地表水水質(zhì)自動監(jiān)測與手工監(jiān)測結(jié)果的可比性研究

陳鑫琪 邢學(xué)珂 梅卓華 張哲海

摘要：選取南京市三個代表性水站，每月對pH、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）4項指標(biāo)同步開展取水口手工監(jiān)測、沉砂池手工監(jiān)測和自動監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果進行比對分析。結(jié)果表明：自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)基本可比，采水系統(tǒng)對監(jiān)測結(jié)果影響較小，DO易受采水距離的影響。自動監(jiān)測和手工監(jiān)測結(jié)果的誤差主要來源于兩者在方法原理上的差異，尤其是對優(yōu)質(zhì)水體NH3-N指標(biāo)的監(jiān)測，應(yīng)選用方法檢出限更低的儀器。

關(guān)鍵詞：地表水水質(zhì);自動監(jiān)測;手工監(jiān)測;可比性

中圖分類號：X832 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.078

Abstract： Monitoring results （pH， DO， CODMn and NH3-N） of surface water quality by manual monitoring of water samples in water intake， manual monitoring of water samples in grit chamber and automatic monitoring from three representative water stations in Nanjing were compared and analyzed.It is shown that the data of automatic monitoring and manual monitoring are basically comparable， the influence of water intake system on the monitoring results is small，and DO is susceptible to the distance of water intake.The error of the results of automatic monitoring and manual monitoring mainly comes from the difference in method and principle， especially for the monitoring of NH3-N in high quality water， the instrument with lower detection limit should be selected.

Key words： Surface water quality;Automatic monitoring;Manual monitoring; Comparability

隨著地表水水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和完善，水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用從掌握水質(zhì)變化趨勢、預(yù)警監(jiān)測和信息發(fā)布[1-2]，逐步擴展到了水環(huán)境目標(biāo)考核和水環(huán)境生態(tài)（區(qū)域）補償?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域[3-4]。而全國首部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測地方性法規(guī)《江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測條例》的出臺，確定了自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在環(huán)境執(zhí)法中的法律地位。這些新形勢、新變化也必然對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量提出了更高要求。目前，實際水樣自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的主要質(zhì)量控制措施之一[5-6]。選取南京市長江干流、城市內(nèi)河和湖庫的代表性水質(zhì)自動監(jiān)測站（以下簡稱水站），對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)和分別在取水口、沉砂池進行的手工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行可比性分析。結(jié)果表明：自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)總體一致、可比，采配水系統(tǒng)對除DO外其他指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果影響很小，自動監(jiān)測與手工監(jiān)測結(jié)果的誤差主要來源于兩者在方法原理上的差異。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

分別在長江干流、城市內(nèi)河和湖庫選取代表性水站，長江大勝關(guān)、外秦淮河石頭城和金牛湖3個站點由同一家公司建設(shè)，站點建成時間和儀器配置完全一致，監(jiān)測的水質(zhì)類別涵蓋了Ⅰ-Ⅴ類，在一定程度上減小了儀器品牌、使用年限引起的差異[7]。

1.2 實驗方案

2019年每月在3個站點對pH、DO、CODMn和NH3-N四項指標(biāo)開展一次比對監(jiān)測。比對監(jiān)測：水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)啟動一個新的測試流程，在采水系統(tǒng)運行時，同步在水站取水口附近進行手工采樣，得到取水口水樣。采水系統(tǒng)將所測水體水樣采集至沉砂池，經(jīng)30min沉降后，在沉砂池進行手工采樣，得到沉砂池水樣。手工采集的水樣送實驗室分析，將得到的手工監(jiān)測數(shù)據(jù)與本次自動監(jiān)測流程運行完成得到的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。通過對3個站點取水口手工監(jiān)測數(shù)據(jù)、沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對分析，研究自動監(jiān)測和手工監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性。

2 結(jié)果與討論

對各站點沉砂池與取水口手工監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對誤差統(tǒng)計分析（表1），pH絕對誤差在±0.1之間的數(shù)據(jù)占比最低的金牛湖為75%，石頭城達到了100%。3個站點CODMn相對誤差在±20%之間數(shù)據(jù)占比均為91.7%。大勝關(guān)、金牛湖NH3-N值常年低于0.15mg/L，因此NH3-N計算絕對誤差進行統(tǒng)計分析，兩個站點誤差在±0.05mg/L之間的數(shù)據(jù)分別占比91.7%、100%，而石頭城NH3-N值處于Ⅱ-Ⅴ類水平，誤差在±0.05mg/L之間數(shù)據(jù)占比較低，為50%，但相對誤差在±20%內(nèi)的數(shù)據(jù)占比達到75%。說明pH、CODMn、NH3-N三項指標(biāo)手工數(shù)據(jù)間的一致性很好，采水系統(tǒng)對監(jiān)測結(jié)果影響很小。3個站點DO誤差差異較大，大勝關(guān)DO絕對誤差在±0.3mg/L之間的數(shù)據(jù)占比91.7%，金牛湖、石頭城在該范圍內(nèi)數(shù)據(jù)占比均低于60%。經(jīng)分析可能與采水距離有關(guān)，大勝關(guān)為躉船站，取水口與儀器間距離僅約7m，而金牛湖和石頭城為固定站，采水距離均超過50m。

自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對分析，pH絕對誤差在±0.2之間的數(shù)據(jù)占比大勝關(guān)和石頭城均在80%以上，金牛湖為58.3%。DO絕對誤差在±0.5mg/L范圍內(nèi)數(shù)據(jù)占比在75%～91.7%之間。CODMn相對誤差在±30%內(nèi)的數(shù)據(jù)占比大勝關(guān)和金牛湖為83.3%，石頭城為66.7%。由于3個站點NH3-N值跨度較大，不管計算絕對誤差還是相對誤差，結(jié)果均難以比較，因此NH3-N根據(jù)《地表水自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ915-2017）統(tǒng)計比對合格率，分別為大勝關(guān)25%、金牛湖33.3%、石頭城75%。說明pH、DO、CODMn三項指標(biāo)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)一致性較好，配水系統(tǒng)和自動儀器未對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生較大影響;NH3-N指標(biāo)數(shù)據(jù)一致性較差，且不同站點間合格率也有很大差別，主要與儀器的測試方法有關(guān)。手工監(jiān)測方法選用納氏試劑分光光度法，水中的游離氨或銨鹽直接與納氏試劑反應(yīng)生成棕黃色膠態(tài)化合物后進行吸光度檢測，檢出限為0.025mg/L。自動監(jiān)測儀器方法為氣敏電極法，需將銨離子轉(zhuǎn)換成游離態(tài)的氨氣參與反應(yīng)，檢出限為0.05mg/L，準(zhǔn)確定量濃度為0.2mg/L，電極漂移明顯，需要頻繁校正，低濃度應(yīng)用準(zhǔn)確性差。

自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與取水口手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對數(shù)據(jù)在各個誤差范圍的占比情況，與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對情況較為接近，如大勝關(guān)、金牛湖的NH3-N指標(biāo)誤差分布完全一致。進一步說明自動監(jiān)測與手工監(jiān)測相比，采配水系統(tǒng)帶來的誤差較小，誤差主要是由自動監(jiān)測儀器與手工監(jiān)測方法原理上的差異引起的。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

pH、CODMn、NH3-N三項指標(biāo)沉砂池與取水口手工監(jiān)測數(shù)據(jù)一致性很好，根據(jù)《地表水自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ915-2017）評價，數(shù)據(jù)比對合格率均在75%以上;DO指標(biāo)比對合格率差別較大。由此可知，采水系統(tǒng)對pH、CODMn、NH3-N三項指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)影響較小，而DO指標(biāo)受采水距離的影響較大。

pH、DO、CODMn三項指標(biāo)自動監(jiān)測與沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)一致性較好;NH3-N指標(biāo)數(shù)據(jù)一致性較差，且不同站點間合格率差別很大。由此可知，配水系統(tǒng)和自動儀器對pH、DO、CODMn三項指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)影響不大，而NH3-N指標(biāo)因手工監(jiān)測與自動監(jiān)測儀器方法的不同導(dǎo)致差異加大，且氣敏電極法NH3-N儀表不適用于優(yōu)質(zhì)水體的監(jiān)測。

四項指標(biāo)自動監(jiān)測與取水口手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對誤差情況，同自動監(jiān)測與沉砂池手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對誤差情況基本一致，由此可知，自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)基本可比，誤差主要來源于兩者在方法原理上的差異，水站可以發(fā)揮實時監(jiān)控、預(yù)警監(jiān)測斷面水質(zhì)的作用。

3.2 建議

建設(shè)水站時應(yīng)盡量縮短采水距離，減小采水管路距離過長對DO指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果的影響;監(jiān)測優(yōu)質(zhì)水體時應(yīng)在NH3-N儀器的選型上深入研究，確保所選儀器的測試方法可有效用于低濃度NH3-N指標(biāo)的監(jiān)測;提高水站的運行維護水平，盡量減小由系統(tǒng)管路、儀器儀表等維護不到位引入的誤差。

參考文獻

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收稿日期：2020-07-29

作者簡介：陳鑫琪（1985-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與管理。