劉 京，魏文龍，李曉明，李東一，孫宗光，奚采亭，陶 蕾，王業(yè)耀，張大偉

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 1000122.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心，北京 100048

水質(zhì)自動監(jiān)測與常規(guī)監(jiān)測結(jié)果對比分析

劉 京1，魏文龍2，李曉明1，李東一1，孫宗光1，奚采亭2，陶 蕾2，王業(yè)耀1，張大偉2

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 1000122.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心，北京 100048

為了系統(tǒng)研究水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)間差異問題,選取15個運行多年的國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站，對pH、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)及總磷(TP)5項監(jiān)測指標(biāo)開展了站房外常規(guī)監(jiān)測、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測與自動監(jiān)測的對比實驗研究。通過分析監(jiān)測結(jié)果之間相對誤差、相對偏差、水質(zhì)類別變化發(fā)現(xiàn)，站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測、站房外常規(guī)監(jiān)測與自動監(jiān)測結(jié)果之間誤差較?。煌瑫r通過誤差統(tǒng)計分析及直方圖分析發(fā)現(xiàn)，地表水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果之間誤差整體屬于隨機(jī)誤差(偶然誤差)。研究得到了水質(zhì)自動監(jiān)測與常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)一致可比的結(jié)論，為水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供了實驗基礎(chǔ)。

自動監(jiān)測；常規(guī)監(jiān)測；比對實驗；隨機(jī)誤差；系統(tǒng)誤差

地表水常規(guī)監(jiān)測(又稱手工監(jiān)測)具有監(jiān)測項目多、質(zhì)量控制措施齊全、數(shù)據(jù)質(zhì)量有保證、具有法律效力等優(yōu)點。但由于監(jiān)測頻次低、監(jiān)測人工成本高，對于水質(zhì)波動明顯水體，在監(jiān)測預(yù)警、生態(tài)補(bǔ)償、水安全保障方面無法滿足目前環(huán)境管理的要求。水質(zhì)自動監(jiān)測(又稱在線監(jiān)測)可將監(jiān)測頻次提高至每小時監(jiān)測1次，部分項目甚至可以做到連續(xù)監(jiān)測，能及時反映水環(huán)境質(zhì)量變化，響應(yīng)突發(fā)水環(huán)境污染事件，滿足水環(huán)境污染預(yù)警及公共用水安全要求，并在生態(tài)補(bǔ)償上保證方法科學(xué)及公平公正[1-2]。目前國家環(huán)境保護(hù)部門已建成151座水質(zhì)自動監(jiān)測站(簡稱水站)，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)主要用于水質(zhì)變化趨勢的掌控、監(jiān)測預(yù)警和信息發(fā)布[3-5]。隨著水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)考核及水環(huán)境生態(tài)(區(qū)域)補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，自動監(jiān)測的高頻次與大數(shù)據(jù)量等優(yōu)勢逐漸凸顯。為了說明自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)的一致可比，研究選取15個水站，針對采水點常規(guī)監(jiān)測、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測、自動監(jiān)測3項內(nèi)容開展為期3個月的對比測試，收集了pH、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)及總磷(TP)5項指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)及常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)性對比分析，以期擴(kuò)大水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)使用范圍，提高自動監(jiān)測數(shù)據(jù)使用率，增強(qiáng)其在環(huán)境管理中所發(fā)揮的作用。

目前，自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量控制措施主要包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)核查、實際水體比對、加標(biāo)回收測試等，在一定程度上保證了儀器準(zhǔn)確性[6-9]。但是，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測相比，包含了采配水系統(tǒng)[10](包括采水泵、采水管、沉淀池、配水管)引起的誤差，加大了自動監(jiān)測結(jié)果的不確定性。另外，長時間連續(xù)運行下，黏著在管路內(nèi)壁的污染物會被沖刷至水樣中，也會導(dǎo)致自動監(jiān)測儀器分析水樣與實際水體水樣污染物濃度之間產(chǎn)生差異。目前研究人員多對儀器自身的準(zhǔn)確性[11-13]及精密性[14-20]進(jìn)行探討，忽視了采水系統(tǒng)及配水系統(tǒng)對監(jiān)測結(jié)果的影響。研究經(jīng)過對大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，探討了采配水系統(tǒng)對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。研究包含4個創(chuàng)新點：一是監(jiān)測點位多，代表性強(qiáng)；二是監(jiān)測指標(biāo)全，數(shù)據(jù)量大；三是針對采配水系統(tǒng)引入的誤差進(jìn)行系統(tǒng)研究；四是基于誤差統(tǒng)計分析及繪制直方圖等方法確定誤差類型。

1 實驗部分

1.1主要儀器及試劑

五參數(shù)儀器(型號為SC-1000、MIQ/S、AQUALAB)；NH3-N采用氣敏電極法儀器(型號為JAWA-1005、AQUALAB)；CODMn儀器(型號為DKK COD-203、SERES 2000、DIGS-300)；TP儀器(型號為TNP-4110)。

實驗試劑包括：氯化銨、高氯酸，優(yōu)級純；氫氧化鈉、高錳酸鉀、草酸鈉、過硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、磷酸二氫鉀、硫酸、硝酸，分析純。

1.2實驗地點

在151個正在運行水站中遴選了15個水站，這些水站的空間位置、水質(zhì)狀況不盡相同，涵蓋了長江、松花江、海河、淮河、珠江以及太湖、巢湖等主要流域重點水體。河流水質(zhì)以I～I(xiàn)II類為主，湖庫水質(zhì)以Ⅳ～Ⅴ類為主。位置分布見表1及圖1。這些水站運行時間長(平均超過10a)，水站運行維護(hù)水平相對較高，在一定程度上減小了運維水平差異引起的系統(tǒng)誤差，使比對實驗結(jié)果更具說服力。

表1 監(jiān)測點位分布Table 1 Distribution of monitoring sites

注：“—”表示指標(biāo)未監(jiān)測。

1.3實驗方案

在15個點位選取pH、DO、NH3-N、CODMn、TP 5項指標(biāo)同時開展實驗。監(jiān)測頻次為2次/d，時間為每日12：00和16：00。實驗內(nèi)容分為站房外常規(guī)監(jiān)測、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測及自動監(jiān)測3部分，對應(yīng)監(jiān)測方法及標(biāo)準(zhǔn)見表2，步驟見圖2。其中，站房外常規(guī)監(jiān)測是指在水站外水體中采集水樣，采樣位置與水站采水頭一致；站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測是指在水站內(nèi)儀器進(jìn)樣杯中采集水樣，與儀器測定的樣品一致。然后帶回實驗室使用手工分析方法進(jìn)行分析。

注：底圖源自國家測繪地理信息局網(wǎng)站(http://www.sbsm.gov.cn/article/zxbs/dtfw/)1∶400萬基本要素版《中華人民共和國地圖》(2008年6月國家測繪局制)，審圖號為GS(2008)1228，下載日期2016年4月5日。圖1 實驗監(jiān)測點位分布示意圖Fig.1 Distribution of experimental monitoring sites

序號監(jiān)測指標(biāo)監(jiān)測頻次/(次/d)自動監(jiān)測方法及標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)監(jiān)測方法及標(biāo)準(zhǔn)1pH2玻璃電極法(GB6920—1986)及(HJ/T96—2003)玻璃電極法(GB6920—1986)2DO2電化學(xué)探頭法(HJ506—2009)及(HJ/T99—2003)碘量法(GB7489—1987)及電化學(xué)探頭法(HJ506—2009)3NH3?N2氨氣敏電極法(HJ/T101—2003)納氏試劑分光光度法(GB7479—1987)4CODMn2酸性高錳酸鉀氧化滴定法(GB11892—1989)及(HJ/T100—2003)酸性高錳酸鉀氧化滴定法(GB11892—1989)5TP2鉬酸銨分光光度法(GB11893—1989)及(HJ/T103—2003)鉬酸銨分光光度法(GB11893—1989)

圖2 實驗步驟示意圖Fig.2 Schematically diagram of experimental procedure

每次實驗開始時，水站采水系統(tǒng)運行，同時在實際水體中(自動監(jiān)測系統(tǒng)采樣點附近)進(jìn)行手工采樣，經(jīng)30 min沉淀后送實驗室常規(guī)監(jiān)測，為站房外常規(guī)監(jiān)測。自動監(jiān)測系統(tǒng)采水系統(tǒng)將實際(河流或湖庫)水體中水樣采集至沉淀池內(nèi)，經(jīng)30 min沉淀后，在沉淀桶內(nèi)手工采樣常規(guī)監(jiān)測，為站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測。同時，采水系統(tǒng)繼續(xù)運行，沉淀池中水樣經(jīng)配水管送至自動監(jiān)測儀分析，為自動監(jiān)測。

為保證常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，相同點位站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測與站房外常規(guī)監(jiān)測由同一實驗室采用同一方法監(jiān)測分析，同時采取現(xiàn)場空白、全程序空白、平行測試、加標(biāo)回收及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試等措施；為保證自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，按照《國家地表水自動監(jiān)測站運行管理辦法》對水站做好周核查和月比對等質(zhì)量控制工作。

1.4實驗數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)分為站房外常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)及自動監(jiān)測數(shù)據(jù)3部分。實驗時間為2015年7—9月，共獲得6 219組有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中pH數(shù)據(jù)為1 458組，DO數(shù)據(jù)為1 446組，NH3-N數(shù)據(jù)為1 452組，CODMn數(shù)據(jù)為1 395組，TP數(shù)據(jù)為468組。

1.5統(tǒng)計分析方法

通過比較站房外常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)與站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析采配水系統(tǒng)引入的數(shù)據(jù)誤差；通過比較站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析自動監(jiān)測儀、分析方法、分析試劑等因素引入的誤差；通過比較站房外常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析全過程綜合誤差。

針對pH選取ΔpH作為統(tǒng)計指標(biāo)，以±0.5為限值統(tǒng)計數(shù)據(jù)占比；其余4項指標(biāo)采用相對誤差及相對偏差作為統(tǒng)計指標(biāo)，以±20%為限值統(tǒng)計數(shù)據(jù)占比。

相對誤差公式為

式中：δ為相對誤差，L′為實測值，L為真值。統(tǒng)計δ時，以自動監(jiān)測數(shù)據(jù)為L′，常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)為L；以站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)為L′，站房外常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)為L。當(dāng)L′與L相對誤差為±20%內(nèi)合格，對應(yīng)數(shù)據(jù)占比可作為合格率。

相對偏差公式為

式中：δ′為相對偏差，x和y為不同方法的實測值。同時，制作直方圖對誤差進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過觀察圖形及統(tǒng)計分析結(jié)果比較誤差是否含有對稱、單峰、有界、抵償特點，判斷誤差屬于隨機(jī)誤差(又稱偶然誤差)或系統(tǒng)誤差。

2 結(jié)果與討論

2.1相對誤差與相對偏差分析

通過誤差大小分析發(fā)現(xiàn)，站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度高，說明采配水系統(tǒng)引入誤差較小。其中，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為99.1%，DO、CODMn及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比為90%左右，相對偏差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比超過95%，NH3-N相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比僅為77.6%。詳見表3。NH3-N相對誤差合格率偏低與測定的濃度值有關(guān)，站房外常規(guī)監(jiān)測NH3-N濃度均值為0.46 mg/L，數(shù)值較小。若以相對偏差計算，±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比為89.9%。同時由于納氏試劑分光光度法的檢出限為0.025 mg/L，若以4倍檢出限為測定下限，約16.5%的站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果及14.4%的站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測在測定下限以下，不能夠準(zhǔn)確定量。

表3 相對偏差與相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比Table 3 The proportion of data on relative deviation and relative error of ± 20%

注：①A為站房外常規(guī)監(jiān)測，B為站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測，C為自動監(jiān)測；②以ΔpH在±0.5以內(nèi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)占比；“—”表示無相應(yīng)值。

在線監(jiān)測結(jié)果與站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度較高，說明配水管及自動監(jiān)測儀引入誤差影響較小。其中，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為83.4%，DO及CODMn相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比大于80%，相對偏差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比大于90%。NH3-N及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比分別為68.7%及68.1%，相對偏差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比分別為81.9%及80.4%。其中，NH3-N監(jiān)測結(jié)果受分析方法不同的影響。在線監(jiān)測儀器采用氨氣敏電極法，檢出限為0.05 mg/L，是常規(guī)監(jiān)測方法檢出限的2倍。TP監(jiān)測結(jié)果可能與數(shù)據(jù)量較小有關(guān)。

在線監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度也較高，說明采配水系統(tǒng)及自動監(jiān)測儀引入誤差影響整體不大。其中，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為83.2%，DO、CODMn及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比約80%，相對偏差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比大于90%。NH3-N相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比分別為65.8%，相對偏差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比為81.0%。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)監(jiān)測結(jié)果比較，自動監(jiān)測結(jié)果誤差就是自動監(jiān)測儀器與常規(guī)監(jiān)測的差異，采配水系統(tǒng)引入的誤差影響較小。可以通過采取自來水清洗及實際水體潤洗采水管路、加強(qiáng)在線監(jiān)測儀標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)核查及實際水體比對測試等措施，減少采配水系統(tǒng)帶來的偶然誤差，保障儀器性能良好，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確。

2.2類別變化分析

將分析結(jié)果誤差反映到水質(zhì)類別變化上，發(fā)現(xiàn)站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測類別與站房外常規(guī)監(jiān)測類別一致程度高。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，其中DO、CODMn、NH3-N及TP水質(zhì)類別相同數(shù)據(jù)占比分別為83.6%、86.2%、86.5%及68.5%；變化1個類別數(shù)據(jù)占比分別為15.6%、13.2%、13.2%及26.2%；除TP外，水質(zhì)超過1個類別數(shù)據(jù)不足1%(TP超過1個類別數(shù)據(jù)占5.4%)，詳見表4。

表4 水質(zhì)類別變化數(shù)據(jù)占比Table 4 The proportion of data onchange of the water quality %

注：①A為站房外常規(guī)監(jiān)測，B為站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測，C為自動監(jiān)測；pH對水質(zhì)類別無參考意義，不列入統(tǒng)計；②TP按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中湖庫標(biāo)準(zhǔn)計。

比較水質(zhì)類別發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測結(jié)果與站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度高。其中DO、CODMn、NH3-N及TP水質(zhì)類別相同數(shù)據(jù)占比分別為75.2%、81.7%、71.7%及83.3%，變化1個類別數(shù)據(jù)占比分別為21.8%、18.1%、27.5%及16.7%，水質(zhì)超過1個類別數(shù)據(jù)不足3%。

比較水質(zhì)類別發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度高。其中DO、CODMn、NH3-N及TP水質(zhì)類別相同數(shù)據(jù)占比分別為73.2%、78.4%、74.0%及68.8%，變化1個類別數(shù)據(jù)占比分別為24.3%、20.5%、25.7%及30.2%，水質(zhì)超過1個類別數(shù)據(jù)不足3%。

2.3誤差分析

深入分析站房外常規(guī)監(jiān)測、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測與自動監(jiān)測三者之間相互誤差特征發(fā)現(xiàn)，誤差具有隨機(jī)誤差特征，不屬于系統(tǒng)誤差，具體可通過觀察直方圖(圖3)及誤差統(tǒng)計特征(表5)2方面論證。

圖3 誤差直方圖及正態(tài)擬合曲線(A為站房外常規(guī)監(jiān)測，B為站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測，C為自動監(jiān)測)Fig.3 Error histogram and the fitting normal distribution curve

監(jiān)測指標(biāo)誤差計算公式①均值②標(biāo)準(zhǔn)差峰度③偏度④最小值最大值中位數(shù)眾數(shù)觀測數(shù)B?A-002010153021-077079-002002454pHC?B-009038292-092-166094-004-004498C?A-010037293-077-164096-008-008454B?A-009051835140-152267-0070456DOC?B014089100015-240284009-009479C?A004089095018-379245-008-046431B?A-010038328-109-184100-0060444CODMnC?B-012069314-027-296286-012050470C?A-008073991138-318516-011050435B?A-003008956-244-052020-0010456NH3?NC?B0011170256-0460780001497C?A-002013771-001-05807200453B?A0003155-002-01702000127TPC?B0006345-319-04902300139C?A0007251-218-0500310097

注：①A為站房外常規(guī)監(jiān)測，B為站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測，C為自動監(jiān)測；②pH為無量綱，其余監(jiān)測指標(biāo)單位為mg/L；③以標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布峰度為0計算，峰度值越大說明分布更集中；④偏度系數(shù)大于0說明分布右偏，小于0說明分布左偏，數(shù)值絕對值越大說明偏態(tài)分布越顯著。

由表5可見，誤差經(jīng)過采配水系統(tǒng)、自動監(jiān)測儀2個監(jiān)測過程傳遞，最終呈現(xiàn)5方面特征：

1)誤差均值基本接近0。其中CODMn、NH3-N及TP誤差均值整體小于1倍檢出限。

2)標(biāo)準(zhǔn)差在傳遞過程中變大。其中CODMn、NH3-N及TP誤差標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.5～1.5倍檢出限、2～3倍檢出限、3～7倍檢出限。

3)峰度大，偏度小，5個監(jiān)測指標(biāo)在3個過程中誤差平均峰度為10.5，說明誤差高度集中在均值附近；有正偏和負(fù)偏且偏度較小。

4)誤差區(qū)間在傳遞過程中變大，整體上誤差最大值在傳遞過程中變大，最小值變小，使得誤差區(qū)間在傳遞過程中變大，其中CODMn、NH3-N及TP誤差分布區(qū)間分別為-7～11倍檢出限、-12～15倍檢出限和-50～30倍檢出限。

5)眾數(shù)及中位數(shù)基本接近0。pH、DO、CODMn、NH3-N及TP共計5個監(jiān)測指標(biāo)在3個過程中誤差有7個眾數(shù)為0，5個中位數(shù)為0，中位數(shù)平均為-0.033，眾數(shù)平均為0.024。

通過圖3分析發(fā)現(xiàn)，整體上5個監(jiān)測指標(biāo)在3個過程中誤差分布左右對稱且集中分布在0附近。

結(jié)合表5及圖3發(fā)現(xiàn)，pH、DO、CODMn、NH3-N及TP共計5個監(jiān)測指標(biāo)在3個過程中誤差具有對稱、單峰、有界、抵償4項特征，屬隨機(jī)誤差。說明與站房外常規(guī)監(jiān)測相比，水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)中采配水系統(tǒng)及自動監(jiān)測儀引入誤差整體上屬于隨機(jī)誤差，不屬于系統(tǒng)誤差。

3 結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

通過對分布于全國各大流域的15個國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站中pH、DO、CODMn、NH3-N及TP 5個監(jiān)測指標(biāo)，站房外常規(guī)監(jiān)測、站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測及自動監(jiān)測近3個月對比實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)：

1)站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度高，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為99.1%，DO、CODMn及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比約90%，DO、CODMn、NH3-N水質(zhì)類別相同占比達(dá)80%～90%，除pH及TP外，水質(zhì)超過1個類別占比不足1%，說明采配水系統(tǒng)(采水泵、采水管、沉淀池)引入誤差較小。

2)自動監(jiān)測結(jié)果與站房內(nèi)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度較高，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為83.4%，DO、CODMn及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比大于80%，DO、CODMn、NH3-N水質(zhì)類別相同占比達(dá)75%～85%，除pH外，水質(zhì)超過1個類別占比不足3%，說明配水管及自動監(jiān)測儀引入誤差較小。

3)自動監(jiān)測結(jié)果與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果一致程度較高，ΔpH在±0.5之間數(shù)據(jù)占比為83.2%，DO、CODMn及TP相對誤差在±20%以內(nèi)數(shù)據(jù)占比約80%，DO、CODMn、NH3-N水質(zhì)類別相同占比達(dá)70%～80%，除pH外，水質(zhì)超過1個類別數(shù)據(jù)占比不足3%，說明采水泵、采水管、沉淀池、配水管及自動監(jiān)測儀引入誤差較小。地表水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)與站房外常規(guī)監(jiān)測結(jié)果之間誤差整體屬于隨機(jī)誤差，而非系統(tǒng)誤差。

4)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)一致可比，說明pH、DO、CODMn、NH3-N及TP 5項指標(biāo)的自動監(jiān)測儀器分析結(jié)果穩(wěn)定可靠。自動監(jiān)測系統(tǒng)在無人值守狀態(tài)下不僅能夠連續(xù)監(jiān)測實際水體、反映水質(zhì)連續(xù)變化的情況，高頻次的自動監(jiān)測使監(jiān)測結(jié)果更加科學(xué)、合理、可靠，能夠滿足管理部門對水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)監(jiān)測和(區(qū)域)水環(huán)境生態(tài)補(bǔ)償監(jiān)測的要求。

3.2建議

第一，建議進(jìn)一步加強(qiáng)對水質(zhì)自動監(jiān)測站的運行管理，不斷提高水站運行維護(hù)水平，減小自動監(jiān)測系統(tǒng)的隨機(jī)誤差。

第二，在清潔水體監(jiān)測NH3-N過程中，選用具有更低檢出限的方法，進(jìn)一步減小誤差。

第三，建議在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r可行基礎(chǔ)上，對重要的河流、湖泊及水庫斷面考核及生態(tài)補(bǔ)償工作優(yōu)先使用自動監(jiān)測數(shù)據(jù)。

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ComparativeAnalysisofStateSurfaceWaterQualitybyAutomaticMonitoringandLaboratoryMonitoring

LIU Jing1,WEI Wenlong2,LI Xiaoming1,LI Dongyi1,SUN Zongguang1,XI Caiting2,TAO Lei2,WANG Yeyao1,ZHANG Dawei2

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，China National Environmental Monitoring Centre，Beijing 100012，China2.Beijing Municipal Environmental Monitoring Centre,Beijing 100048，China

Data (pH, DO, CODMn, NH3-N and TP) of surface water quality from 15 state surface water quality automatic monitoring stations were used to systematically analyze the difference between laboratory monitoring of water samples outside the station, laboratory monitoring of water samples inside the station, and automatic online monitoring. It was found that the errors among them were small based on the analysis of relative error, relative deviation, and change of water quality grade. Through statistical analysis of errors and histogram, it was also found that the errors between laboratory monitoring data of water samples outside the station and the automatic online monitoring data were random errors (accidental errors), and they were consistent and comparable. Therefore, the basis for automatic online monitoring data to be applied widely was built.

automatic monitoring;laboratory monitoring;contrast test;random errors;systematic errors

X830.3

A

1002-6002(2017)05- 0159- 08

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.05.23

2016-05-31;

2016-09-14

劉 京(1962-),女,北京人，學(xué)士，研究員。

李曉明