地表水自動監測與手工監測數據比對分析及對策建議

揭 驍，楊韻波，梁 菁，彭小玉，閆文昳

(1.湖南省生態環境監測中心，湖南 長沙 410019；2.力合科技(湖南)股份有限公司，湖南 長沙 410205)

1 引言

隨著國家對環境監測工作的不斷深入，環境監測工作量大幅度增加，環境管理需求也在逐年提高，致使現行的常規地表水每月監測一次的手工監測已不能滿足新形勢下環境管理的需求[1]。進入21世紀，自動監測技術進入到中國地表水環境質量監測領域，在時間和空間上連續性的優勢使其在監測水質變化趨勢及預警預報、實時掌握水質狀況等方面起到了重要作用，作為手工監測的補充，彌補了手工監測的不足[2]。但目前水質自動監測與手工監測相比存在測試基本原理和采樣代表性差異等問題，致使自動監測結果與手工監測結果出現偏差[3～5]。為全面了解水質自動站的自動監測數據與手工監測數據的可比性和差異性，掌握自動監測數據的可靠性和規律性，本文選取全省2017年22個水質自動監測站點的自動監測數據與手工監測數據進行比對分析，探索逐步將自動監測數據用于水質環境質量評價的可行性。

2 評價對象和數據來源

2.1 評價對象

所選的22個水質自動監測站點與手工監測點位地理位置相近，且數據基本齊全。其中，湘江流域、資江流域、沅江流域、澧水流域、環洞庭湖河流分別為14個、2個、4個、1個、1個，分別占63.7%、9.1%、18.2%、4.5%、4.5%。

2.2 監測項目、方法及頻次

水質自動監測站點監測的項目有pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、砷、鎘、鉛、錳、銻、鐵等。由于鉛、鎘、砷等重金屬項目的自動監測儀器的檢出限遠高于手工監測方法，自動監測數據全部高于手工監測數據，無可比性[6]。因此，本文只選取pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷共5個項目進行數據比較分析，其自動監測與手工監測的分析方法及方法檢出限詳見表1。自動監測的采樣時間為每天的0:00、4:00、8:00、12:00、16:00、20:00，并據此生成日均值、周均值、月均值，而手工監測取每月上旬采樣監測一次作為月均值。

3 自動監測數據與手工監測數據比對分析

3.1 年度水質類別比較

在22個水質自動監測站點中，自動與手工監測年度水質類別評價結果保持一致的有18個水質自動監測站點，占比為81.8%。另外4個水質自動監測站點的

表1 監測項目分析方法

年度水質類別評價結果不一致，均為自動監測水質類別優于手工監測水質類別。不一致的項目主要有氨氮、總磷、高錳酸鹽指數、溶解氧，出現的頻次分別為4次、3次、1次、1次。

3.2 季度水質類別比較

對22個水質自動監測站點的監測數據和手工監測數據進行季度水質類別比較，22個水質自動監測站點共88組數據可比，其中水質類別一致的有66組，占比為75.0%。其中，第一季度、第二季度、第三季度及第四季度占比分別為86.4%、77.3%、81.8%、54.5%。

3.3 月度水質類別比較

3.3.1 自動監測數據采用月均值時的比較

采用自動監測的月均值與手工監測的月均值比較，22個水質自動監測站點2017年12個月共264組數據可比，其中水質類別一致的有181組，占比為68.6%。其中，有2個水質自動監測站點全年水質類別一致程度最高，12個月中有11個月水質類別一致，但有1個水質自動監測站點全年水質類別僅有3個月一致，9個月均為手工監測評價水質類別高于自動監測評價水質類別。

3.3.2 自動監測數據采用周均值時的比較

自動監測數據采用與手工監測采樣同周的周均值進行水質類別比較，2017年22個水質自動監測站點共258組數據可比，水質類別一致的有181組，占比為70.2%。

3.3.3 自動監測采用日均值時的比較

自動監測數據采用與手工監測采樣同日的日均值進行水質類別比較，2017年22個水質自動監測站點共246組數據可比，水質類別一致的有151組，占比為61.4%。

3.4 水質類別比對結果分析

22個水質自動監測站點進行自動監測數據和手工監測數據水質類別年均值、季均值、月均值、周均值、日均值比較結果詳見圖1。由圖1可見，采用自動監測數據與手工監測數據進行水質類別評價時，存在一定的差異，其特點表現為時間跨度越長，水質類別的評價結果越趨于一致。其中，年度水質類別評價結果一致的水質自動監測站點比率最高，為81.8%；季度水質類別評價結果一致的水質自動監測站點比率居中，為75.0%；而評價月度水質類別時，用自動監測月均值、周均值、日均值與手工監測數據對比，一致率分別為68.6%、70.2%、61.4%。

4 結論與建議

(1)采用自動監測數據與手工監測數據評價各水質監測站點的水質類別時，評價結果存在一定的差異。其中，年度水質類別評價結果一致的水質監測站點比率最高，為81.8%；季度水質類別評價結果一致的水質監測站點居中，為75.0%；而評價月度水質類別時，用自動監測月均值、周均值、日均值與手工監測數據對比，一致率分別為68.6%、70.2%、61.4%。整體來看，時間跨度越長，自動與手工監測數據評價的水質類別結論越趨于一致。

圖1 自動監測數據與手工監測數據比對結果

(2)此次數據比對分析，手工監測數據采用的是每月一次性監測值，而自動監測數據是在小時均值的基礎上形成日均值再統計月均值等；自動監測一般為一個采樣點，而手工監測視河寬和水深多點位采樣。因此，監測數據的采集方式不同也是數據比對有差異的影響因素之一。另外，部分項目的水質自動監測與手工監測存在測試原理不一致、水樣預處理方式不一致、自動和手工監測方法的檢出限差異較大等差別，也是數據比對存在差異的影響因素。

(3)目前水質自動監測與手工監測相比存在測試基本原理和采樣代表性差異、監測指標覆蓋面不足、重金屬類監測指標靈敏度低等問題。致使自動監測數據在應用方面還存在一定的局限性，但自動監測在水環境污染預警、水質實時變化趨勢等方面有著不可替代的重要作用。今后，為提高水質自動監測水平，應積極研發單項監測指標的自動監測儀器，使水質自動監測能夠覆蓋更多的評價指標。同時，提高水質自動監測的集成化水平，進一步完善自動監測的采樣、分析等儀器設備，提高儀器的抗干擾性及靈敏度，確保自動監測數據的準確性及與手工監測數據的可比性，以便研究自動監測數據用于水質環境治理評價的技術規范和方法。