地表水环境质量自动监测远程质控的探讨

黄宏驰（广东旭诚科技有限公司广东广州510235）

地表水环境质量自动监测远程质控的探讨

黄宏驰
（广东旭诚科技有限公司广东广州510235）

环境质量自动监测数据的质量是环境质量自动监测工作健康发展的关键和生命线。当前，单纯的水质在线监测技术已经不能满足水质管理的需要，运维失当、数据造假等问题时有发生，且环境管理人员无法实时判断在线分析仪出现的可疑数据是属于水站仪器或监测系统故障，所以环保部门亟需一套实时联动判断的远程质控系统，强化对第三方运维机构的监管能力。本文在当前水质在线监测体系的基础上提出开展远程质控，并探讨当前主流的远程质控措施。

远程质控；标样核查；加标回收；在线监测；地表水

引言

环境质量自动监测数据的质量是环境质量自动监测工作健康发展的关键和生命线，环境质量自动监测质量管理不仅关系着数据的客观、真实、有效，也关系着环境质量监测工作的公信力，更关系着环境保护工作的科学性与决策的正确性[1]。

运维失当、数据造假等问题时常发生[2]，对第三方运维机构缺乏行之有效质量监管手段。并且，水质在线分析仪监测的可疑数据不能及时排除是否为监测系统的原因，也不能判断从何时开始监测系统出现影响质量的因素[3]。鲜有文献报道地表水环境质量自动监测远程质控的具体内容。

1 开展远程质控的背景

目前，国家地表水水质自动监测网已建成并运维的有151个，此外还有60个新建站和89个上收站，2018年底全部完成新建站的运行与上收站的上收。

地表水自动监测网由于站点广泛分布的特性，水质自动监测站（以下简称水站）通常分布较为分散，位置偏远，其定期校准维护耗时且费力。环境监测事权上收后，水站的运维模式也逐步向第三方运维机构委托的方式过渡，对运维机构的监督需求也日益急迫。

此外，当前地表水环境质量自动监测工作还存在着质量管理体系不健全，质控手段落后等问题，个别地方还存在行政干预或数据作假等行为[5]。

2 当前地表水自动监测存在的质控问题

当前，大多数水站采取的质控手段是向具有标准物质资质的机构购买标准物质，并按照标准规定要求手工配置成相应浓度的标准物质核查溶液的方式，进行标样核查。或者直接购买接近地表水浓度的质控样进行核查。

水质在线监测仪运行过程中不可避免地存在量程漂移、测量误差、仪器故障及上下游污染企业偷排偷放造成的河流水质剧烈变化等原因，使得水站的监测数据存在不稳定因素。此外，水质在线监测仪在不同季节、不同水质的标准曲线测量线性度是个变化量，影响了监测数据的准确性。同时，水站运行过程中无人值守，当监测数据出现多条数据连续变大或不变等可疑数据的情况时，无法实时判断是否属于仪器故障，除了派遣运维人员到水站现场开展质控核查外，没有其他有效的质控方法。而这种质控核查耗时费力，实时性差，并不能对自动监测的可疑数据进行准确的排查判断。

地表水自动监测过程中出现的数据质量问题主要如表1所示。

表1 地表水自动监测过程中出现的数据质量问题

3 远程质控措施探讨

3.1 远程质控系统

远程质控，由远程质控平台实时发送远程质控指令至水站现场质控仪，质控仪执行标样核查、加标回收等质控措施，同时，远程质控可经中心监控平台或远程质控平台远程设置后定时触发，还可在监测值浓度超过预设的阈值后触发。

图1 地表水自动监测远程质控拓扑图

如图1所示，质控仪、PLC、在线监测仪，以及远程质控平台都与工控机通过数据标准通讯接口交互对接，工控机拥有远程通讯服务模块，通过网口与交换机连接或通过无线传输模块与中心监控平台、远程质控平台按照标准通讯协议进行通讯。中心监控与远程质控平台下传监测与质控指令，工控机将采集的各类监测数据与质控数据上传至上位机。质控仪是一套交叉耦合的管路系统，负责向在线监测仪提供固定浓度标样或规定的不同浓度标样，以及纯水。

3.2 国内主流远程质控措施

地表水自动监测过程中，常用的远程质控措施主要包括平行样测试（空白、水样、标液）、标样核查、加标回收、（超标）留样核查、标线校准等。

唐小燕,项光宏[6]发明了包含数据校验、标样核查、留样核查三种方式的远程质控措施，当且仅当数据校验、标样核查、留样核查都通过，以及分析仪器无故障标识后，系统才能判定水样的监测结果有效。

（1）在数据校验模块，采用至少2种校正样浓度标准样品分别进行测试，2次测得的检测信号与校正样浓度根据最小二乘法拟合线性方程：监测数据=a*检测信号+b，根据方程即可获知校正系数a、校正系数b；同时，根据当前水样测试出的检测信号带入上述线性方程，即可计算得监测数据，结合水样测定的监测数据，即可判断出仪器的校正系数是否被人为篡改；

（2）在标样核查模块，根据标准物质的监测数据与标准物质的已知的标准浓度信息的差异判断核查结果。若差异超出阈值范围，则监测数据不可信；反之，则可信；

（3）在留样核查模块：根据留样样品监测数据与留样样品的实验室手工检测数据的差异性判断结果。若差异超出阈值范围，则监测数据不可信；反之，则可信；

彭俊,陈展平,凌清等[7]发明了一种远程质控测试数据的验证方法及装置，采用了包括平行样测试、标样核查、加标回收共3种质控措施，并提供3种质控模式，分别为常规质控模式、异常质控模式，以及应急质控模式。

（1）当水样的监测数据未超过设置的水质标准阈值，且监测的数据较上一时间点的数值上下浮动未超过设置的变化阈值时，该种情况定义为常规质控模式。例如，可在远程质控管理平台中设置每做6个水样测试后，做一次标样核查；和/或设置每做5个水样测试后，做一次加标回收；

（2）当水样的监测数据未超过设置的水质标准阈值，但监测的数据较上一时间点的数值上下浮动超过设置的变化阈值时，此时，系统进入为异常质控模式。例如，当系统启动异常质控模式后，可设置启动1次或多次平行样测试，并可同时选择进行标样核查和加标回收测试。标样核查与加标回收测试结果可证明平行样测试的是否准确；

（3）当水样的监测数据超过设置的水质标准阈值（超标），此时即刻触发标样核查，当核查结果符合设置的误差范围内，则说明当前的监测结果（超标）是正确的；当累计水样监测的数据超标次数达到设置超标次数后，则系统触发应急质控模式，并发送短信报警。例如，可设置超标次数达到2次后，对每做6个水样测试后，做一次标样核查；和/或设置每做5个水样测试后，做一次加标回收，并且水样监测周期由4h监测一次缩短为2h一次或者1h一次；

耿伟[4]发明了一种远程质控系统，该系统采用三个浓度的标液远程修正水质监测仪的线性参数。同时，系统根据读取仪器过程状态（如空闲、排水、无液位等）综合判断仪器故障原因，及时发现仪器故障。

此外，耿伟[8]发明了一种远程质控装置，可根据质控结果进行自动留样待测。分析仪对注满的采样杯进行水样监测分析：若监测结果超标，则质控仪启动标样核查，并且该水样经蠕动泵抽取注入到留样瓶中，待进一步检测。若标样核查结果正常，则复测留样杯中的水样，若标样核查结果不正常，则该分析仪异常，且留样瓶中水样处于4℃的冷藏空间内保存待测；若结果未超标，则排空采样杯中的水样。

3.3 远程质控系统发展趋势

针对地表水自动监测过程中出现的质量控制问题，各水站迫切需要采取远程质控措施保障监测数据的准确、齐全、客观、真实。

国家环保部及环境监测总站目前正对全国各省市水站建立一套独立于现有地表水环境质量自动监测信息管理平台的远程质控系统，质控管理平台（管理远程质控）与质控仪均由环境保护主管部门监管，水质监测系统的用户及运维机构无法获知任何信息，因此水质监测系统用户无法识别测定的是水样还是由质控仪提供的标样，使核查工作更具真实性。

结语

当前，各地表水自动监测站由不同集成商承建，并且各集成商和水站运维机构都推出了自己的数据传输系统，并相继制定了一系列的数据传输协议，缺乏统一的地表水自动监测系统数据传输规范。但随着监测事权的上收，按照环保部的要求，在线监测仪器的生产商与集成商将逐步开放监测仪器与工控机的底层通讯协议。下一步，开放、统一规范地表水自动监测系统通讯协议是大势所趋。根据底层通讯协议，工控机可统一对可疑数据打上标识，中心监控管理平台通过结合读取仪器过程状态信息、仪器日志信息以及数据标识信息，为监测中心数据审核管理人员迅速锁定并判断对数据有效性。随着地表水自动监测质量控制管理体系日趋健全，地表水在线监测数据日后可做为环保部门处理跨流域污染纠纷、流域水环境补偿的有效依据。而采取远程控制系统，则为地表水在线监测数据的准确、有效性提供实时有效保障。

[1]环境保护部.关于加强环境质量自动监测质量管理若干意见(R).北京：环境保护部，2014.

[2]张布伟,任东华,张晓勇,等.水质自动监控系统质控管理研究[J].中国资源综合利用,2011,29(12): 33-34.

[3]傅德黔.水污染源监测监管技术体系研究[M].北京:中国环境出版社,2013.

[4]耿伟.在线水质监测仪远程质控系统:中国, 103135537B[P].2015-07-15.

[5]耿炜.应用远程质控技术加强水质在线监测数据监管[A].中国环境科学学会.2015年中国环境科学学会学术年会论文集（第一卷）[C].中国环境科学学会:2015: 1415-1418.

[6]唐小燕,项光宏.水质监测系统的远程质控方法及装置:中国,105549563A[P].2016-05-04.

[7]彭俊,陈展平,凌清,等.测试数据的验证方法及装置:中国,103698489B[P].2015-07-29.

[8]耿伟.一种多功能水质远程质控装置:中国, 104020270B[P].2016-09-14.

黄宏驰（1987-），男，硕士，主要从事地表水环境质量自动监测工作。