地表水自動監(jiān)測與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tài)環(huán)境監(jiān)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(huán)境監(jiān)測工作的不斷深入，環(huán)境監(jiān)測工作量大幅度增加，環(huán)境管理需求也在逐年提高，致使現(xiàn)行的常規(guī)地表水每月監(jiān)測一次的手工監(jiān)測已不能滿足新形勢下環(huán)境管理的需求[1]。進入21世紀(jì)，自動監(jiān)測技術(shù)進入到中國地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域，在時間和空間上連續(xù)性的優(yōu)勢使其在監(jiān)測水質(zhì)變化趨勢及預(yù)警預(yù)報、實時掌握水質(zhì)狀況等方面起到了重要作用，作為手工監(jiān)測的補充，彌補了手工監(jiān)測的不足[2]。但目前水質(zhì)自動監(jiān)測與手工監(jiān)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(jiān)測結(jié)果與手工監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)偏差[3～5]。為全面了解水質(zhì)自動站的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性和差異性，掌握自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和規(guī)律性，本文選取全省2017年22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對分析，探索逐步將自動監(jiān)測數(shù)據(jù)用于水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價的可行性。

2 評價對象和數(shù)據(jù)來源

2.1 評價對象

所選的22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點與手工監(jiān)測點位地理位置相近，且數(shù)據(jù)基本齊全。其中，湘江流域、資江流域、沅江流域、澧水流域、環(huán)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(jiān)測項目、方法及頻次

水質(zhì)自動監(jiān)測站點監(jiān)測的項目有pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、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(jiān)測儀器的檢出限遠(yuǎn)高于手工監(jiān)測方法，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)全部高于手工監(jiān)測數(shù)據(jù)，無可比性[6]。因此，本文只選取pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷共5個項目進行數(shù)據(jù)比較分析，其自動監(jiān)測與手工監(jiān)測的分析方法及方法檢出限詳見表1。自動監(jiān)測的采樣時間為每天的0:00、4:00、8:00、12:00、16:00、20:00，并據(jù)此生成日均值、周均值、月均值，而手工監(jiān)測取每月上旬采樣監(jiān)測一次作為月均值。

3 自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對分析

3.1 年度水質(zhì)類別比較

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

表1 監(jiān)測項目分析方法

年度水質(zhì)類別評價結(jié)果不一致，均為自動監(jiān)測水質(zhì)類別優(yōu)于手工監(jiān)測水質(zhì)類別。不一致的項目主要有氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧，出現(xiàn)的頻次分別為4次、3次、1次、1次。

3.2 季度水質(zhì)類別比較

對22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)和手工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行季度水質(zhì)類別比較，22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點共88組數(shù)據(jù)可比，其中水質(zhì)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(zhì)類別比較

3.3.1 自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采用月均值時的比較

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

3.3.2 自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采用周均值時的比較

自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采用與手工監(jiān)測采樣同周的周均值進行水質(zhì)類別比較，2017年22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點共258組數(shù)據(jù)可比，水質(zhì)類別一致的有181組，占比為70.2%。

3.3.3 自動監(jiān)測采用日均值時的比較

自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采用與手工監(jiān)測采樣同日的日均值進行水質(zhì)類別比較，2017年22個水質(zhì)自動監(jiān)測站點共246組數(shù)據(jù)可比，水質(zhì)類別一致的有151組，占比為61.4%。

3.4 水質(zhì)類別比對結(jié)果分析

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

4 結(jié)論與建議

(1)采用自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)評價各水質(zhì)監(jiān)測站點的水質(zhì)類別時，評價結(jié)果存在一定的差異。其中，年度水質(zhì)類別評價結(jié)果一致的水質(zhì)監(jiān)測站點比率最高，為81.8%；季度水質(zhì)類別評價結(jié)果一致的水質(zhì)監(jiān)測站點居中，為75.0%；而評價月度水質(zhì)類別時，用自動監(jiān)測月均值、周均值、日均值與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)評價的水質(zhì)類別結(jié)論越趨于一致。

圖1 自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對結(jié)果

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

(3)目前水質(zhì)自動監(jiān)測與手工監(jiān)測相比存在測試基本原理和采樣代表性差異、監(jiān)測指標(biāo)覆蓋面不足、重金屬類監(jiān)測指標(biāo)靈敏度低等問題。致使自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在應(yīng)用方面還存在一定的局限性，但自動監(jiān)測在水環(huán)境污染預(yù)警、水質(zhì)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(zhì)自動監(jiān)測水平，應(yīng)積極研發(fā)單項監(jiān)測指標(biāo)的自動監(jiān)測儀器，使水質(zhì)自動監(jiān)測能夠覆蓋更多的評價指標(biāo)。同時，提高水質(zhì)自動監(jiān)測的集成化水平，進一步完善自動監(jiān)測的采樣、分析等儀器設(shè)備，提高儀器的抗干擾性及靈敏度，確保自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及與手工監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性，以便研究自動監(jiān)測數(shù)據(jù)用于水質(zhì)環(huán)境治理評價的技術(shù)規(guī)范和方法。