湘江流域地表水自動監測與手工監測環境質量評價對比

邱國良， 陳泓霖

(衡陽市環境監測站， 湖南 衡陽 421001)

目前的地表水環境質量監測采用人工采樣、實驗室分析的監測技術路線，每月監測1次，手工監測指標為《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中表1所包含的24項，水環境質量評價指標為21項。隨著社會經濟的發展、自動監測技術的發展、生態環境保護要求的提高，近年來，國家及地方相繼建設了大量地表水水質自動監測站，監測必測9項指標及選測指標。與手工監測相比，水質自動監測站具有連續、實時、全天候運行的優勢，能及時預警和防范水環境風險，進一步提升水環境管理水平，是地表水環境質量監測發展的趨勢。筆者對兩種監測方式下環境質量評價結果的一致性進行了對比分析，探析以自動監測為主、手工監測為輔的監測模式的可行性。

1 研究區域與自動站點位

衡陽市位于湖南省中南部、湘江中游，湘江干流衡陽境內長226 km，約占湘江里程的39.7%；流域面積在3000 km2以上一級支流舂陵水、蒸水、耒水、洣水在境內依次匯入湘江。選取湘江干流及4條一級支流入境處(市界交界監測斷面)、4條一級支流入湘江口處(入湘江口監測斷面)共9個國家地表水自動監測站，監測指標為常規5參數及本地區重金屬選測指標。自動監測數據為9個自動站2018年的監測數據，每4 h監測1次；手工監測數據為9個自動站對應的國控地表水監測斷面的2018年總站“采測分離”監測數據，每月監測1次。

2 評價方法

地表水環境質量狀況評價按《地表水環境質量評價辦法(試行)》(環辦[2011]22號)有關要求進行。地表水水質評價指標為《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項指標。河流斷面水質類別評價采用單因子評價法，即根據評價時段內該斷面參評的指標中類別最高的一項來確定。描述斷面的水質類別時，使用“符合”或“劣于”等詞語。斷面水質類別與水質定性評價分級的對應關系為：Ⅰ～Ⅱ類水質對應水質狀況優，Ⅲ類水質對應水質狀況良好，Ⅳ類水質對應水質狀況輕度污染。河流、流域(水系)水質評價如下：當河流、流域(水系)的斷面總數少于5個時，計算所有斷面各評價指標濃度的算術平均值，然后按照“斷面水質評價”方法評價，并指出每個斷面的水質類別和水質狀況。

衡陽市9個國控地表水水質自動監測站必測指標包括常規5參數(水溫、pH、溶解氧、電導率和濁度)、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷共8項，部分水站選測指標有砷、鉛、鎘、銻、錳。水溫、電導率、濁度3項不參與地表水水質評價，國控水質自動站一般只要求監測必測指標。筆者以必測指標中的5項(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷)評價自動站水質。兩類監測數據的計算統計處理與修約方式一致，帶L數據按其二分之一參與統計計算。

3 結果與分析

3.1 月度環境質量評價結果對比分析

兩種監測方式下的月度環境質量評價結果見表1。以水質自動站必測指標中的5項(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷)評價結果，與手工監測對應的5項指標評價結果相對比：舂陵水入湘江口、洣水入湘江口2個斷面只出現1次水質類別不一致的情況，單個斷面評價結果一致性最高達到91.7%(手工每月監測1次、每年12次)；水質稍差的蒸水入湘江口斷面出現9次水質類別不一致的情況，單個斷面評價結果一致性最低為25.0%；9個斷面共108次月度評價結果中，兩種監測方式評價結果水質類別一致的月份有73次，占67.6%；出現不一致的月份有35次，占32.4%。歸陽鎮、舂陵水入湘江口、蒸水聯江村、洣水草市鎮、洣水入湘江口5個水質較好的斷面(每月基本符合Ⅱ類水質)，只出現1～3次水質類別不一致的情況。舂陵水羅渡鎮、耒水大河灘、耒水入湘江口、蒸水入湘江口4個水質稍差斷面出現5～9次水質類別不一致的情況。影響水質類別不一致的主要指標有總磷、溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數。

表1 月度環境質量評價結果對比Tab.1 Comparison of monthly water environmental quality evaluation result

續表1 (Continue)

因手工監測5項與手工監測21項指標評價結果相比，只出現1次不一致，即舂陵水羅渡鎮11月手工監測21項評價符合Ⅳ類水質(砷Ⅳ類)，手工監測5項評價符合Ⅰ類水質，其余107次手工5項與手工21項評價結果均一致；而舂陵水羅渡鎮11月自動站5項評價結果符合Ⅱ水質，因此自動站5項與手工21項評價結果相比出現不一致的月份也為35次，占32.4%。

9個斷面共35次水質類別不一致的月份中，自動站5項與手工5項相比：除舂陵水羅渡鎮1月出現跨2個水質類別(自動站與手工監測分別符合Ⅰ水質和Ⅲ類水質)、蒸水入湘江口3月出現跨3個水質類別(分別符合Ⅲ水質和劣Ⅴ類水質)外，其余33次均是相差1個水質類別，35次不一致評價結果中相差1個水質類別的次數占比為94.3%。

9個斷面共35次水質類別不一致的月份中，自動站5項與手工21項相比：除舂陵水羅渡鎮1月出現跨2個水質類別(分別符合Ⅰ類水質和Ⅲ類水質)、舂陵水羅渡鎮11月出現跨2個水質類別(分別符合Ⅱ水質和Ⅳ類水質)、蒸水入湘江口3月出現跨3個水質類別(分別符合Ⅲ水質和劣Ⅴ類水質)外，其余32次均相差1個水質類別，35次不一致評價結果中相差1個水質類別的次數占比為91.4%。舂陵水羅渡鎮1月受手工監測總磷影響，11月受手工監測砷影響；蒸水入湘江口3月份受手工監測氨氮影響。

9個斷面中，自動站5項評價出現4次超Ⅲ類標準現象，即蒸水入湘江口斷面9—12月4次檢測均為總磷超Ⅲ類標準，按月統計的Ⅰ～Ⅲ類水質比例為96.3%(總次數108)；手工監測5項評價出現5次超Ⅲ類標準現象，即蒸水入湘江口斷面1月、3月、5月、8月、10月5次超Ⅲ類標準，按月統計的Ⅰ～Ⅲ類水質比例為95.4%(總次數108)。手工監測21項評價出現6次超Ⅲ類標準現象，除蒸水入湘江口5次外，舂陵水羅渡鎮11月砷超Ⅲ類標準，按月統計的Ⅰ～ Ⅲ類水質比例為94.4%(總次數108)。

3.2 年度環境質量評價結果對比

兩種監測方式年度環境質量評價結果對比見表2。蒸水入湘江口斷面自動監測、手工監測年度水質類別均符合Ⅲ類水質，水質狀況均為良好；其余8個斷面兩種監測方式評價得到的年度水質類別均符合Ⅱ類水質，水質狀況均為優。9個斷面兩種監測方式年度評價到的Ⅰ-Ⅲ類水質比例均為100%，兩種監測方式對5條河流進行年度水質狀況評價，得到的結果也一致。

不論是以水質自動站必測指標中的5項評價結果與手工監測對應的5項指標相比，還是自動站5項與手工21項相比，9個斷面兩種監測方式的年度環境質量評價結果(水質類別、水質狀況)完全一致，5條河流的年度水質狀況評價結果也一致。

表2 年度環境質量評價對比Tab.2 Comparison of annual water environmental quality evaluation result

續表2 (Continue)

4 結論

① 對比兩種監測方式月度環境質量評價結果得出：自動監測5項指標(pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷)評價結果與手工監測對應的5項指標或與手工21項相比，單個斷面月度評價結果一致性在25.0%～91.7%(手工每月監測1次、每年12次)，水質較好的斷面(每月基本達到Ⅱ類水質)兩者評價結果一致性程度較高。

② 9個斷面共108次月度評價結果中，兩種監測方式評價結果水質類別一致的月份有73次，占67.6%；出現不一致的月份有35次，占32.4%。35次水質類別不一致月份中，主要以相差1個水質類別為主(占比94.3%或91.4%)。9個斷面兩種監測方式月度環境質量評價的Ⅰ～Ⅲ類水質比例(按月108次計)相差極小(0.9或1.9個百分點)，9個斷面自動站5項評價得到的Ⅰ～Ⅲ類水質比例為96.3%，手工監測評價得到的Ⅰ～Ⅲ類水質比例為95.4%(手工5項)或94.4%(手工21項)。

③ 兩種監測方式年度環境質量評價結果對比表明：不論是以水質自動站必測指標中的5項評價結果與手工監測對應的5項指標相比，還是自動站5項與手工21項相比，9個斷面兩種監測方式的年度環境質量評價結果(水質類別、水質狀況)完全一致，5條河流年度水質狀況評價結果也一致。