湘江流域地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)比

邱國(guó)良， 陳泓霖

(衡陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 湖南 衡陽(yáng) 421001)

目前的地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)采用人工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的監(jiān)測(cè)技術(shù)路線，每月監(jiān)測(cè)1次，手工監(jiān)測(cè)指標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中表1所包含的24項(xiàng)，水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)為21項(xiàng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的提高，近年來(lái)，國(guó)家及地方相繼建設(shè)了大量地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)必測(cè)9項(xiàng)指標(biāo)及選測(cè)指標(biāo)。與手工監(jiān)測(cè)相比，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站具有連續(xù)、實(shí)時(shí)、全天候運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，能及時(shí)預(yù)警和防范水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提升水環(huán)境管理水平，是地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)發(fā)展的趨勢(shì)。筆者對(duì)兩種監(jiān)測(cè)方式下環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性進(jìn)行了對(duì)比分析，探析以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主、手工監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)模式的可行性。

1 研究區(qū)域與自動(dòng)站點(diǎn)位

衡陽(yáng)市位于湖南省中南部、湘江中游，湘江干流衡陽(yáng)境內(nèi)長(zhǎng)226 km，約占湘江里程的39.7%；流域面積在3000 km2以上一級(jí)支流舂陵水、蒸水、耒水、洣水在境內(nèi)依次匯入湘江。選取湘江干流及4條一級(jí)支流入境處(市界交界監(jiān)測(cè)斷面)、4條一級(jí)支流入湘江口處(入湘江口監(jiān)測(cè)斷面)共9個(gè)國(guó)家地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)指標(biāo)為常規(guī)5參數(shù)及本地區(qū)重金屬選測(cè)指標(biāo)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為9個(gè)自動(dòng)站2018年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每4 h監(jiān)測(cè)1次；手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為9個(gè)自動(dòng)站對(duì)應(yīng)的國(guó)控地表水監(jiān)測(cè)斷面的2018年總站“采測(cè)分離”監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每月監(jiān)測(cè)1次。

2 評(píng)價(jià)方法

地表水環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)按《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦[2011]22號(hào))有關(guān)要求進(jìn)行。地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)。河流斷面水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)法，即根據(jù)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)該斷面參評(píng)的指標(biāo)中類(lèi)別最高的一項(xiàng)來(lái)確定。描述斷面的水質(zhì)類(lèi)別時(shí)，使用“符合”或“劣于”等詞語(yǔ)。斷面水質(zhì)類(lèi)別與水質(zhì)定性評(píng)價(jià)分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)對(duì)應(yīng)水質(zhì)狀況優(yōu)，Ⅲ類(lèi)水質(zhì)對(duì)應(yīng)水質(zhì)狀況良好，Ⅳ類(lèi)水質(zhì)對(duì)應(yīng)水質(zhì)狀況輕度污染。河流、流域(水系)水質(zhì)評(píng)價(jià)如下：當(dāng)河流、流域(水系)的斷面總數(shù)少于5個(gè)時(shí)，計(jì)算所有斷面各評(píng)價(jià)指標(biāo)濃度的算術(shù)平均值，然后按照“斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)”方法評(píng)價(jià)，并指出每個(gè)斷面的水質(zhì)類(lèi)別和水質(zhì)狀況。

衡陽(yáng)市9個(gè)國(guó)控地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站必測(cè)指標(biāo)包括常規(guī)5參數(shù)(水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率和濁度)、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷共8項(xiàng)，部分水站選測(cè)指標(biāo)有砷、鉛、鎘、銻、錳。水溫、電導(dǎo)率、濁度3項(xiàng)不參與地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)，國(guó)控水質(zhì)自動(dòng)站一般只要求監(jiān)測(cè)必測(cè)指標(biāo)。筆者以必測(cè)指標(biāo)中的5項(xiàng)(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷)評(píng)價(jià)自動(dòng)站水質(zhì)。兩類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)處理與修約方式一致，帶L數(shù)據(jù)按其二分之一參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 月度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析

兩種監(jiān)測(cè)方式下的月度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。以水質(zhì)自動(dòng)站必測(cè)指標(biāo)中的5項(xiàng)(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷)評(píng)價(jià)結(jié)果，與手工監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的5項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)比：舂陵水入湘江口、洣水入湘江口2個(gè)斷面只出現(xiàn)1次水質(zhì)類(lèi)別不一致的情況，單個(gè)斷面評(píng)價(jià)結(jié)果一致性最高達(dá)到91.7%(手工每月監(jiān)測(cè)1次、每年12次)；水質(zhì)稍差的蒸水入湘江口斷面出現(xiàn)9次水質(zhì)類(lèi)別不一致的情況，單個(gè)斷面評(píng)價(jià)結(jié)果一致性最低為25.0%；9個(gè)斷面共108次月度評(píng)價(jià)結(jié)果中，兩種監(jiān)測(cè)方式評(píng)價(jià)結(jié)果水質(zhì)類(lèi)別一致的月份有73次，占67.6%；出現(xiàn)不一致的月份有35次，占32.4%。歸陽(yáng)鎮(zhèn)、舂陵水入湘江口、蒸水聯(lián)江村、洣水草市鎮(zhèn)、洣水入湘江口5個(gè)水質(zhì)較好的斷面(每月基本符合Ⅱ類(lèi)水質(zhì))，只出現(xiàn)1～3次水質(zhì)類(lèi)別不一致的情況。舂陵水羅渡鎮(zhèn)、耒水大河灘、耒水入湘江口、蒸水入湘江口4個(gè)水質(zhì)稍差斷面出現(xiàn)5～9次水質(zhì)類(lèi)別不一致的情況。影響水質(zhì)類(lèi)別不一致的主要指標(biāo)有總磷、溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)。

表1 月度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比Tab.1 Comparison of monthly water environmental quality evaluation result

續(xù)表1 (Continue)

因手工監(jiān)測(cè)5項(xiàng)與手工監(jiān)測(cè)21項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果相比，只出現(xiàn)1次不一致，即舂陵水羅渡鎮(zhèn)11月手工監(jiān)測(cè)21項(xiàng)評(píng)價(jià)符合Ⅳ類(lèi)水質(zhì)(砷Ⅳ類(lèi))，手工監(jiān)測(cè)5項(xiàng)評(píng)價(jià)符合Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，其余107次手工5項(xiàng)與手工21項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果均一致；而舂陵水羅渡鎮(zhèn)11月自動(dòng)站5項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果符合Ⅱ水質(zhì)，因此自動(dòng)站5項(xiàng)與手工21項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果相比出現(xiàn)不一致的月份也為35次，占32.4%。

9個(gè)斷面共35次水質(zhì)類(lèi)別不一致的月份中，自動(dòng)站5項(xiàng)與手工5項(xiàng)相比：除舂陵水羅渡鎮(zhèn)1月出現(xiàn)跨2個(gè)水質(zhì)類(lèi)別(自動(dòng)站與手工監(jiān)測(cè)分別符合Ⅰ水質(zhì)和Ⅲ類(lèi)水質(zhì))、蒸水入湘江口3月出現(xiàn)跨3個(gè)水質(zhì)類(lèi)別(分別符合Ⅲ水質(zhì)和劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì))外，其余33次均是相差1個(gè)水質(zhì)類(lèi)別，35次不一致評(píng)價(jià)結(jié)果中相差1個(gè)水質(zhì)類(lèi)別的次數(shù)占比為94.3%。

9個(gè)斷面共35次水質(zhì)類(lèi)別不一致的月份中，自動(dòng)站5項(xiàng)與手工21項(xiàng)相比：除舂陵水羅渡鎮(zhèn)1月出現(xiàn)跨2個(gè)水質(zhì)類(lèi)別(分別符合Ⅰ類(lèi)水質(zhì)和Ⅲ類(lèi)水質(zhì))、舂陵水羅渡鎮(zhèn)11月出現(xiàn)跨2個(gè)水質(zhì)類(lèi)別(分別符合Ⅱ水質(zhì)和Ⅳ類(lèi)水質(zhì))、蒸水入湘江口3月出現(xiàn)跨3個(gè)水質(zhì)類(lèi)別(分別符合Ⅲ水質(zhì)和劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì))外，其余32次均相差1個(gè)水質(zhì)類(lèi)別，35次不一致評(píng)價(jià)結(jié)果中相差1個(gè)水質(zhì)類(lèi)別的次數(shù)占比為91.4%。舂陵水羅渡鎮(zhèn)1月受手工監(jiān)測(cè)總磷影響，11月受手工監(jiān)測(cè)砷影響；蒸水入湘江口3月份受手工監(jiān)測(cè)氨氮影響。

9個(gè)斷面中，自動(dòng)站5項(xiàng)評(píng)價(jià)出現(xiàn)4次超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，即蒸水入湘江口斷面9—12月4次檢測(cè)均為總磷超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，按月統(tǒng)計(jì)的Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為96.3%(總次數(shù)108)；手工監(jiān)測(cè)5項(xiàng)評(píng)價(jià)出現(xiàn)5次超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，即蒸水入湘江口斷面1月、3月、5月、8月、10月5次超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，按月統(tǒng)計(jì)的Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為95.4%(總次數(shù)108)。手工監(jiān)測(cè)21項(xiàng)評(píng)價(jià)出現(xiàn)6次超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，除蒸水入湘江口5次外，舂陵水羅渡鎮(zhèn)11月砷超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，按月統(tǒng)計(jì)的Ⅰ～ Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為94.4%(總次數(shù)108)。

3.2 年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

兩種監(jiān)測(cè)方式年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。蒸水入湘江口斷面自動(dòng)監(jiān)測(cè)、手工監(jiān)測(cè)年度水質(zhì)類(lèi)別均符合Ⅲ類(lèi)水質(zhì)，水質(zhì)狀況均為良好；其余8個(gè)斷面兩種監(jiān)測(cè)方式評(píng)價(jià)得到的年度水質(zhì)類(lèi)別均符合Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，水質(zhì)狀況均為優(yōu)。9個(gè)斷面兩種監(jiān)測(cè)方式年度評(píng)價(jià)到的Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例均為100%，兩種監(jiān)測(cè)方式對(duì)5條河流進(jìn)行年度水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果也一致。

不論是以水質(zhì)自動(dòng)站必測(cè)指標(biāo)中的5項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果與手工監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的5項(xiàng)指標(biāo)相比，還是自動(dòng)站5項(xiàng)與手工21項(xiàng)相比，9個(gè)斷面兩種監(jiān)測(cè)方式的年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果(水質(zhì)類(lèi)別、水質(zhì)狀況)完全一致，5條河流的年度水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果也一致。

表2 年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)比Tab.2 Comparison of annual water environmental quality evaluation result

續(xù)表2 (Continue)

4 結(jié)論

① 對(duì)比兩種監(jiān)測(cè)方式月度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果得出：自動(dòng)監(jiān)測(cè)5項(xiàng)指標(biāo)(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷)評(píng)價(jià)結(jié)果與手工監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的5項(xiàng)指標(biāo)或與手工21項(xiàng)相比，單個(gè)斷面月度評(píng)價(jià)結(jié)果一致性在25.0%～91.7%(手工每月監(jiān)測(cè)1次、每年12次)，水質(zhì)較好的斷面(每月基本達(dá)到Ⅱ類(lèi)水質(zhì))兩者評(píng)價(jià)結(jié)果一致性程度較高。

② 9個(gè)斷面共108次月度評(píng)價(jià)結(jié)果中，兩種監(jiān)測(cè)方式評(píng)價(jià)結(jié)果水質(zhì)類(lèi)別一致的月份有73次，占67.6%；出現(xiàn)不一致的月份有35次，占32.4%。35次水質(zhì)類(lèi)別不一致月份中，主要以相差1個(gè)水質(zhì)類(lèi)別為主(占比94.3%或91.4%)。9個(gè)斷面兩種監(jiān)測(cè)方式月度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例(按月108次計(jì))相差極小(0.9或1.9個(gè)百分點(diǎn))，9個(gè)斷面自動(dòng)站5項(xiàng)評(píng)價(jià)得到的Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為96.3%，手工監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)得到的Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為95.4%(手工5項(xiàng))或94.4%(手工21項(xiàng))。

③ 兩種監(jiān)測(cè)方式年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比表明：不論是以水質(zhì)自動(dòng)站必測(cè)指標(biāo)中的5項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果與手工監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的5項(xiàng)指標(biāo)相比，還是自動(dòng)站5項(xiàng)與手工21項(xiàng)相比，9個(gè)斷面兩種監(jiān)測(cè)方式的年度環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果(水質(zhì)類(lèi)別、水質(zhì)狀況)完全一致，5條河流年度水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果也一致。