对比分析地表水水质自动监测数据与手工监测数据

对比分析地表水水质自动监测数据与手工监测数据

畅娜1    ,毛盾2    ,刘成凯3

长江水利委员会陆水试验枢纽管理局  湖北赤壁 437300

摘要：随着国家对生态环境数据监测标准的日益提高，当前地表水水质的分析可通过自动监测与手工监测两种方式进行，而每月一次的手工监测已难以满足国家对环境指标的需要，因此全天候自动化的监测方式可作为手工监测数据的补充，促进环境部门更为精准地了解水质情况。

关键词：地表水水质分析；水质监测；数据对比；监测偏差

引言：我国的地表水水质数据监测工作一直采用着每月一次的手工监测方式，而随着自动化技术的不断发展，自动监测站的不断设立，自动化监测方式相比于手工监测方式拥有更高的实时性与连续性，因此需要对两种数据监测方式的结果进行比对分析，判断自动监测方式的可行性，以及能否将自动监测方式完全替代手工监测方式。

一、地表水水质监测区域概况与点位选取

对地表水水质数据的手工监测是每月一次的例行检查，手工监测应全面遵循《地表水环境质量标准》所规定的各类监测指标，以衡阳市水质监测工作为例，该地区的水质监测工作位于湘江中游，在衡阳市境内流域约226km，占据湘江总里程的40%，且流域面积达到3000km²，拥有多条支流，为此应对该流域进行全面监测，确保当地的生态环境质量。

监测过程中应针对水温、pH值、溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮含量、铅、砷离子等重金属化合物含量进行分析，而自动化监测则可以随着自动监测站点的设立进行全天候的实时探测，并对水环境问题进行预警，其中设立了9个自动监测站，分别沿着河道流域进行设立，每个四小时可进行一次水质监测，而手工监测点位则布置在各个自动监测站点的监测断面，相互之间提供数据补充[1]。

二、地表水水质数据监测比对方法

我国《地表水环境质量标准》对地表水水质监测所包含的各类指标进行了明确规定，为提升自动监测数据与手工监测数据比对的可比性，应选用自动监测站点所出具数据的月均值与当月的手工监测数据相比对，并验证两种监测方式得出数据的偏差情况。其中各个自动监测站点在每月可出具上百组数据，应对当月出具各组数据的平均值进行测算，再与手工监测数据结果相比对，计算相对偏差，而比对中的偏差可通过：

其中为数据偏差，为自动监测数据，为手工监测数据。

三、自动监测数据与手工监测数据结果分析

（一）常规参数比较

地表水水质的常规参数包括水温、PH值、溶解氧、电导率等指标，可调取2019年8月份衡阳市湘江流域的自动监测数据与手动监测数据的详细结果，该月自动监测站共出具了108组数据，对比统计结果偏差（如表1）。

表1 自动监测数据与手工监测常规数据偏差对比

四项指标的可比性较高，自动监测方式与手动监测方式的偏差相对较小，二者结果的大部分偏差都集中在10%左右，数据的偏差量较低，特别是PH值的检测结果偏差最低，自动监测与手工监测的结果几乎不发生偏差，没有出现超过10%的偏差情况。而在水温、电导率与溶解氧三个常规参数比对中，相对偏差虽然在低于10%的情况中出现较多，但在偏差范围10%到20%的范围内，依旧存在将近25%的概率，且还存在超过30%的情况。通过数据对比可知，在地表水质的自动监测与手工监测结果对比中，对于水质PH值的监测结果偏差较低，对于水温与电导率的监测结果会拥有一定的偏差，而对于溶解氧的监测结果则会有较大的偏差。

（二）必测指标比较

地表水水质的必测指标可包括高锰酸钾指数、氨氮含量与磷含量等，同样可选取2019年8月衡阳市湘江流域的监测结果进行数据对比，可得出各个指标的偏差状况（如表2）。

表2 自动监测数据与手工监测必测数据偏差对比

通过对比可看出，对高锰酸钾、磷含量与氨氮含量的测算中，自动监测数据与手工监测数据的偏差幅度明显高于对常规参数的测试偏差，一定程度上缺乏可比性，而其中高锰酸钾的数据监测结果，相对于磷含量与氨氮含量的偏差较小，约45%的数据偏差可处于10%以下，而氨氮含量处于10%偏差以下的结果仅仅占到14%，超过30%偏差的数据结果甚至达到了一半以上，因此从对比数据来看，自动监测数据与手工监测数据在必测数据方面的可比性略低，相对偏差较高。

（三）重金属离子比较

在地表水水质的重金属离子监测中，包含对砷元素、铅元素与镉元素的比较，这也是一项重要的监测内容，可直接观测出水环境的污染程度，而通过对2019年8月衡阳市湘江流域水环境的监测数据，可得出自动监测与手工监测的偏差情况（如表3）。

表3 自动监测数据与手工监测重金属离子数据偏差对比

通过比对分析可知，对于重金属离子的监测，自动监测数据与手工监测数据的偏差极大，几乎不具备可比性，其中砷离子的监测结果在重金属离子的结果偏差中较小，但也高于常规监测数据与必测监测数据，而铅离子与镉离子的监测中，偏差程度甚至有一半以上超过90%，两种监测方式所得数据差距极大，这是由于水质自动监测站的监测仪器对重金属离子的检出限较高，而实际地表水的浓度较低，导致两种方式出现了较大的偏差。

（四）数据比较结论

通过对自动监测数据与手工监测数据的偏差对比可知：在多数情况下，常规监测中的水温、PH值、溶解氧及电导率等方面，两种监测方式结果偏差较低，而必测指标中的高锰酸钾指数、氨氮含量与磷含量等方面，两种监测方式开始具有一定的偏差，而重金属离子指标中的砷元素、铅元素与镉元素含量监测方面，两种监测方式的结果偏差较高，可比性远远低于前两种监测。

首先在常规监测中，监测项目在一个月中的变化波动并不大，具有一定的稳定性，可比性较高，而其他监测中，各项元素的波动性较大，一个月时间中很容易产生变化，此外自动化监测与手工监测在测试原理、水样预处理、监测取样时间、采样覆盖面及监测指标等方面均有较大的差别，也很容易导致数据结果出现偏差，为此应进一步对各项方式进行完善，提高监测的抗干扰性与数据可比性，确保二者数据可以相互补充[2]。

结语：总而言之，在对地表水水质的数据监测中，自动化监测与手工监测方式都是当前使用较多的监测，以2019年8月衡阳市湘江流域的水质情况为例，两种方法的监测结果在常规参数测试中偏差较低，可以进行相互补充，但在必测项目指标及重金属离子含量等指标中，两种方法所得结果的偏差较高，相互之间可比性较低，因此实践工作中两者数据偶然性较高，应提升监测数据可比性。

参考文献：

[1]杨韵波,彭小玉,闫文昳. 地表水自动监测与手工监测数据比对分析及对策建议[J]. 绿色科技,2021,23(08):72-73+82.

[2]陈鑫琪,梅卓华,张哲海. 地表水水质自动监测与手工监测结果的可比性研究[J]. 环境与发展,2020,32(10):138-139.
作者简介：畅娜；性别：女；出生年月：1993.06 ；籍贯：民族：汉族 ；最高学历：本科；目前职称：助理工程师；研究方向：水资源管理与保护