大明湖水质自动监测与实验室监测比对研究

2020-07-27朱中竹王帅帅梁晶晶

山东化工 2020年13期

朱中竹，于蓉，刘鹏，王帅帅，郭伟，梁晶晶

(1.济南市水文局，山东济南 250014；2.山东省水利勘测设计院，山东济南 250013)

大明湖位于济南市市中心偏东北处、旧城区北部，由众多泉水汇流而成，是济南重要的风景名胜和闻名中外的旅游胜地。近年来，随着景区的开放，游人数量的增多，能实时了解湖水水质的动态变得紧迫和重要。水质自动监测因能实现连续在线监测，数据远程查询及控制，可对水质进行全天候监测，并能及时预警和防范水环境风险等优势而广受关注[1-5]。目前，自动在线监测在我国水质监测系统中已广泛应用，但也存在一些问题和不足[6-7]，如管理松懈、稳定性差等。本文以大明湖新建水质自动监测站为基础，从2019年3月至12月开展常规五参数(水温、pH值、浊度、电导率、溶解氧)及高锰酸盐指数、总氮和总磷8个参数的自动监测和实验室人工监测比对实验，以实时掌握湖水水质情况，了解自动监测结果的准确性，分析误差来源，为监测站维护提供技术支撑。

1 样品采集及质量控制

1.1 样品采集

每月取样1次，自动监测与人工监测同时同点取样比对。取样后，现场监测水温和电导率，其他项目现场固定或处理后及时送回实验室，同时记录自动监测站数值。

1.2 质量控制

实验室监测的水样采集、前处理、运输、实验室分析、数据修约等全过程均严格按照《水环境监测规范》(SL219)的要求实施质量控制。自动监测站的系统运行、日常维护、例行巡检、质控措施严格遵循《地表水水质自动监测站维护技术规范》执行。

2 结果分析

2.1 相对偏差和正负偏离情况分析

将实验室监测数值和自动监测站数值的平均值进行相对偏差(RD)统计，计算公式如下：

对所得的数据进行统计，得到自动监测站数值的相对偏差变化范围和偏离情况如表1。

表1 自动监测站数值的相对偏差和偏离情况统计

水环境监测规范(SL219)中规定，比较自动监测仪器监测结果与国家标准物质分析方法检测结果的相对误差不应超±15%[8]。在此以相对偏差±15%以内的数据为合格数据[9-11]。从表1可见，各参数的相对偏差差距较大，波动范围大，尤其是浊度、高锰酸盐指数和总氮；8个参数中，水温、pH值、电导率和溶解氧的相对误差小于±15%，比对合格率为100.0%，说明水温、pH值、电导率和溶解氧的自动监测结果与实验室监测结果有较好的一致性，自动监测站数据可直接使用。

浊度的相对误差大于±15%，合格数据占0.0%。高锰酸盐指数、总氮和总磷的相对误差大于±15%，合格数据所占比例大于60%，认为在水质趋势分析或应急监测时，此三指标可借鉴；总磷是反应湖泊富营养化的重要指标，监测结果易受水中藻类等的影响，且本身数值小，稍小的波动便导致较大的相对误差。从正偏离情况来看，有70%以上的高锰酸盐指数、总氮和浊度自动监测数据较实验室监测数值大。

2.2 相关性分析

用SPSS软件将两组数据进行配对样本T检验，得到数据如表2。从表2可知，各参数自动监测值和实验室监测值均呈现正相关的趋势，其中水温、电导率、溶解氧、浊度和总磷是强相关，pH呈中等相关，高锰酸盐指数和总氮相关性弱。进行配对T检验的样本必须符合正态分布，因样本数小，以K-S结果为准，若sig.>0.05，则服从正态分布。经检验，浊度和高锰酸盐指数两组数据不符合正态分布，不再进行配对样本T检验。其他参数T检验结果显示，水温、pH值、电导率、总磷和总氮的双侧Sig>0.05，说明自动监测站监测数据和实验室监测数据的均值不存在显著性差异，但溶解氧的双侧Sig<0.05，说明溶解氧两组数据的均值存在显著性差异。

表2 相关性分析结果

标准偏差表示样本数据的离散程度，数值越小，数据越聚集。从总体看，水温、电导率、浊度和总氮的标准偏差大，说明此4参数随时间变化波动范围大。从单个项目看，自动监测的水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮和总磷的标准偏差较实验室监测数值小，说明自动监测站数据较实验室数据聚集性好；而电导率和浊度相反，说明自动监测结果较实验室监测结果离散程度大。