地表水水质自动监测与手工监测结果的可比性研究

陈鑫琪 邢学珂 梅卓华 张哲海

摘要：选取南京市三个代表性水站，每月对pH、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）4项指标同步开展取水口手工监测、沉砂池手工监测和自动监测，并对监测结果进行比对分析。结果表明：自动监测与手工监测数据基本可比，采水系统对监测结果影响较小，DO易受采水距离的影响。自动监测和手工监测结果的误差主要来源于两者在方法原理上的差异，尤其是对优质水体NH3-N指标的监测，应选用方法检出限更低的仪器。

关键词：地表水水质;自动监测;手工监测;可比性

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.078

Abstract： Monitoring results （pH， DO， CODMn and NH3-N） of surface water quality by manual monitoring of water samples in water intake， manual monitoring of water samples in grit chamber and automatic monitoring from three representative water stations in Nanjing were compared and analyzed.It is shown that the data of automatic monitoring and manual monitoring are basically comparable， the influence of water intake system on the monitoring results is small，and DO is susceptible to the distance of water intake.The error of the results of automatic monitoring and manual monitoring mainly comes from the difference in method and principle， especially for the monitoring of NH3-N in high quality water， the instrument with lower detection limit should be selected.

Key words： Surface water quality;Automatic monitoring;Manual monitoring; Comparability

隨着地表水水质自动监测网络的不断发展和完善，水质自动监测数据的应用从掌握水质变化趋势、预警监测和信息发布[1-2]，逐步扩展到了水环境目标考核和水环境生态（区域）补偿等关键领域[3-4]。而全国首部生态环境监测地方性法规《江苏省生态环境监测条例》的出台，确定了自动监测数据在环境执法中的法律地位。这些新形势、新变化也必然对自动监测数据的质量提出了更高要求。目前，实际水样自动监测与手工监测数据比对是水质自动监测系统的主要质量控制措施之一[5-6]。选取南京市长江干流、城市内河和湖库的代表性水质自动监测站（以下简称水站），对自动监测数据和分别在取水口、沉砂池进行的手工监测数据进行可比性分析。结果表明：自动监测与手工监测数据总体一致、可比，采配水系统对除DO外其他指标的监测结果影响很小，自动监测与手工监测结果的误差主要来源于两者在方法原理上的差异。

1 实验部分

1.1 实验仪器

分别在长江干流、城市内河和湖库选取代表性水站，长江大胜关、外秦淮河石头城和金牛湖3个站点由同一家公司建设，站点建成时间和仪器配置完全一致，监测的水质类别涵盖了Ⅰ-Ⅴ类，在一定程度上减小了仪器品牌、使用年限引起的差异[7]。

1.2 实验方案

2019年每月在3个站点对pH、DO、CODMn和NH3-N四项指标开展一次比对监测。比对监测：水质自动监测系统启动一个新的测试流程，在采水系统运行时，同步在水站取水口附近进行手工采样，得到取水口水样。采水系统将所测水体水样采集至沉砂池，经30min沉降后，在沉砂池进行手工采样，得到沉砂池水样。手工采集的水样送实验室分析，将得到的手工监测数据与本次自动监测流程运行完成得到的自动监测数据进行统计分析。通过对3个站点取水口手工监测数据、沉砂池手工监测数据和自动监测数据的比对分析，研究自动监测和手工监测数据的可比性。

2 结果与讨论

对各站点沉砂池与取水口手工监测数据的比对误差统计分析（表1），pH绝对误差在±0.1之间的数据占比最低的金牛湖为75%，石头城达到了100%。3个站点CODMn相对误差在±20%之间数据占比均为91.7%。大胜关、金牛湖NH3-N值常年低于0.15mg/L，因此NH3-N计算绝对误差进行统计分析，两个站点误差在±0.05mg/L之间的数据分别占比91.7%、100%，而石头城NH3-N值处于Ⅱ-Ⅴ类水平，误差在±0.05mg/L之间数据占比较低，为50%，但相对误差在±20%内的数据占比达到75%。说明pH、CODMn、NH3-N三项指标手工数据间的一致性很好，采水系统对监测结果影响很小。3个站点DO误差差异较大，大胜关DO绝对误差在±0.3mg/L之间的数据占比91.7%，金牛湖、石头城在该范围内数据占比均低于60%。经分析可能与采水距离有关，大胜关为趸船站，取水口与仪器间距离仅约7m，而金牛湖和石头城为固定站，采水距离均超过50m。

自动监测数据与沉砂池手工监测数据比对分析，pH绝对误差在±0.2之间的数据占比大胜关和石头城均在80%以上，金牛湖为58.3%。DO绝对误差在±0.5mg/L范围内数据占比在75%～91.7%之间。CODMn相对误差在±30%内的数据占比大胜关和金牛湖为83.3%，石头城为66.7%。由于3个站点NH3-N值跨度较大，不管计算绝对误差还是相对误差，结果均难以比较，因此NH3-N根据《地表水自动监测技术规范（试行）》（HJ915-2017）统计比对合格率，分别为大胜关25%、金牛湖33.3%、石头城75%。说明pH、DO、CODMn三项指标自动监测数据与沉砂池手工监测数据一致性较好，配水系统和自动仪器未对监测结果产生较大影响;NH3-N指标数据一致性较差，且不同站点间合格率也有很大差别，主要与仪器的测试方法有关。手工监测方法选用纳氏试剂分光光度法，水中的游离氨或铵盐直接与纳氏试剂反应生成棕黄色胶态化合物后进行吸光度检测，检出限为0.025mg/L。自动监测仪器方法为气敏电极法，需将铵离子转换成游离态的氨气参与反应，检出限为0.05mg/L，准确定量浓度为0.2mg/L，电极漂移明显，需要频繁校正，低浓度应用准确性差。

自动监测数据与取水口手工监测数据比对数据在各个误差范围的占比情况，与自动监测数据与沉砂池手工监测数据比对情况较为接近，如大胜关、金牛湖的NH3-N指标误差分布完全一致。进一步说明自动监测与手工监测相比，采配水系统带来的误差较小，误差主要是由自动监测仪器与手工监测方法原理上的差异引起的。

3 结论与建议

3.1 结论

pH、CODMn、NH3-N三项指标沉砂池与取水口手工监测数据一致性很好，根据《地表水自动监测技术规范（试行）》（HJ915-2017）评价，数据比对合格率均在75%以上;DO指标比对合格率差别较大。由此可知，采水系统对pH、CODMn、NH3-N三项指标监测数据影响较小，而DO指标受采水距离的影响较大。

pH、DO、CODMn三项指标自动监测与沉砂池手工监测数据一致性较好;NH3-N指标数据一致性较差，且不同站点间合格率差别很大。由此可知，配水系统和自动仪器对pH、DO、CODMn三项指标监测数据影响不大，而NH3-N指标因手工监测与自动监测仪器方法的不同导致差异加大，且气敏电极法NH3-N仪表不适用于优质水体的监测。

四项指标自动监测与取水口手工监测数据比对误差情况，同自动监测与沉砂池手工监测数据比对误差情况基本一致，由此可知，自动监测与手工监测数据基本可比，误差主要来源于两者在方法原理上的差异，水站可以发挥实时监控、预警监测断面水质的作用。

3.2 建议

建设水站时应尽量缩短采水距离，减小采水管路距离过长对DO指标监测结果的影响;监测优质水体时应在NH3-N仪器的选型上深入研究，确保所选仪器的测试方法可有效用于低浓度NH3-N指標的监测;提高水站的运行维护水平，尽量减小由系统管路、仪器仪表等维护不到位引入的误差。

参考文献

[1]刘京，马维琦，陈光，等.在线自动监测仪与实验室国标方法测定地表水中总氮的比对分析[J].中国环境监测，2007，23（2）：37-39.

[2]夏文文，钟声，王经顺，等.江苏省太湖流域水质自动监测与手工监测比对情况简析[J].科技资讯，2011（29）：115+117.

[3]刘京，周密，陈鑫，等.国家地表水水质自动监测网建设与运行管理的探索与思考[J].环境监控与预警，2014，6（1）：10-13.

[4]王经顺，钟声，郁建桥.水质自动监测系统建设及应用——以京杭运河生态补偿站建设为例[J].环境保护，2010，38（4）：47-49.

[5]刘京，魏文龙，李晓明，等.水质自动监测与常规监测结果对比分析[J].中国环境监测，2017，33（5）：159-165.

[6]洪正昉，徐立红，刘方.在线自动监测与手工分析地表水总氮的可比性研究[J].中国环境监测，2007，23（6）：18-20.

[7]王国胜，胡宝祥，张兰.地表水水质自动监测数据技术评估[J].中国环境监测，2010，26（5）：44-46.

收稿日期：2020-07-29

作者简介：陈鑫琪（1985-），男，汉族，硕士，工程师，研究方向为生态环境监测与管理。