地表水環境質量自動監測遠程質控的探討

黃宏馳（廣東旭誠科技有限公司廣東廣州510235）

地表水環境質量自動監測遠程質控的探討

黃宏馳
（廣東旭誠科技有限公司廣東廣州510235）

環境質量自動監測數據的質量是環境質量自動監測工作健康發展的關鍵和生命線。當前，單純的水質在線監測技術已經不能滿足水質管理的需要，運維失當、數據造假等問題時有發生，且環境管理人員無法實時判斷在線分析儀出現的可疑數據是屬于水站儀器或監測系統故障，所以環保部門亟需一套實時聯動判斷的遠程質控系統，強化對第三方運維機構的監管能力。本文在當前水質在線監測體系的基礎上提出開展遠程質控，并探討當前主流的遠程質控措施。

遠程質控；標樣核查；加標回收；在線監測；地表水

引言

環境質量自動監測數據的質量是環境質量自動監測工作健康發展的關鍵和生命線，環境質量自動監測質量管理不僅關系著數據的客觀、真實、有效，也關系著環境質量監測工作的公信力，更關系著環境保護工作的科學性與決策的正確性[1]。

運維失當、數據造假等問題時常發生[2]，對第三方運維機構缺乏行之有效質量監管手段。并且，水質在線分析儀監測的可疑數據不能及時排除是否為監測系統的原因，也不能判斷從何時開始監測系統出現影響質量的因素[3]。鮮有文獻報道地表水環境質量自動監測遠程質控的具體內容。

1 開展遠程質控的背景

目前，國家地表水水質自動監測網已建成并運維的有151個，此外還有60個新建站和89個上收站，2018年底全部完成新建站的運行與上收站的上收。

地表水自動監測網由于站點廣泛分布的特性，水質自動監測站（以下簡稱水站）通常分布較為分散，位置偏遠，其定期校準維護耗時且費力。環境監測事權上收后，水站的運維模式也逐步向第三方運維機構委托的方式過渡，對運維機構的監督需求也日益急迫。

此外，當前地表水環境質量自動監測工作還存在著質量管理體系不健全，質控手段落后等問題，個別地方還存在行政干預或數據作假等行為[5]。

2 當前地表水自動監測存在的質控問題

當前，大多數水站采取的質控手段是向具有標準物質資質的機構購買標準物質，并按照標準規定要求手工配置成相應濃度的標準物質核查溶液的方式，進行標樣核查。或者直接購買接近地表水濃度的質控樣進行核查。

水質在線監測儀運行過程中不可避免地存在量程漂移、測量誤差、儀器故障及上下游污染企業偷排偷放造成的河流水質劇烈變化等原因，使得水站的監測數據存在不穩定因素。此外，水質在線監測儀在不同季節、不同水質的標準曲線測量線性度是個變化量，影響了監測數據的準確性。同時，水站運行過程中無人值守，當監測數據出現多條數據連續變大或不變等可疑數據的情況時，無法實時判斷是否屬于儀器故障，除了派遣運維人員到水站現場開展質控核查外，沒有其他有效的質控方法。而這種質控核查耗時費力，實時性差，并不能對自動監測的可疑數據進行準確的排查判斷。

地表水自動監測過程中出現的數據質量問題主要如表1所示。

表1 地表水自動監測過程中出現的數據質量問題

3 遠程質控措施探討

3.1 遠程質控系統

遠程質控，由遠程質控平臺實時發送遠程質控指令至水站現場質控儀，質控儀執行標樣核查、加標回收等質控措施，同時，遠程質控可經中心監控平臺或遠程質控平臺遠程設置后定時觸發，還可在監測值濃度超過預設的閾值后觸發。

圖1 地表水自動監測遠程質控拓撲圖

如圖1所示，質控儀、PLC、在線監測儀，以及遠程質控平臺都與工控機通過數據標準通訊接口交互對接，工控機擁有遠程通訊服務模塊，通過網口與交換機連接或通過無線傳輸模塊與中心監控平臺、遠程質控平臺按照標準通訊協議進行通訊。中心監控與遠程質控平臺下傳監測與質控指令，工控機將采集的各類監測數據與質控數據上傳至上位機。質控儀是一套交叉耦合的管路系統，負責向在線監測儀提供固定濃度標樣或規定的不同濃度標樣，以及純水。

3.2 國內主流遠程質控措施

地表水自動監測過程中，常用的遠程質控措施主要包括平行樣測試（空白、水樣、標液）、標樣核查、加標回收、（超標）留樣核查、標線校準等。

唐小燕,項光宏[6]發明了包含數據校驗、標樣核查、留樣核查三種方式的遠程質控措施，當且僅當數據校驗、標樣核查、留樣核查都通過，以及分析儀器無故障標識后，系統才能判定水樣的監測結果有效。

（1）在數據校驗模塊，采用至少2種校正樣濃度標準樣品分別進行測試，2次測得的檢測信號與校正樣濃度根據最小二乘法擬合線性方程：監測數據=a*檢測信號+b，根據方程即可獲知校正系數a、校正系數b；同時，根據當前水樣測試出的檢測信號帶入上述線性方程，即可計算得監測數據，結合水樣測定的監測數據，即可判斷出儀器的校正系數是否被人為篡改；

（2）在標樣核查模塊，根據標準物質的監測數據與標準物質的已知的標準濃度信息的差異判斷核查結果。若差異超出閾值范圍，則監測數據不可信；反之，則可信；

（3）在留樣核查模塊：根據留樣樣品監測數據與留樣樣品的實驗室手工檢測數據的差異性判斷結果。若差異超出閾值范圍，則監測數據不可信；反之，則可信；

彭俊,陳展平,凌清等[7]發明了一種遠程質控測試數據的驗證方法及裝置，采用了包括平行樣測試、標樣核查、加標回收共3種質控措施，并提供3種質控模式，分別為常規質控模式、異常質控模式，以及應急質控模式。

（1）當水樣的監測數據未超過設置的水質標準閾值，且監測的數據較上一時間點的數值上下浮動未超過設置的變化閾值時，該種情況定義為常規質控模式。例如，可在遠程質控管理平臺中設置每做6個水樣測試后，做一次標樣核查；和/或設置每做5個水樣測試后，做一次加標回收；

（2）當水樣的監測數據未超過設置的水質標準閾值，但監測的數據較上一時間點的數值上下浮動超過設置的變化閾值時，此時，系統進入為異常質控模式。例如，當系統啟動異常質控模式后，可設置啟動1次或多次平行樣測試，并可同時選擇進行標樣核查和加標回收測試。標樣核查與加標回收測試結果可證明平行樣測試的是否準確；

（3）當水樣的監測數據超過設置的水質標準閾值（超標），此時即刻觸發標樣核查，當核查結果符合設置的誤差范圍內，則說明當前的監測結果（超標）是正確的；當累計水樣監測的數據超標次數達到設置超標次數后，則系統觸發應急質控模式，并發送短信報警。例如，可設置超標次數達到2次后，對每做6個水樣測試后，做一次標樣核查；和/或設置每做5個水樣測試后，做一次加標回收，并且水樣監測周期由4h監測一次縮短為2h一次或者1h一次；

耿偉[4]發明了一種遠程質控系統，該系統采用三個濃度的標液遠程修正水質監測儀的線性參數。同時，系統根據讀取儀器過程狀態（如空閑、排水、無液位等）綜合判斷儀器故障原因，及時發現儀器故障。

此外，耿偉[8]發明了一種遠程質控裝置，可根據質控結果進行自動留樣待測。分析儀對注滿的采樣杯進行水樣監測分析：若監測結果超標，則質控儀啟動標樣核查，并且該水樣經蠕動泵抽取注入到留樣瓶中，待進一步檢測。若標樣核查結果正常，則復測留樣杯中的水樣，若標樣核查結果不正常，則該分析儀異常，且留樣瓶中水樣處于4℃的冷藏空間內保存待測；若結果未超標，則排空采樣杯中的水樣。

3.3 遠程質控系統發展趨勢

針對地表水自動監測過程中出現的質量控制問題，各水站迫切需要采取遠程質控措施保障監測數據的準確、齊全、客觀、真實。

國家環保部及環境監測總站目前正對全國各省市水站建立一套獨立于現有地表水環境質量自動監測信息管理平臺的遠程質控系統，質控管理平臺（管理遠程質控）與質控儀均由環境保護主管部門監管，水質監測系統的用戶及運維機構無法獲知任何信息，因此水質監測系統用戶無法識別測定的是水樣還是由質控儀提供的標樣，使核查工作更具真實性。

結語

當前，各地表水自動監測站由不同集成商承建，并且各集成商和水站運維機構都推出了自己的數據傳輸系統，并相繼制定了一系列的數據傳輸協議，缺乏統一的地表水自動監測系統數據傳輸規范。但隨著監測事權的上收，按照環保部的要求，在線監測儀器的生產商與集成商將逐步開放監測儀器與工控機的底層通訊協議。下一步，開放、統一規范地表水自動監測系統通訊協議是大勢所趨。根據底層通訊協議，工控機可統一對可疑數據打上標識，中心監控管理平臺通過結合讀取儀器過程狀態信息、儀器日志信息以及數據標識信息，為監測中心數據審核管理人員迅速鎖定并判斷對數據有效性。隨著地表水自動監測質量控制管理體系日趨健全，地表水在線監測數據日后可做為環保部門處理跨流域污染糾紛、流域水環境補償的有效依據。而采取遠程控制系統，則為地表水在線監測數據的準確、有效性提供實時有效保障。

[1]環境保護部.關于加強環境質量自動監測質量管理若干意見(R).北京：環境保護部，2014.

[2]張布偉,任東華,張曉勇,等.水質自動監控系統質控管理研究[J].中國資源綜合利用,2011,29(12): 33-34.

[3]傅德黔.水污染源監測監管技術體系研究[M].北京:中國環境出版社,2013.

[4]耿偉.在線水質監測儀遠程質控系統:中國, 103135537B[P].2015-07-15.

[5]耿煒.應用遠程質控技術加強水質在線監測數據監管[A].中國環境科學學會.2015年中國環境科學學會學術年會論文集（第一卷）[C].中國環境科學學會:2015: 1415-1418.

[6]唐小燕,項光宏.水質監測系統的遠程質控方法及裝置:中國,105549563A[P].2016-05-04.

[7]彭俊,陳展平,凌清,等.測試數據的驗證方法及裝置:中國,103698489B[P].2015-07-29.

[8]耿偉.一種多功能水質遠程質控裝置:中國, 104020270B[P].2016-09-14.

黃宏馳（1987-），男，碩士，主要從事地表水環境質量自動監測工作。