地表水自动监测与手工监测数据比对分析及对策建议

揭 骁，杨韵波，梁 菁，彭小玉，闫文昳

(1.湖南省生态环境监测中心，湖南 长沙 410019；2.力合科技(湖南)股份有限公司，湖南 长沙 410205)

1 引言

随着国家对环境监测工作的不断深入，环境监测工作量大幅度增加，环境管理需求也在逐年提高，致使现行的常规地表水每月监测一次的手工监测已不能满足新形势下环境管理的需求[1]。进入21世纪，自动监测技术进入到中国地表水环境质量监测领域，在时间和空间上连续性的优势使其在监测水质变化趋势及预警预报、实时掌握水质状况等方面起到了重要作用，作为手工监测的补充，弥补了手工监测的不足[2]。但目前水质自动监测与手工监测相比存在测试基本原理和采样代表性差异等问题，致使自动监测结果与手工监测结果出现偏差[3～5]。为全面了解水质自动站的自动监测数据与手工监测数据的可比性和差异性，掌握自动监测数据的可靠性和规律性，本文选取全省2017年22个水质自动监测站点的自动监测数据与手工监测数据进行比对分析，探索逐步将自动监测数据用于水质环境质量评价的可行性。

2 评价对象和数据来源

2.1 评价对象

所选的22个水质自动监测站点与手工监测点位地理位置相近，且数据基本齐全。其中，湘江流域、资江流域、沅江流域、澧水流域、环洞庭湖河流分别为14个、2个、4个、1个、1个，分别占63.7%、9.1%、18.2%、4.5%、4.5%。

2.2 监测项目、方法及频次

水质自动监测站点监测的项目有pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、砷、镉、铅、锰、锑、铁等。由于铅、镉、砷等重金属项目的自动监测仪器的检出限远高于手工监测方法，自动监测数据全部高于手工监测数据，无可比性[6]。因此，本文只选取pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷共5个项目进行数据比较分析，其自动监测与手工监测的分析方法及方法检出限详见表1。自动监测的采样时间为每天的0:00、4:00、8:00、12:00、16:00、20:00，并据此生成日均值、周均值、月均值，而手工监测取每月上旬采样监测一次作为月均值。

3 自动监测数据与手工监测数据比对分析

3.1 年度水质类别比较

在22个水质自动监测站点中，自动与手工监测年度水质类别评价结果保持一致的有18个水质自动监测站点，占比为81.8%。另外4个水质自动监测站点的

表1 监测项目分析方法

年度水质类别评价结果不一致，均为自动监测水质类别优于手工监测水质类别。不一致的项目主要有氨氮、总磷、高锰酸盐指数、溶解氧，出现的频次分别为4次、3次、1次、1次。

3.2 季度水质类别比较

对22个水质自动监测站点的监测数据和手工监测数据进行季度水质类别比较，22个水质自动监测站点共88组数据可比，其中水质类别一致的有66组，占比为75.0%。其中，第一季度、第二季度、第三季度及第四季度占比分别为86.4%、77.3%、81.8%、54.5%。

3.3 月度水质类别比较

3.3.1 自动监测数据采用月均值时的比较

采用自动监测的月均值与手工监测的月均值比较，22个水质自动监测站点2017年12个月共264组数据可比，其中水质类别一致的有181组，占比为68.6%。其中，有2个水质自动监测站点全年水质类别一致程度最高，12个月中有11个月水质类别一致，但有1个水质自动监测站点全年水质类别仅有3个月一致，9个月均为手工监测评价水质类别高于自动监测评价水质类别。

3.3.2 自动监测数据采用周均值时的比较

自动监测数据采用与手工监测采样同周的周均值进行水质类别比较，2017年22个水质自动监测站点共258组数据可比，水质类别一致的有181组，占比为70.2%。

3.3.3 自动监测采用日均值时的比较

自动监测数据采用与手工监测采样同日的日均值进行水质类别比较，2017年22个水质自动监测站点共246组数据可比，水质类别一致的有151组，占比为61.4%。

3.4 水质类别比对结果分析

22个水质自动监测站点进行自动监测数据和手工监测数据水质类别年均值、季均值、月均值、周均值、日均值比较结果详见图1。由图1可见，采用自动监测数据与手工监测数据进行水质类别评价时，存在一定的差异，其特点表现为时间跨度越长，水质类别的评价结果越趋于一致。其中，年度水质类别评价结果一致的水质自动监测站点比率最高，为81.8%；季度水质类别评价结果一致的水质自动监测站点比率居中，为75.0%；而评价月度水质类别时，用自动监测月均值、周均值、日均值与手工监测数据对比，一致率分别为68.6%、70.2%、61.4%。

4 结论与建议

(1)采用自动监测数据与手工监测数据评价各水质监测站点的水质类别时，评价结果存在一定的差异。其中，年度水质类别评价结果一致的水质监测站点比率最高，为81.8%；季度水质类别评价结果一致的水质监测站点居中，为75.0%；而评价月度水质类别时，用自动监测月均值、周均值、日均值与手工监测数据对比，一致率分别为68.6%、70.2%、61.4%。整体来看，时间跨度越长，自动与手工监测数据评价的水质类别结论越趋于一致。

图1 自动监测数据与手工监测数据比对结果

(2)此次数据比对分析，手工监测数据采用的是每月一次性监测值，而自动监测数据是在小时均值的基础上形成日均值再统计月均值等；自动监测一般为一个采样点，而手工监测视河宽和水深多点位采样。因此，监测数据的采集方式不同也是数据比对有差异的影响因素之一。另外，部分项目的水质自动监测与手工监测存在测试原理不一致、水样预处理方式不一致、自动和手工监测方法的检出限差异较大等差别，也是数据比对存在差异的影响因素。

(3)目前水质自动监测与手工监测相比存在测试基本原理和采样代表性差异、监测指标覆盖面不足、重金属类监测指标灵敏度低等问题。致使自动监测数据在应用方面还存在一定的局限性，但自动监测在水环境污染预警、水质实时变化趋势等方面有着不可替代的重要作用。今后，为提高水质自动监测水平，应积极研发单项监测指标的自动监测仪器，使水质自动监测能够覆盖更多的评价指标。同时，提高水质自动监测的集成化水平，进一步完善自动监测的采样、分析等仪器设备，提高仪器的抗干扰性及灵敏度，确保自动监测数据的准确性及与手工监测数据的可比性，以便研究自动监测数据用于水质环境治理评价的技术规范和方法。