水質(zhì)檢測的誤差分析及數(shù)據(jù)處理

王娟

【摘要】我國水資源缺乏，水質(zhì)問題日益突出，其直接關(guān)系到人民群眾的生活水平與身體健康。水質(zhì)檢測工作作為水資源管理工作的重要組成部分，在改善水質(zhì)惡化方面具有重要作用。水質(zhì)檢測能夠及時有效地預(yù)防水污染事件，保證我國水資源合理地開發(fā)與利用。因此，在水資源管理與水文工作開展過程中，要嚴(yán)格部署水質(zhì)檢測工作，合理分析誤差存在的原因，對數(shù)據(jù)處理做出有效地改善，確保水質(zhì)檢測工作的準(zhǔn)確性與有效性。本文基于上述背景，簡要概述了水質(zhì)檢測中誤差的本質(zhì)，分析了水質(zhì)檢測誤差出現(xiàn)的原因，并在此基礎(chǔ)上探究了數(shù)據(jù)處理的有效措施。

【關(guān)鍵詞】水質(zhì)檢測；誤差分析；數(shù)據(jù)處理

前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民群眾物質(zhì)生活水平提高，社會各界對水體質(zhì)量越來越重視，而目前，我國水資源短缺、水污染現(xiàn)象嚴(yán)重，影響居民用水安全，導(dǎo)致水資源管理工作實(shí)效性較低。因此，在具體水質(zhì)檢測工作開展過程中，要嚴(yán)格部署相關(guān)工作，確保數(shù)據(jù)處理工作的合理性，在一定程度上避免誤差所造成的不良影響。

1.水質(zhì)檢測中誤差的本質(zhì)

水質(zhì)檢測的目的是進(jìn)一步了解水質(zhì)狀況，從而及時采取預(yù)防水污染和改善水質(zhì)的有效措施，保證水資源的健康。然而在水質(zhì)檢測的實(shí)際過程中，誤差的存在在所難免，現(xiàn)就誤差的概念及本質(zhì)作以簡要說明：（1）在對水質(zhì)檢測的過程中，化驗(yàn)的結(jié)果會受到檢測設(shè)備，周邊環(huán)境，人員操作、數(shù)據(jù)取舍等因素的影響，由于上訴因素造成檢測數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間會存在一定的差距，這種差距在數(shù)學(xué)意義上即為誤差。（2）如上述概念所述，誤差的本質(zhì)即為檢測數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間的差距，誤差不同于錯誤，不能被完全消除。但是，在具體檢測工作的開展過程中可以通過改善測量技術(shù)，合理處理數(shù)據(jù)等方式來減少誤差對水質(zhì)檢測準(zhǔn)確性造成的不良影響。

2.水質(zhì)檢測誤差出現(xiàn)的原因

2.1 方法誤差

方法誤差為水質(zhì)檢測過程中較為常見的誤差形式，其與水質(zhì)檢測方法本身有關(guān)，是不合理的水質(zhì)檢測方法所造成的誤差。比如，在水質(zhì)檢測中常用的的滴定分析中，滴定終點(diǎn)在指示劑的確定下形成，但容易出現(xiàn)其與化學(xué)點(diǎn)不符的情況。并且在這一過程會伴有副反應(yīng)情況的出現(xiàn)，造成測量結(jié)果與真實(shí)值不符。同時，在對終點(diǎn)確認(rèn)的過程中，由于人為因素影響，對終點(diǎn)判斷不同，也會造成誤差的出現(xiàn)。

2.2 儀器誤差

儀器誤差的形成原因較為簡單，其主要由于儀器本身的不精準(zhǔn)或者使用之前未進(jìn)行校準(zhǔn)工作所致。比如，天平、玻璃器皿等儀器本身刻度不夠準(zhǔn)確，或者工作人員在使用前并未將其進(jìn)行校準(zhǔn)，最終導(dǎo)致測量結(jié)果偏高或者偏低。

2.3 試劑誤差

試劑在水質(zhì)檢測中應(yīng)用較為廣泛，其主要起到檢測雜質(zhì)，分析水質(zhì)酸堿度等作用。但是，在檢測過程中由于所用試劑的純度因素或蒸餾水中存在雜質(zhì)都會造成測量結(jié)果存在一定的誤差。

2.4 操作誤差

操作誤差主要由人為因素造成，其與操作人員的習(xí)慣和認(rèn)知體系有著密切的關(guān)系。比如，在數(shù)值的讀取過程中，由于操作人員的取舍習(xí)慣不同，對數(shù)值的讀取就會造成一定的差異。同時，在液體顏色記錄方面，操作人員對顏色的敏感程度不一，造成對終點(diǎn)判斷不同也存在一定的偏差。

3.數(shù)據(jù)處理的有效措施

3.1 直接測量值的數(shù)據(jù)處理

水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)中直接測量值數(shù)據(jù)即直接可讀取的測量值，其直觀地體現(xiàn)在測量儀器上?？梢苑譃閱雾?xiàng)測量誤差分析和多次重復(fù)誤差分析：（1）單項(xiàng)測量受限于檢測項(xiàng)目以及技術(shù)條件。此時的誤差分析可以直接通過儀器注明誤差范圍計(jì)算；沒有誤差范圍標(biāo)注的儀器只能按照精度的1/2進(jìn)行計(jì)算；（2）多次測量誤差分析則是通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行誤差計(jì)算。需要對測量值的測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均數(shù)、偏差、平均差進(jìn)行計(jì)算，最后得到其真值范圍。

例如某次測量的水質(zhì)分光度的數(shù)值如下：0.480，0.481，0.482，0.480，0.481，0.480，0.482，0.479，0.478，0.481，0.481。通過上述公式計(jì)算可得，算術(shù)平均數(shù)為0.4804，算數(shù)平均差為0.000959，則真值范圍為：0.4814-0.4795。由此可知，這種直接的測量數(shù)據(jù)處理方法可以估測真值的取值范圍，為水質(zhì)監(jiān)測的準(zhǔn)確度提供基本保障。

3.2 間接測量值的數(shù)據(jù)處理

間接的數(shù)據(jù)和直接測量數(shù)據(jù)之間滿足一定的函數(shù)關(guān)系。間接數(shù)據(jù)誤差分析包括相對誤差和絕對誤差的分析：（1）相對誤差為直接測量數(shù)據(jù)的相對誤差的和；（2）絕對誤差為各項(xiàng)直接測量數(shù)據(jù)的誤差的和。相對誤差和絕對誤差的計(jì)算順序要根據(jù)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算方式（加、減、乘、除、乘方、開方）決定。

例如，某次水質(zhì)檢測所使用化學(xué)試劑的配置過程中，試劑的溶質(zhì)質(zhì)量WB為0.3524 g，稱量所使用分析天平的精度為0.0003 g，試劑溶劑質(zhì)量為WA為30 g，臺秤絕對誤差為0.1 g，配置試劑所用容量瓶的容積為50 mL，目測體積刻度為30 mL，刻度誤差為±0.05 mL。

所以，溶質(zhì)的稱取相對誤差為：△WB/WB=±0.0003/0.3524=±0.8×10-3

溶劑量取相對誤差為：△WA/WA=±0.1/25=±4×10-3

體積量取誤差：△V/V=±0.05/30=±1.7×10-3

則可以得到試劑配置過程中的相對誤差為：△WB/WB+△WA/WA+△V/V=（±0.8×10-3）+（±4×10-3）+（±1.7×10-3）。由此可見，間接處理方法可以評價(jià)測量工具和測量方法所帶來的相對誤差，評估結(jié)果與測量精度所使用工具的絕對誤差相關(guān)。

3.3 異常數(shù)據(jù)的取舍方式

測量數(shù)據(jù)中往往會出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，與測量組中其他數(shù)據(jù)的偏差較大，此時就需要對此異常數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍，取舍方法有肖維涅準(zhǔn)則、格拉布斯檢驗(yàn)法等，下面以肖維涅準(zhǔn)則為例。某次水質(zhì)pH值的測量值分別為：9.52，8.44，7.5，9.44，9.32，8.55，8.64，8.35，8.05，7.57，7.68。其中最大值和最小值分別為9.52和7.5，為了檢測其為異常數(shù)據(jù)，可進(jìn)行如下計(jì)算分析。標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式參照：

結(jié)果為：0.733，算術(shù)平均數(shù)：x= 8.46，K值計(jì)算公式為：K=│（x-7.5）/0.733│=1.31，對應(yīng)表1可知，當(dāng)n等于11時，1.99>1.31，沒有超出誤差范圍，屬于正常數(shù)據(jù)。同理9.52的值為1.45，也屬于正常值。

4.結(jié)語

綜上所述，水質(zhì)檢測過程需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，并在檢測工作完成后對誤差進(jìn)行有效地分析，依據(jù)誤差的不同類別進(jìn)行分析與處理。在誤差處理過程中既要保證直接檢測值、間接檢測值和異常數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，同時也要避免人為因素造成的不必要影響，進(jìn)而確保水質(zhì)檢測結(jié)果的真實(shí)性與有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉娟利.廢水水質(zhì)檢測化驗(yàn)誤差分析與數(shù)據(jù)處理[J].科技風(fēng)，2013，（23）：30-30.

[2] 張明陽，沈明玉.基于WSN的數(shù)據(jù)融合在水質(zhì)監(jiān)測中的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014，（23）：234-238，260.

[3]Paul M P， Rigrod P， Wingate S， et al. A Community-Driven Intervention in Tuftonboro， New Hampshire， Succeeds in Altering Water Testing Behavior.[J]. Journal of Environmental Health， 2015， 78（5）：30-39.