南水北调东线一期工程省际水质监测采样频率的计算与制定

徐冬梅 尚春林 秦朝俊 曹艳秀

（1淮河流域水资源保护局 蚌埠 233001 2安徽省环境监察局 合肥 230000）

南水北调东线一期工程省际水质监测采样频率的计算与制定

徐冬梅1尚春林1秦朝俊2曹艳秀1

（1淮河流域水资源保护局 蚌埠 233001 2安徽省环境监察局 合肥 230000）

水质监测采样频率计算是水质监测工作中重要的基础工作。确定合适的采样频率，既能满足监测目的的要求，又可以减少工作量，节省物力财力。根据2007年南水北调东线一期工程省际水质监测数据，采用统计学的方法进行水质采样频率的计算，该计算方法以年为计算时段，依据水体中物质含量变化幅度大小以及不同测站的不同特性、水情和调水情况，确定相应的采样频率。用该方法计算的水质采样频率，可为制定水质监测方案提供参考依据。

水质监测 标准偏差 置信度 采样频率

水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程，不同的监测断面各种物质含量的变化幅度是不同的。因此，对不同的监测断面，应根据物质含量变化情况选择适当的采样频率。水质监测的任务是要求掌握监测断面的水质变化情况。从精度方面考虑，采样次数越多，水质变化情况反映的越清晰，但工作量就会增大；如果采样次数太少，达不到精度要求，不能正确反映水质变化情况则达不到监测目的。因此，选择合适的采样频率是水质监测中一项重要工作。

1 水质监测采样频率的计算

水质是天然现象和人类活动影响的函数，一般影响水质变化的这两种因素在某种程度上受机遇法则的支配，这一点对由于天然水文循环对水质变化带来的影响尤为明显。一个区域或流域在一定时期内，正常情况下人类活动对水质的影响是随机的，因此，可以利用有限的水质监测资料，用统计学方法来估算水质常规监测的采样频率。由水文循环过程及水资源补给方式可知，水文循环过程是以年为周期进行的，因此频率计算时段以年为周期进行计算。

设在相同条件下，在一年内对某水质监测断面中某物质含量进行了n次独立的化验分析，测得结果用x1，x2，…，xn表示，设其算术平均值为：

从少数分析结果中得到的平均值带有不确定度。在水质监测中，一年内水质监测次数是有限的。用算术平均法计算出的年平均值代表性与水质监测次数有关。

在平均值的真值a未知的情况下，可利用贝塞尔公式，用残余误差平方和的方差作出估计，则方差的估计值为：

真值所在范围即置信区间，或叫“置信界限”，则平均值在置信水平为（1-α）情况下置信区间为：

对监测资料要求的精度与采样次数也有关系。采样次数愈多水质资料的代表性愈高。设R为水质监测项目平均值的允许误差，则平均值在置信水平一定的情况下，置信区间为：

在允许误差给定的情况下，有如下关系式：

由（6）式可以看出，计算n值要用迭代方法进行计算。首先要估计一个n值，以便确定自由度，使用公式（6）可以进行第一次试算。然后在第一次估计值和第一次试算结果之间选择新的近似值，进行第二次试算。重复此步骤到估算和计算的n相等或接近为止。

本文根据2007年南水北调东线一期工程省际水质监测数据，以氨氮、高锰酸盐指数为参数（氨氮、高锰酸盐指数为控制指标，也是常常超标的指标），取90%的置信度（一定概率下真值的取值范围称为置信区间，其概率为置信度，置信度高低说明估计的把握程度，置信度越大把握性越大，但应结合实际工作需要确定置信度，分析工作中通常将置信度定在95%或90%），并保持相对偏差绝对值不大于20%，利用下列公式计算采样频率：

式中，t（r，P）由t值表查得，r（r=n-1）为自由度，n为2007年实际测次，P为概率，s为样本标准偏差，以示区别用N表示年理论测次。

按上式计算，南水北调东线一期工程省际水质监测36个断面理论采样频率为：CODMn为每年1～8次；NH3-N为每年1～30次；综合理论测次（采用单一法）为3～30次，其中每年10次以下的有6个断面，每年10～20次的有13个断面，每年20～30次的有5个断面，大多断面的采样频率为每年10～20次（其余断面由于数据缺省没有计算）。

2 水质监测采样频率的制定

上述水质监测采样频率的计算方法，只是从概念上进行分析，仅考虑纯粹的随机变化，并未考虑季节性变化以及测站的特性和监测目的等因素。根据不同的水质监测目的，采集频率要能在时间和空间上反映其变化规律。

本文采样频率是根据水质的时空变化和监测目的来确定。一般来说，重点站主要是为了解输水干线水质长期变化趋势，采样频率应该是自动连续监测；基本站的采样频率一般采用自动连续监测，但可以是准连续的；辅助站采用人工进行监测。流动监测站根据水质变化情况灵活掌握监测频率，并开展水污染追踪调查和采取应急响应措施。

考虑到既要反映水质状况，又要切实可行，以及不同测站的不同特性、水情和调水情况，南水北调东线一期工程输水干线监测频次初步确定如下：（1）调水期：为保证调水的水质，重点站采样频率为实时监测，基本站采样频率为一月两次，辅助站采样频率为一月一次。（2）非调水期：非调水期也为汛期，水质相对较好，可以相对减少采样次数，重点站采样频率为实时监测，基本站采样频率为一月一次，辅助站采样频率为一月一次。但实际操作时要考虑水情，在汛初要适当加密采样频率，及时反映水质状况，以减少因入河污染物在汛初随洪水下泄对下游造成的污染危害。流动监测站根据水质变化情况灵活掌握监测频率，并开展水污染追踪调查和采取应急响应措施。

3 结论

监测中，采样频率的确定是监测工作的基础，也是一个复杂的过程。采样频率受很多因素影响，如监测目的、监测条件、经费来源以及管理情况等。选择合适的水质监测采样频率，是做好水质监测工作的重要部分。本文采用统计学的方法进行水质监测采样频率的计算，并结合南水北调东线一期工程省际水质监测不同测站的特性、水情和调水情况，确定相应的采样频率，为制定南水北调东线一期工程省际水质监测方案提供依据