地表水自動監測取水點代表性探討

福建省環境監測中心站 黃志強 黃哲強 張 鑫

水樣的代表性是地表水水質監測的重要內容。長期以來各地開展定點定時的水質常規監測都是手工采樣的監測（以下簡稱手工監測），隨著自動監測技術與網絡信息技術的發展，水質自動采樣監測技術（以下簡稱自動監測）的應用也獲得較快的推進，其具有實時性強、頻次高、人為干擾少等優勢[1]。手工監測與自動監測點位選擇對水文條件的要求是一致的，但在實現監測的條件方面卻不同，手工監測的實現受交通條件的制約，自動監測除交通條件外，還必須有供電、通信網絡等條件，手工監測要依河流斷面寬度和水深采不同泓線和深度的水樣，而自動監測一般只采近岸的水樣。由于手工監測在先，為配合手工監測而建設的水質自動監測站（以下簡稱水站）的選址難免出現與手工斷面不一致的情況，而且水站取水點與斷面水質也不會完全一致。

本文通過對福建省早期在九龍江北溪建設的五個水站的回顧性評價，探討水站選址的符合性注意細節及采水點水質代表性的方法，以期在新的水站建設中保證監測數據的代表性。

1 九龍江北溪5個水站地理位置及基本情況

本文選取的五個水站自上游至下游依次為龍巖雁石橋、漳平頂坊、華安西陂、北溪浦南、長泰洛濱站點。龍巖雁石橋水站及對應手工斷面均處于自然河道上，如圖1-a所示。該水站在其手工斷面上游約1km處，中間沒有別的污染源和支流進入，而該水站上游百米處有水電站的出水口。

漳平頂坊水站處于自然河道上，但對應手工斷面在其上游約2km處合溪電站的壩前，屬于庫區。兩岸都為山地，沒有支流及別的污染源進入，如圖1-b所示。

華安西陂水站取水點斷面與其手工斷面重合，位于西陂水電站庫區中段，上一梯級電站為小杞電站，與西陂電站尾水基本相接，水域周邊以丘陵山脈為主，沒有支流及別的污染源進入，如圖1-c所示。

北溪浦南水站取水點斷面與其手工斷面重合，上游1km兩岸村莊的生活廢水等主要通過各排澇溝排入北溪；上游3～4km為豐山工業區，如圖1-d所示。

長泰洛濱水站位于對應手工斷面下游約300m，手工斷面上游為縣城及興泰工業區，縣城生活廢水進入西區污水廠處理后經珠浦排洪閘（手工斷面上游800m）進入水體，興泰工業區廢水經東區污水處理廠處理后進入石崗排澇渠（手工斷面上游4～5km）后流入水體，上游3～4km處有造紙（再生）企業處理后的廢水進入水體，上游100m處還有古農農場的生活生產廢水主要通過古農高排渠進入水體。下游內沿岸主要為村莊和農田，1.5km后匯入九龍江北溪干流。長泰洛濱水站地理位置圖詳見圖1-e。

圖1 各站點以及相應常規采樣斷面地理位置示意圖

2 研究方法

2.1 監測內容

監測項目選擇：環境管理主要考核項目、在環境中易波動的項目，采用手工監測方法，具體項目和監測方法見表1。

表1 評價監測項目及方法

各水站的監測點是在水站上、下游河段一定范圍內選擇。我們分別在各水站取水點處設置1個采樣點，并在取水斷面處、取水斷面上游100m （龍巖雁石橋站點由于地理環境限制，設在取水斷面上游50m）處、下游100m處以及對應手工斷面處依河段寬度和水深按《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91-2002）分別設置采樣點，為保證評價數據量，個別站位適當加密。

各站點于枯水期（2014年1月～2月）及豐水期（2014年8月）分別連續監測三天，每天監測一次。

2.2 評價分析方法

以所選監測斷面平均值（或采樣點所在斷面平均值）為參照，計算相對誤差，大于 10%為超標[2]，并統計超標的個數比例評價代表性。

3 監測結果及分析

3.1 取水點代表性監測結果分析

代表性評價監測結果經統計分析形成相對誤差分布圖，詳見圖2~圖6。

圖2 龍巖雁石橋站點誤差匯總圖

圖3 漳平頂坊站點誤差匯總圖

圖4 華安西陂站點誤差匯總圖

圖5 北溪浦南站點誤差分布圖

圖6 長泰洛濱站點誤差匯總圖

由各水站相對誤差分布圖（圖2~圖6）分析：

（1）龍巖雁石橋水站取水點與其斷面平均水質相對誤差在-10%～10%范圍內的個數比例為100%，其余4個站點也都在80%以上，表明各水站取水點水質能較好地代表其斷面的平均水質。

（2）除華安西陂水站取水點與周邊水域平均水質相對誤差在-10%～10%范圍內的個數比例小于80%外，其余4個水站都在80%以上，表明龍巖雁石橋、漳平頂坊、北溪浦南、長泰洛濱4個水站各自取水點水質能大致代表周邊水域平均水質。

華安西陂水站取水點水質較其周邊水域的平均水質好，而且存在較大差別，不能完全代表周邊水域的平均水質。通過分析，主要原因：一是該區域水體均勻性差，存在分層現象，中下層的水質較渾濁，而水站取水點處于上層（水面下0.5m），水質較清澈；二是由于采樣前數天大量降雨，導致水質懸浮物增加，加劇了水體分層的濃度差異。該河段水質分布表明，若將該水站取水點往河中央移動并增加取水深度，能更好地代表其周邊水域的平均水質。

（3）水站取水點出現相對誤差超±10%的項目主要是氨氮和總磷，氨氮以正超差為主，總磷以負超差為主。有研究表明，流動河道中氨氮含量大小與懸浮物沒有明顯相關性[3]，本研究表明，河道近岸的氨氮濃度會大一些；總磷負超差與總磷在河道中分布有關，特別是受懸浮物吸附沉淀的影響[4]。水站取水點多數是近岸，且采的是表層水樣，而河道中、下層懸浮物高，相對的總磷含量也高些。

3.2 水站取水點與手工監測斷面比較分析

由于西陂站和浦南站自動監測取水點與手工監測在同一斷面，其結果與上文斷面評價相同。

研究表明，龍巖雁石橋、漳平頂坊、長泰洛濱3個水站取水點水質與各自站點對應的手工常規監測斷面平均水質不一致，不能代表手工常規斷面的平均水質。具體分析如下：

3.2.1 龍巖雁石橋站點。水站取水點與手工斷面各項目平均水質相對誤差都有超過控制誤差值，枯水季節尤為明顯，主要分布在高錳酸鹽指數、總磷、氨氮和總氮項目，其中枯水期超差比例較多。表明該站點與對應的手工斷面平均水質存在明顯差別，不能代表手工斷面的水質。

產生這種差別主要是由于該水站上游100m為水電站出水口，水流湍急，而且水電站出水都是中下層水。而手工段面在該水站下游約1km處，水體流態穩定，水質懸浮物減少，干擾測定的因素減少，溶解氧也恢復。

3.2.2 漳平頂坊站點。水站取水點與手工斷面平均水質相對誤差超過控制誤差限值的現象主要在豐水期，而且都是負超差。

由于頂坊手工常規監測斷面位于合溪水電站壩前，漳平頂坊水站在其下游約2km處，被水電站大壩攔截的水體放水流動至下游約2km的漳平頂坊水站處，水質得到很大的改善?？梢娝救∷c水質受水電站是否發電放水影響，水站取水點應避開水電站的大壩，如果距離較近，設在壩前或壩后都不合適。

3.2.3 長泰洛濱站點。水站取水點與手工斷面平均水質相對誤差超過控制誤差限值的現象發生在氨氮和總磷項目上，而且以負超差為主，無豐、枯水期區別。

長泰洛濱手工常規監測斷面的水質受上游近距離匯入的廢水影響，主要是農場生活生產廢水和污水廠處理后廢水（詳見圖1-e），而且這兩股廢水的量都比較大，故水質較差。長泰洛濱水站取水點雖然位于手工常規監測斷面下游約 300m處，距離不遠，但是水體經流動混合，水質比上游的手工常規斷面還是發生了一定程度的好轉。因此，水站取水點應避開廢水污染源，距離以足夠遠為宜。

4 結論與建議

4.1 代表性是水質監測關鍵要求之一，研究表明，在不同形式河道上水站取水點的斷面代表性都有較好的一致性，但相對于其上下游一定范圍的河段，代表性可能下降。當水站選址確定后，為了取得代表水樣，應當做河段代表性分析，從中選擇較好的取水點。

4.2 河流水體不均勻性是客觀存在的，福建河網中上游段有大量的水電站，減緩了水流速度，滯留了下層水體，使水質發生變化。當前普遍選用的取水點設在表層0.5～1m范圍內，主觀上強調了形式的一致性，但限制了水樣的代表性。為實現較好的代表性，除了避免河床對水質影響而將選擇向中線靠近外，建議結合斷面評價，選擇具有代表性的采水深度。也可以設計多層分配采水裝置，以滿足水樣的代表性。

4.3 在評價項目的選擇上，如果該項目濃度在河流上基本穩定不變（如電導率），則隨意選擇取水點也不影響，對評價沒起到作用。所以必須選擇性質不穩定、濃度可能波動的項目，本研究表明，氨氮、總磷是主要考慮的項目，其次是高錳酸鹽指數和總氮。

4.4 為了保持手工常規監測斷面監測信息的延續性，對應的水站選址就盡可能與常規斷面一致。如果水站建設受限于電源、網絡通訊，通過增加投資還是可能解決的，但遇到水電站或水電站庫區，要注意：一是如果常規斷面在水電站出水下游方向，水站不宜在水電站出水近處，至少要在1km以外設站；二是如果常規斷面在水電站庫區壩內，水站選址不宜在壩下，即便水流已經平穩，但水質已經不同。

4.5 對應于常規監測斷面建設的水站，目的是為了保持監測數據的一致性和歷史延續性，并加強適時監控的功能。在常規斷面受排污口影響的情況下，水站選址采取避開排污口的形式已使其站位性質產生了變化。建議還是與常規斷面靠近，尋求或推動當地政府治理污水，達到監測斷面監控污染的目的。

[1]蔡同鋒,張艷艷.環境自動監測技術綜述[J].污染防治技術,2010(6):87-90.

[2]中華人民共和國國家環境保護標準 環境保護部發布.地表水自動監測技術規范（征求意見稿）[A]

[3]呂克仙.不同環境水體中懸浮物與氨氮含量的相關性分析[J].資源節約與環保,2015(2): 72, 77.

[4]李大鵬,黃勇,李勇,潘楊.沉積物擾動持續時間對懸浮物中磷形態數量分布的影響[J].環境科學,2012(2): 379-384.