地表水自动监测取水点代表性探讨

福建省环境监测中心站 黄志强 黄哲强 张 鑫

水样的代表性是地表水水质监测的重要内容。长期以来各地开展定点定时的水质常规监测都是手工采样的监测（以下简称手工监测），随着自动监测技术与网络信息技术的发展，水质自动采样监测技术（以下简称自动监测）的应用也获得较快的推进，其具有实时性强、频次高、人为干扰少等优势[1]。手工监测与自动监测点位选择对水文条件的要求是一致的，但在实现监测的条件方面却不同，手工监测的实现受交通条件的制约，自动监测除交通条件外，还必须有供电、通信网络等条件，手工监测要依河流断面宽度和水深采不同泓线和深度的水样，而自动监测一般只采近岸的水样。由于手工监测在先，为配合手工监测而建设的水质自动监测站（以下简称水站）的选址难免出现与手工断面不一致的情况，而且水站取水点与断面水质也不会完全一致。

本文通过对福建省早期在九龙江北溪建设的五个水站的回顾性评价，探讨水站选址的符合性注意细节及采水点水质代表性的方法，以期在新的水站建设中保证监测数据的代表性。

1 九龙江北溪5个水站地理位置及基本情况

本文选取的五个水站自上游至下游依次为龙岩雁石桥、漳平顶坊、华安西陂、北溪浦南、长泰洛滨站点。龙岩雁石桥水站及对应手工断面均处于自然河道上，如图1-a所示。该水站在其手工断面上游约1km处，中间没有别的污染源和支流进入，而该水站上游百米处有水电站的出水口。

漳平顶坊水站处于自然河道上，但对应手工断面在其上游约2km处合溪电站的坝前，属于库区。两岸都为山地，没有支流及别的污染源进入，如图1-b所示。

华安西陂水站取水点断面与其手工断面重合，位于西陂水电站库区中段，上一梯级电站为小杞电站，与西陂电站尾水基本相接，水域周边以丘陵山脉为主，没有支流及别的污染源进入，如图1-c所示。

北溪浦南水站取水点断面与其手工断面重合，上游1km两岸村庄的生活废水等主要通过各排涝沟排入北溪；上游3～4km为丰山工业区，如图1-d所示。

长泰洛滨水站位于对应手工断面下游约300m，手工断面上游为县城及兴泰工业区，县城生活废水进入西区污水厂处理后经珠浦排洪闸（手工断面上游800m）进入水体，兴泰工业区废水经东区污水处理厂处理后进入石岗排涝渠（手工断面上游4～5km）后流入水体，上游3～4km处有造纸（再生）企业处理后的废水进入水体，上游100m处还有古农农场的生活生产废水主要通过古农高排渠进入水体。下游内沿岸主要为村庄和农田，1.5km后汇入九龙江北溪干流。长泰洛滨水站地理位置图详见图1-e。

图1 各站点以及相应常规采样断面地理位置示意图

2 研究方法

2.1 监测内容

监测项目选择：环境管理主要考核项目、在环境中易波动的项目，采用手工监测方法，具体项目和监测方法见表1。

表1 评价监测项目及方法

各水站的监测点是在水站上、下游河段一定范围内选择。我们分别在各水站取水点处设置1个采样点，并在取水断面处、取水断面上游100m （龙岩雁石桥站点由于地理环境限制，设在取水断面上游50m）处、下游100m处以及对应手工断面处依河段宽度和水深按《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）分别设置采样点，为保证评价数据量，个别站位适当加密。

各站点于枯水期（2014年1月～2月）及丰水期（2014年8月）分别连续监测三天，每天监测一次。

2.2 评价分析方法

以所选监测断面平均值（或采样点所在断面平均值）为参照，计算相对误差，大于 10%为超标[2]，并统计超标的个数比例评价代表性。

3 监测结果及分析

3.1 取水点代表性监测结果分析

代表性评价监测结果经统计分析形成相对误差分布图，详见图2~图6。

图2 龙岩雁石桥站点误差汇总图

图3 漳平顶坊站点误差汇总图

图4 华安西陂站点误差汇总图

图5 北溪浦南站点误差分布图

图6 长泰洛滨站点误差汇总图

由各水站相对误差分布图（图2~图6）分析：

（1）龙岩雁石桥水站取水点与其断面平均水质相对误差在-10%～10%范围内的个数比例为100%，其余4个站点也都在80%以上，表明各水站取水点水质能较好地代表其断面的平均水质。

（2）除华安西陂水站取水点与周边水域平均水质相对误差在-10%～10%范围内的个数比例小于80%外，其余4个水站都在80%以上，表明龙岩雁石桥、漳平顶坊、北溪浦南、长泰洛滨4个水站各自取水点水质能大致代表周边水域平均水质。

华安西陂水站取水点水质较其周边水域的平均水质好，而且存在较大差别，不能完全代表周边水域的平均水质。通过分析，主要原因：一是该区域水体均匀性差，存在分层现象，中下层的水质较浑浊，而水站取水点处于上层（水面下0.5m），水质较清澈；二是由于采样前数天大量降雨，导致水质悬浮物增加，加剧了水体分层的浓度差异。该河段水质分布表明，若将该水站取水点往河中央移动并增加取水深度，能更好地代表其周边水域的平均水质。

（3）水站取水点出现相对误差超±10%的项目主要是氨氮和总磷，氨氮以正超差为主，总磷以负超差为主。有研究表明，流动河道中氨氮含量大小与悬浮物没有明显相关性[3]，本研究表明，河道近岸的氨氮浓度会大一些；总磷负超差与总磷在河道中分布有关，特别是受悬浮物吸附沉淀的影响[4]。水站取水点多数是近岸，且采的是表层水样，而河道中、下层悬浮物高，相对的总磷含量也高些。

3.2 水站取水点与手工监测断面比较分析

由于西陂站和浦南站自动监测取水点与手工监测在同一断面，其结果与上文断面评价相同。

研究表明，龙岩雁石桥、漳平顶坊、长泰洛滨3个水站取水点水质与各自站点对应的手工常规监测断面平均水质不一致，不能代表手工常规断面的平均水质。具体分析如下：

3.2.1 龙岩雁石桥站点。水站取水点与手工断面各项目平均水质相对误差都有超过控制误差值，枯水季节尤为明显，主要分布在高锰酸盐指数、总磷、氨氮和总氮项目，其中枯水期超差比例较多。表明该站点与对应的手工断面平均水质存在明显差别，不能代表手工断面的水质。

产生这种差别主要是由于该水站上游100m为水电站出水口，水流湍急，而且水电站出水都是中下层水。而手工段面在该水站下游约1km处，水体流态稳定，水质悬浮物减少，干扰测定的因素减少，溶解氧也恢复。

3.2.2 漳平顶坊站点。水站取水点与手工断面平均水质相对误差超过控制误差限值的现象主要在丰水期，而且都是负超差。

由于顶坊手工常规监测断面位于合溪水电站坝前，漳平顶坊水站在其下游约2km处，被水电站大坝拦截的水体放水流动至下游约2km的漳平顶坊水站处，水质得到很大的改善。可见水站取水点水质受水电站是否发电放水影响，水站取水点应避开水电站的大坝，如果距离较近，设在坝前或坝后都不合适。

3.2.3 长泰洛滨站点。水站取水点与手工断面平均水质相对误差超过控制误差限值的现象发生在氨氮和总磷项目上，而且以负超差为主，无丰、枯水期区别。

长泰洛滨手工常规监测断面的水质受上游近距离汇入的废水影响，主要是农场生活生产废水和污水厂处理后废水（详见图1-e），而且这两股废水的量都比较大，故水质较差。长泰洛滨水站取水点虽然位于手工常规监测断面下游约 300m处，距离不远，但是水体经流动混合，水质比上游的手工常规断面还是发生了一定程度的好转。因此，水站取水点应避开废水污染源，距离以足够远为宜。

4 结论与建议

4.1 代表性是水质监测关键要求之一，研究表明，在不同形式河道上水站取水点的断面代表性都有较好的一致性，但相对于其上下游一定范围的河段，代表性可能下降。当水站选址确定后，为了取得代表水样，应当做河段代表性分析，从中选择较好的取水点。

4.2 河流水体不均匀性是客观存在的，福建河网中上游段有大量的水电站，减缓了水流速度，滞留了下层水体，使水质发生变化。当前普遍选用的取水点设在表层0.5～1m范围内，主观上强调了形式的一致性，但限制了水样的代表性。为实现较好的代表性，除了避免河床对水质影响而将选择向中线靠近外，建议结合断面评价，选择具有代表性的采水深度。也可以设计多层分配采水装置，以满足水样的代表性。

4.3 在评价项目的选择上，如果该项目浓度在河流上基本稳定不变（如电导率），则随意选择取水点也不影响，对评价没起到作用。所以必须选择性质不稳定、浓度可能波动的项目，本研究表明，氨氮、总磷是主要考虑的项目，其次是高锰酸盐指数和总氮。

4.4 为了保持手工常规监测断面监测信息的延续性，对应的水站选址就尽可能与常规断面一致。如果水站建设受限于电源、网络通讯，通过增加投资还是可能解决的，但遇到水电站或水电站库区，要注意：一是如果常规断面在水电站出水下游方向，水站不宜在水电站出水近处，至少要在1km以外设站；二是如果常规断面在水电站库区坝内，水站选址不宜在坝下，即便水流已经平稳，但水质已经不同。

4.5 对应于常规监测断面建设的水站，目的是为了保持监测数据的一致性和历史延续性，并加强适时监控的功能。在常规断面受排污口影响的情况下，水站选址采取避开排污口的形式已使其站位性质产生了变化。建议还是与常规断面靠近，寻求或推动当地政府治理污水，达到监测断面监控污染的目的。

[1]蔡同锋,张艳艳.环境自动监测技术综述[J].污染防治技术,2010(6):87-90.

[2]中华人民共和国国家环境保护标准 环境保护部发布.地表水自动监测技术规范（征求意见稿）[A]

[3]吕克仙.不同环境水体中悬浮物与氨氮含量的相关性分析[J].资源节约与环保,2015(2): 72, 77.

[4]李大鹏,黄勇,李勇,潘杨.沉积物扰动持续时间对悬浮物中磷形态数量分布的影响[J].环境科学,2012(2): 379-384.