近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)范化研究

劉 方，丁 頁，李俊龍，李 曌，劉喜惠，陳 平，張鈴松

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

2.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012

近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)范化研究

劉 方1，丁 頁1，李俊龍1，李 曌1，劉喜惠1，陳 平1，張鈴松2

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

2.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012

為規(guī)范近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測，基于近岸海域水質(zhì)監(jiān)測要求和質(zhì)控要求、近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)特點和近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測運行的經(jīng)驗，開展了近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)范化研究，編制了《近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ 731—2014)，規(guī)范了近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設、設備選擇、系統(tǒng)驗收、日常管理、維護和校準、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)有效性和上報、監(jiān)測報告等方面的工作。有利于在標準方法基礎上，使中國近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、可靠、可比，有利于近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在日常監(jiān)測中更好地發(fā)揮作用。

近岸海域；水質(zhì)；自動監(jiān)測；規(guī)范

近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在中國的近岸海域水質(zhì)監(jiān)測中得到越來越多的應用，近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測已經(jīng)進入標準化階段。

通過總結近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行經(jīng)驗，編制了《近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ 731—2014)，提出了近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測建設、驗收、運行、質(zhì)控、數(shù)據(jù)上報、報告等方面的標準化要求，在保證近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測符合近岸海域水質(zhì)監(jiān)測的要求下，實現(xiàn)近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的有效運行。

1 近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測發(fā)展

1.1 國外近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術

近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術是在海洋科學傳統(tǒng)監(jiān)測技術基礎上發(fā)展起來的新技術，現(xiàn)已發(fā)展到較高水平[1-6]，溫度、pH、電導率、溶解氧等項目的測量范圍和精度方面都已符合近岸海域水質(zhì)監(jiān)測的技術要求[7-9]，20世紀90年代進入實用階段。海水中硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫化氫、部分金屬離子、VOCs等項目檢測器達到海水水質(zhì)自動監(jiān)測的要求[10-12]，與海洋浮標等技術結合，可實現(xiàn)海水水質(zhì)實時自動監(jiān)測的需求。目前近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術應用于海洋中營養(yǎng)鹽濃度的連續(xù)變化、赤潮爆發(fā)、海流影響等方面的研究，都取得了一定的成果[13-18]。

美國和歐洲一些國家在水質(zhì)和近岸海域水質(zhì)監(jiān)測方面開展的研究較早，在標準化研究方面，除了結合本國實際情況以監(jiān)測指南、操作程序或工作手冊等形式對監(jiān)測進行規(guī)范化管理之外，也有針對設備性能開展測試的標準程序等。美國在20世紀50年代開始進行水質(zhì)監(jiān)測，20世紀90年代開展水質(zhì)自動監(jiān)測，1998年開始利用地表水的自動監(jiān)測進行水質(zhì)監(jiān)測與評價[19]。在美國的海洋環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測計劃中，部分溶解氧、電導率、密度、飽和溶解氧、鹽度和溫度數(shù)據(jù)均采用自動監(jiān)測方法獲得[20]。2000年制定了水質(zhì)自動監(jiān)測相關指南和標準程序等[21-22]。北歐和西歐15國簽署奧斯陸-巴黎協(xié)議[23]，歐盟理事會和歐洲議會簽署《歐盟水質(zhì)框架指令》[24]，包括了河口和近岸海域等方面的監(jiān)測內(nèi)容?！稓W盟水質(zhì)框架指令》相關各國編制本國的相關法律來規(guī)定和安排監(jiān)測計劃，系統(tǒng)開展海洋環(huán)境監(jiān)測(如法國建立了地中海水資源管理辦法[25])。在自動監(jiān)測方面，英國制定了《連續(xù)水監(jiān)測設備性能標準和測試程序》[26]等。

1.2 中國近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測現(xiàn)狀

從20世紀90年代后期起，中國開展了海洋自動監(jiān)測系統(tǒng)相關研究[27-32]，國外自動監(jiān)測設備廠商為中國提供近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)設備，為開展自動監(jiān)測和連續(xù)監(jiān)測提供了便利條件，推動了中國近岸海域環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測自動化的發(fā)展。

中國于20世紀70年代開展近岸海域環(huán)境監(jiān)測，從20世紀90年代開始實施有計劃的海水水質(zhì)監(jiān)測，從2000年起向社會發(fā)布公報[33-36]。中國海水水質(zhì)監(jiān)測主要依據(jù)相關標準和規(guī)范[37-40]，采用人工采樣-實驗室分析的監(jiān)測方法。鑒于氣象條件、監(jiān)測方法、監(jiān)測周期等條件限制，監(jiān)測的頻次較低，不能滿足重污染區(qū)域、環(huán)境敏感區(qū)較高頻次監(jiān)測或連續(xù)監(jiān)測的需求。為此，相關單位開展了近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測研究[41-43]，已有幾十個水質(zhì)自動監(jiān)測浮標投放到近岸海域中。相關單位在近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測點位布設、應用、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制等方面開展了研究[44-49]，也開展了水質(zhì)自動監(jiān)測的標準化和規(guī)范化工作[50-53]，使近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)進入到實際應用階段，未來將在近岸海域預警監(jiān)測方面發(fā)揮作用[54]。

2 近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)范化研究解決的問題

在近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設、運行過程中，規(guī)范化管理體系的建設成為亟待解決的問題。工作要求不統(tǒng)一、管理體系不完善、程序要求不規(guī)范等問題直接影響了近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測的質(zhì)量和作用。結合已有實踐經(jīng)驗和規(guī)范化研究成果[55-59]，按照近岸海域水質(zhì)監(jiān)測的要求，研究擬解決以下問題：

1)提出近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設和工作要求，包括自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設內(nèi)容、點位選擇、設備技術指標、系統(tǒng)驗收和運行制度；

2)提出日常管理的設備運行、維護和校準、工作程序和方法要求等；

3)建立質(zhì)量保證和質(zhì)量控制管理體系；

4)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集頻次、有效性和上報格式；

5)規(guī)范運行操作記錄內(nèi)容和記錄表格，提出相關報告編制等要求和技術檔案保存要求。

3 近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)范化研究內(nèi)容

3.1 總體思路

總結自動監(jiān)測系統(tǒng)建設經(jīng)驗，建設近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術體系需解決前期工作需求分析不足、對系統(tǒng)認識不充分、運行無章可循、質(zhì)控不成體系等問題[60]。規(guī)范化研究以近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測設備的現(xiàn)有技術水平為基礎，按照近岸海域水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的一般要求，結合近岸海域自動監(jiān)測的特點，從自動站設備配置與設備選擇、系統(tǒng)建設(包括站位布設)與驗收、管理制度建立、日常運行和數(shù)據(jù)上報及報告、質(zhì)量控制5個方面，規(guī)范近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測工作，形成近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測的標準化程序。

3.2 工作特點分析

近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測的基本要求包括監(jiān)測的點位布設、項目、方法、頻次、質(zhì)量保證、數(shù)據(jù)上報、報告編制等所有涉及水質(zhì)監(jiān)測工作的規(guī)范化制度要求和技術要求。

近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測特點：作為連續(xù)監(jiān)測設備，建設時涉及必要性分析、監(jiān)測指標選擇、設備驗收、制度建立等工作；作為一種監(jiān)測手段，涉及設備的校準、維護、質(zhì)控、數(shù)據(jù)上報和監(jiān)測報告等；從監(jiān)測方法角度，屬于集成的多項目連續(xù)自動監(jiān)測手段。運行特點是海上有測試部分(浮標子站)，陸域有中心控制與數(shù)據(jù)接收端、技術支持實驗室和質(zhì)控實驗室等，管理涉及海、陸2方面的4個組成部分；測試部分長期在海上運行，設備穩(wěn)定性和維護的要求高，運維和質(zhì)控需適合其特點。

3.3 自動監(jiān)測系統(tǒng)建設

在自動監(jiān)測系統(tǒng)建設前，應開展需求分析和可行性分析。根據(jù)水質(zhì)自動監(jiān)測實際需求，確定子站系統(tǒng)的設備配置、指標要求、參數(shù)、監(jiān)測點位等[47]，避免系統(tǒng)建成后，出現(xiàn)與建設目的和要求不匹配的情況。作為近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設單位，還應對建設自動監(jiān)測系統(tǒng)的基本條件、基本要求、技術人員配備和必要性等有明確的認識，保證系統(tǒng)建成后有人員、經(jīng)費等必要的運行保障。

為保證近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建成后能夠按照建設目標開展監(jiān)測，系統(tǒng)建設需規(guī)范系統(tǒng)配備與建設、系統(tǒng)驗收和制度幾個方面。

3.3.1 儀器性能指標符合現(xiàn)狀

儀器性能指標主要根據(jù)國內(nèi)使用的主要設備和可以采購設備的技術指標、現(xiàn)行標準規(guī)范、廈門和廣西等地自動監(jiān)測系統(tǒng)設備指標及運行能夠達到的水平，并參考其他自動監(jiān)測系統(tǒng)管理的共性來確定[61-63]。對一些項目使用替代標準進行校準(如葉綠素、藍綠藻等)，技術指標規(guī)定采用替代標準方法。確定的技術指標包括測量范圍、檢出限、精密度、準確度、穩(wěn)定性(零點漂移和量程漂移)、標準曲線相關系數(shù)和加標回收率。

3.3.2 配置備用設備，保障校準和維護效果

鑒于海上維護和校準的條件限制，提出按2∶1～4∶1比例配置備用設備，方便實現(xiàn)實驗室內(nèi)的校準和維護。

3.3.3 驗收符合系統(tǒng)特點和設備驗收基本要求

設備清點按照一般要求進行；單機驗收按照監(jiān)測項目進行(包括檢出限、標準曲線、準確度和精密度、單機穩(wěn)定性)；系統(tǒng)穩(wěn)定性結合設備集成測試和海上運行特點進行聯(lián)機驗收，包括系統(tǒng)的45 d(或不少于3個14 d)周期運行及子站檢查要求、子站與中心站聯(lián)機運行的中心站檢查要求、有效數(shù)據(jù)獲取率；同時，針對技術檔案完整性要求，規(guī)定了驗收報告編制和資料存檔內(nèi)容等要求；為保證設備能夠在海上穩(wěn)定運行，規(guī)定了試運行的檢驗要求；為減少不必要的工作量，部分驗收工作可安排在方便場所進行。

3.3.4 建立和完善運行制度，保證設備正常運行

總結前期工作經(jīng)驗，建立運行管理辦法，結合試運行的實際情況，確定人員及職責、設備校準和維護、中控室和實驗室管理、維修管理、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)審核和報告等內(nèi)容的日常管理制度和要求。

3.4 日常管理與質(zhì)控

日常管理規(guī)范化涉及日常設備維護校準、設備監(jiān)視、記錄、數(shù)據(jù)上報、報告等技術和程序要求。質(zhì)量控制作為監(jiān)測的組成部分，貫穿于整個自動監(jiān)測系統(tǒng)運行工作之中，結合維護校準及數(shù)據(jù)審核，建立涉及每個環(huán)節(jié)日常工作的規(guī)范性質(zhì)控要求，以保證近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行。

3.4.1 規(guī)范化日常管理

規(guī)范化日常管理程序是設備正常運行的保證，包括校準和維護、性能審核、各組成單元的管理、記錄、數(shù)據(jù)有效性和上報、監(jiān)測報告等內(nèi)容。

1) 校準與維護

由于在海上容易受到海水浸蝕、生物和微生物作用等因素的影響，近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)投入運行后，設備運行及檢測器響應會發(fā)生變化。為此，采用海上實驗確定校準和維護周期，作為保證設備穩(wěn)定運行的基礎，也作為有效的質(zhì)量控制工作組成部分[49]，將按周期開展校準和維護作為日常工作組成部分，規(guī)范校準和維護工作。校準和維護周期一般分冬春和夏秋，按各監(jiān)測項目通過零點漂移和量程漂移確定最短的校準周期。

2)使用備用設備，確保校準和維護效果

鑒于海上維護和校準的條件限制，盡可能采用備用設備替換海上設備，以便能在實驗室進行設備校準和維護，保證校準和維護的效果。

3)將儀器性能審核方法作為自動監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行的檢驗手段

儀器性能是設備穩(wěn)定和正常運行的基本保證，儀器性能審核是檢驗設備運行穩(wěn)定的主要方法。使用前儀器性能審核是設備投入使用時的技術保證，判斷設備維護和校準效果是否符合要求；使用后檢查是設備穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)校準的依據(jù)。根據(jù)自動監(jiān)測儀器的性能特點和水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量控制的一般要求，檢出限、標準曲線、準確度和精密度、零點漂移、量程漂移為儀器性能審核的指標，并作為設備正常運行和定量化評價數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎。

4)按照制度開展工作

規(guī)范要求對監(jiān)測子站、中心控制室、系統(tǒng)技術支持實驗室和質(zhì)量控制實驗室的檢查、清理、處理和管理制定制度(包括了解中控室日常氣象情況、檢查和調(diào)取子站數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析等)，以保證近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測工作在標準化程序下正常運行。

5)強化記錄要求，規(guī)范記錄格式

記錄作為監(jiān)測工作中的最重要環(huán)節(jié)之一，需規(guī)范其內(nèi)容，保證其完整性和可追溯性。研究根據(jù)目前監(jiān)測記錄的實際情況，要求日常運行的各環(huán)節(jié)均有記錄，并保持完整，記錄要涵蓋系統(tǒng)建設、驗收、校準與維護、性能審核、日常管理等各方面，保證自動監(jiān)測系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題可分析、可查找。

6)規(guī)范數(shù)據(jù)采集頻率、有效性、上報及監(jiān)測報告要求

制定數(shù)據(jù)采集頻率、數(shù)據(jù)上報及監(jiān)測報告規(guī)范化的要求、數(shù)據(jù)上報傳輸和文件命名規(guī)則，建立基于日常校準、設備性能審核的數(shù)據(jù)有效性判斷方法。針對尚未形成全國近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡的實際情況，數(shù)據(jù)傳輸暫按例行監(jiān)測數(shù)據(jù)上報方式和要求傳輸，在建立全國近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡時，根據(jù)通訊技術發(fā)展狀況，對該部分內(nèi)容進一步完善。

3.4.2 質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是環(huán)境監(jiān)測不可分割的組成部分。按照近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測內(nèi)容、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的基本要求，自動監(jiān)測系統(tǒng)運行涉及的量值傳遞等建立在近岸海域水質(zhì)監(jiān)測基本要求上，日常的校準和比對、性能審核、數(shù)據(jù)有效性等均納入質(zhì)量保證和質(zhì)量控制范圍，使質(zhì)量保證和質(zhì)量控制貫穿水質(zhì)自動監(jiān)測的全過程，數(shù)據(jù)有效檢查及其檢驗指標也建立在日常校準基礎上。其中，結合水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)特點和目前手工分析方法的限制，規(guī)定校準須進行空白樣和平行樣分析，優(yōu)先采用標準物質(zhì)(標準樣品)或質(zhì)控樣品，其次采用加標回收分析等要求，盡量避免因采用手工方法和人為操作原因造成校準難以達標的現(xiàn)象發(fā)生。

4 結語

通過近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術體系的研究，建立了符合近岸海域水質(zhì)監(jiān)測一般要求、自動監(jiān)測特點要求和監(jiān)測質(zhì)控要求的近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測標準方法和程序，對建設涉及的配備、指標選擇、設備驗收、日常運行、數(shù)據(jù)上報、報告、質(zhì)量控制等各項工作提出技術要求和指標，與中國現(xiàn)階段近岸海域水質(zhì)監(jiān)測相關標準和近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術水平相匹配。研究成果《近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ 731—2014)將使中國近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行符合近岸海域水質(zhì)監(jiān)測技術要求和質(zhì)控要求，推動中國近岸海域環(huán)境水質(zhì)自動監(jiān)測逐步納入中國近岸海域水質(zhì)監(jiān)測工作，實現(xiàn)近岸海域環(huán)境水質(zhì)自動連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確、可靠、可比，保證近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測質(zhì)量，并為近岸海域環(huán)境管理提供有效的監(jiān)測技術支持。

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Research for Standardized and Normalization Coastal Waters Automatic Monitoring

LIU Fang1, DING Ye1, LI Junlong1, LI Zhao1, LIU Xihui1, CHEN Ping1, ZHANG Lingsong2

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，China National Environmental Monitoring Centre，Beijing 100012，China

2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China

In order to regulate the automatic monitoring for coastal waters, the research is based on the requirements for monitoring and the monitoring quality control , the system features and the operating experience of the automatic monitoring.SpecificationforAutomatedWaterQualityinCoastalSeaMonitoringTechnical(HJ 731—2014) is the result of the research. It is the requirements of complete specification standardizes for the coastal sea water quality monitoring system construction, equipment selection, system acceptance, daily management, maintenance and calibration, quality assurance and quality control, data validation and reporting, and other aspects of the work of the monitoring report.It is a standard method for monitoring data is accurate, reliable and comparable. It is making automatic water quality monitoring system to play its due role in the coastal waters daily monitoring.

coastal water;seawater quality;automatic monitoring system;standardized

2015-07-22;

2015-11-11

劉 方(1960-)，男，河北安平人，學士，研究員。

丁 頁

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A

1002-6002(2016)02- 0121- 06