)程中，所針對(duì)的是同一對(duì)象，那么大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)即會(huì)發(fā)出異常警報(bào)，此時(shí)就需要我們對(duì)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值統(tǒng)計(jì)定量關(guān)系表達(dá)式的正確性進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，已達(dá)到最佳效果。

2 水質(zhì)指標(biāo)時(shí)間關(guān)系檢驗(yàn)方法

從整體上來(lái)看，水文要素、降雨特征以及水體周邊的產(chǎn)業(yè)布局情況等是影響水質(zhì)指標(biāo)濃度值的主要因素。其中的水溫要素及降雨特征只有在特定環(huán)境下（比如時(shí)間的變化過(guò)程中）才會(huì)具有規(guī)律性。反觀周圍產(chǎn)業(yè)布局相對(duì)穩(wěn)定的水體，其水質(zhì)指標(biāo)濃度也需要在特定的環(huán)境下（比如時(shí)間的變化過(guò)程中）才會(huì)存在一定的規(guī)律性。

2.1 年際水質(zhì)指標(biāo)濃度變化關(guān)系檢驗(yàn)

具體來(lái)說(shuō)，年際水質(zhì)指標(biāo)濃度變化關(guān)系的檢驗(yàn)主要包含了兩大部分，即年際水質(zhì)指標(biāo)濃度均值的變化檢驗(yàn)和歷年同一時(shí)段水質(zhì)指標(biāo)濃度均值的變化檢驗(yàn)。這里需要注意的是，歷年同一時(shí)段水質(zhì)指標(biāo)濃度均值變化的檢驗(yàn)是在指定的年份范圍內(nèi)，以年際變化趨勢(shì)圖的方式來(lái)對(duì)當(dāng)前檢驗(yàn)的水質(zhì)指標(biāo)指定月份的均值與逐年指定月份的濃度均值進(jìn)行表達(dá)，從而依據(jù)當(dāng)前檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)的濃度與歷年變化的趨勢(shì)來(lái)對(duì)當(dāng)前檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)時(shí)段那個(gè)均值的異常與否進(jìn)行正確判斷。毫無(wú)疑問(wèn)，這樣的檢驗(yàn)方法是一種半人工的自動(dòng)化檢驗(yàn)，在實(shí)際的檢驗(yàn)過(guò)程中必須充分結(jié)合水質(zhì)指標(biāo)的化學(xué)特征以及研究區(qū)域的污染特征等因素，并且要正確認(rèn)識(shí)該檢驗(yàn)方法的適用范圍（只能應(yīng)用于對(duì)月均值的檢驗(yàn)上）。

2.2 年內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)濃度變化關(guān)系檢驗(yàn)

2.2.1 定性關(guān)系檢驗(yàn)

針對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的濃度來(lái)說(shuō)，其在相鄰時(shí)段的濃度變化定性檢驗(yàn)過(guò)程中，我們需要重視的是對(duì)檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)理念數(shù)據(jù)的深入分析，以此來(lái)得一種定性關(guān)系，即歷年的相鄰時(shí)段始終都保持一致。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前檢驗(yàn)指標(biāo)檢驗(yàn)時(shí)段內(nèi)的實(shí)測(cè)濃度值來(lái)說(shuō)，還應(yīng)該深入分析相鄰時(shí)段的變化定性關(guān)系，然后將所的結(jié)果與歷年相鄰階段的定性關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，若兩者變化關(guān)系一致，所得數(shù)據(jù)即正確，相反則數(shù)據(jù)異常。

2.2.2 定量關(guān)系檢驗(yàn)

從整體上來(lái)看水質(zhì)指標(biāo)在變化上是存在一定差異的。站在變化幅度的角度來(lái)看，部分水質(zhì)指標(biāo)在時(shí)段變化上是巨大的，當(dāng)然也有變化幅度較小的水質(zhì)指標(biāo)存在?；诖?，對(duì)于該類監(jiān)測(cè)指標(biāo)時(shí)間關(guān)系的檢驗(yàn)，我們即可采用水質(zhì)指標(biāo)濃度相鄰時(shí)段變化的定量關(guān)系檢驗(yàn)方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在相鄰時(shí)段定量關(guān)系的檢驗(yàn)中，水質(zhì)指標(biāo)的濃度實(shí)質(zhì)上就是水質(zhì)指標(biāo)在相鄰時(shí)段的濃度變幅檢驗(yàn)。

3 組合檢驗(yàn)方法

從整體上來(lái)看，組合檢驗(yàn)的方法主要包含了水質(zhì)指標(biāo)間關(guān)系檢驗(yàn)、水質(zhì)指標(biāo)空間關(guān)系檢驗(yàn)、水質(zhì)指標(biāo)時(shí)間關(guān)系檢驗(yàn)等方法。當(dāng)然，上述的檢驗(yàn)方法均是從水之關(guān)系的某一個(gè)方面來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果我們僅僅采用一種方法來(lái)進(jìn)行單一的檢驗(yàn)，那么相應(yīng)的檢驗(yàn)結(jié)果無(wú)疑就會(huì)缺乏全面性。因此，為了進(jìn)一步提高水質(zhì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的全面性，達(dá)到嚴(yán)格管理的目的，我們就必須在綜合利用多種檢驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位檢驗(yàn)。這里需要注意的是，無(wú)論是任何一種檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)處的異常數(shù)據(jù)，其是否具有合理性，最終都應(yīng)該由人工的方式來(lái)確定。

在對(duì)環(huán)境水質(zhì)樣品進(jìn)行分析的時(shí)候，必須以實(shí)際的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。由于檢測(cè)項(xiàng)目之間通常都存在一定聯(lián)系、一定規(guī)律，所以在推斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性或者是處理日常檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們即可以將其作為評(píng)論數(shù)據(jù)可靠性、合理性的重要依據(jù)。

[1]汪天祥.水質(zhì)動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究[D].大連理工大學(xué), 2012.

[2]劉皓宇.環(huán)境水質(zhì)樣品監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)及相關(guān)性研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2015,13：154-155.

牛春雷(1965—)，男，甘肅，本科，工程師，主要研究方向：長(zhǎng)期從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理工作。