近岸海域水质自动监测规范化研究

刘 方，丁 页，李俊龙，李 曌，刘喜惠，陈 平，张铃松

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

2.中国环境科学研究院，北京 100012

近岸海域水质自动监测规范化研究

刘 方1，丁 页1，李俊龙1，李 曌1，刘喜惠1，陈 平1，张铃松2

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

2.中国环境科学研究院，北京 100012

为规范近岸海域水质自动监测，基于近岸海域水质监测要求和质控要求、近岸海域水质自动监测系统特点和近岸海域水质自动监测运行的经验，开展了近岸海域水质自动监测规范化研究，编制了《近岸海域水质自动监测技术规范》(HJ 731—2014)，规范了近岸海域水质自动监测系统建设、设备选择、系统验收、日常管理、维护和校准、质量保证和质量控制、数据有效性和上报、监测报告等方面的工作。有利于在标准方法基础上，使中国近岸海域水质自动监测系统的监测数据准确、可靠、可比，有利于近岸海域水质自动监测系统在日常监测中更好地发挥作用。

近岸海域；水质；自动监测；规范

近岸海域水质自动监测系统在中国的近岸海域水质监测中得到越来越多的应用，近岸海域水质自动监测已经进入标准化阶段。

通过总结近岸海域水质自动监测系统的运行经验，编制了《近岸海域水质自动监测技术规范》(HJ 731—2014)，提出了近岸海域水质自动监测建设、验收、运行、质控、数据上报、报告等方面的标准化要求，在保证近岸海域水质自动监测符合近岸海域水质监测的要求下，实现近岸海域水质自动监测系统的有效运行。

1 近岸海域水质自动监测发展

1.1 国外近岸海域水质自动监测技术

近岸海域水质自动监测技术是在海洋科学传统监测技术基础上发展起来的新技术，现已发展到较高水平[1-6]，温度、pH、电导率、溶解氧等项目的测量范围和精度方面都已符合近岸海域水质监测的技术要求[7-9]，20世纪90年代进入实用阶段。海水中硝酸盐、亚硝酸盐、硫化氢、部分金属离子、VOCs等项目检测器达到海水水质自动监测的要求[10-12]，与海洋浮标等技术结合，可实现海水水质实时自动监测的需求。目前近岸海域水质自动监测技术应用于海洋中营养盐浓度的连续变化、赤潮爆发、海流影响等方面的研究，都取得了一定的成果[13-18]。

美国和欧洲一些国家在水质和近岸海域水质监测方面开展的研究较早，在标准化研究方面，除了结合本国实际情况以监测指南、操作程序或工作手册等形式对监测进行规范化管理之外，也有针对设备性能开展测试的标准程序等。美国在20世纪50年代开始进行水质监测，20世纪90年代开展水质自动监测，1998年开始利用地表水的自动监测进行水质监测与评价[19]。在美国的海洋环境质量监测计划中，部分溶解氧、电导率、密度、饱和溶解氧、盐度和温度数据均采用自动监测方法获得[20]。2000年制定了水质自动监测相关指南和标准程序等[21-22]。北欧和西欧15国签署奥斯陆-巴黎协议[23]，欧盟理事会和欧洲议会签署《欧盟水质框架指令》[24]，包括了河口和近岸海域等方面的监测内容。《欧盟水质框架指令》相关各国编制本国的相关法律来规定和安排监测计划，系统开展海洋环境监测(如法国建立了地中海水资源管理办法[25])。在自动监测方面，英国制定了《连续水监测设备性能标准和测试程序》[26]等。

1.2 中国近岸海域水质自动监测现状

从20世纪90年代后期起，中国开展了海洋自动监测系统相关研究[27-32]，国外自动监测设备厂商为中国提供近岸海域水质自动监测系统设备，为开展自动监测和连续监测提供了便利条件，推动了中国近岸海域环境水质监测自动化的发展。

中国于20世纪70年代开展近岸海域环境监测，从20世纪90年代开始实施有计划的海水水质监测，从2000年起向社会发布公报[33-36]。中国海水水质监测主要依据相关标准和规范[37-40]，采用人工采样-实验室分析的监测方法。鉴于气象条件、监测方法、监测周期等条件限制，监测的频次较低，不能满足重污染区域、环境敏感区较高频次监测或连续监测的需求。为此，相关单位开展了近岸海域水质自动监测研究[41-43]，已有几十个水质自动监测浮标投放到近岸海域中。相关单位在近岸海域水质自动监测点位布设、应用、质量保证和质量控制等方面开展了研究[44-49]，也开展了水质自动监测的标准化和规范化工作[50-53]，使近岸海域水质自动监测系统进入到实际应用阶段，未来将在近岸海域预警监测方面发挥作用[54]。

2 近岸海域水质自动监测规范化研究解决的问题

在近岸海域水质自动监测系统建设、运行过程中，规范化管理体系的建设成为亟待解决的问题。工作要求不统一、管理体系不完善、程序要求不规范等问题直接影响了近岸海域水质自动监测的质量和作用。结合已有实践经验和规范化研究成果[55-59]，按照近岸海域水质监测的要求，研究拟解决以下问题：

1)提出近岸海域水质自动监测系统建设和工作要求，包括自动监测系统的建设内容、点位选择、设备技术指标、系统验收和运行制度；

2)提出日常管理的设备运行、维护和校准、工作程序和方法要求等；

3)建立质量保证和质量控制管理体系；

4)统一数据采集频次、有效性和上报格式；

5)规范运行操作记录内容和记录表格，提出相关报告编制等要求和技术档案保存要求。

3 近岸海域水质自动监测规范化研究内容

3.1 总体思路

总结自动监测系统建设经验，建设近岸海域水质自动监测技术体系需解决前期工作需求分析不足、对系统认识不充分、运行无章可循、质控不成体系等问题[60]。规范化研究以近岸海域水质自动监测设备的现有技术水平为基础，按照近岸海域水质环境监测的一般要求，结合近岸海域自动监测的特点，从自动站设备配置与设备选择、系统建设(包括站位布设)与验收、管理制度建立、日常运行和数据上报及报告、质量控制5个方面，规范近岸海域水质自动监测工作，形成近岸海域水质自动监测的标准化程序。

3.2 工作特点分析

近岸海域水质自动监测的基本要求包括监测的点位布设、项目、方法、频次、质量保证、数据上报、报告编制等所有涉及水质监测工作的规范化制度要求和技术要求。

近岸海域水质自动监测特点：作为连续监测设备，建设时涉及必要性分析、监测指标选择、设备验收、制度建立等工作；作为一种监测手段，涉及设备的校准、维护、质控、数据上报和监测报告等；从监测方法角度，属于集成的多项目连续自动监测手段。运行特点是海上有测试部分(浮标子站)，陆域有中心控制与数据接收端、技术支持实验室和质控实验室等，管理涉及海、陆2方面的4个组成部分；测试部分长期在海上运行，设备稳定性和维护的要求高，运维和质控需适合其特点。

3.3 自动监测系统建设

在自动监测系统建设前，应开展需求分析和可行性分析。根据水质自动监测实际需求，确定子站系统的设备配置、指标要求、参数、监测点位等[47]，避免系统建成后，出现与建设目的和要求不匹配的情况。作为近岸海域水质自动监测系统的建设单位，还应对建设自动监测系统的基本条件、基本要求、技术人员配备和必要性等有明确的认识，保证系统建成后有人员、经费等必要的运行保障。

为保证近岸海域水质自动监测系统建成后能够按照建设目标开展监测，系统建设需规范系统配备与建设、系统验收和制度几个方面。

3.3.1 仪器性能指标符合现状

仪器性能指标主要根据国内使用的主要设备和可以采购设备的技术指标、现行标准规范、厦门和广西等地自动监测系统设备指标及运行能够达到的水平，并参考其他自动监测系统管理的共性来确定[61-63]。对一些项目使用替代标准进行校准(如叶绿素、蓝绿藻等)，技术指标规定采用替代标准方法。确定的技术指标包括测量范围、检出限、精密度、准确度、稳定性(零点漂移和量程漂移)、标准曲线相关系数和加标回收率。

3.3.2 配置备用设备，保障校准和维护效果

鉴于海上维护和校准的条件限制，提出按2∶1～4∶1比例配置备用设备，方便实现实验室内的校准和维护。

3.3.3 验收符合系统特点和设备验收基本要求

设备清点按照一般要求进行；单机验收按照监测项目进行(包括检出限、标准曲线、准确度和精密度、单机稳定性)；系统稳定性结合设备集成测试和海上运行特点进行联机验收，包括系统的45 d(或不少于3个14 d)周期运行及子站检查要求、子站与中心站联机运行的中心站检查要求、有效数据获取率；同时，针对技术档案完整性要求，规定了验收报告编制和资料存档内容等要求；为保证设备能够在海上稳定运行，规定了试运行的检验要求；为减少不必要的工作量，部分验收工作可安排在方便场所进行。

3.3.4 建立和完善运行制度，保证设备正常运行

总结前期工作经验，建立运行管理办法，结合试运行的实际情况，确定人员及职责、设备校准和维护、中控室和实验室管理、维修管理、质量保证和质量控制、数据审核和报告等内容的日常管理制度和要求。

3.4 日常管理与质控

日常管理规范化涉及日常设备维护校准、设备监视、记录、数据上报、报告等技术和程序要求。质量控制作为监测的组成部分，贯穿于整个自动监测系统运行工作之中，结合维护校准及数据审核，建立涉及每个环节日常工作的规范性质控要求，以保证近岸海域水质自动监测系统的正常运行。

3.4.1 规范化日常管理

规范化日常管理程序是设备正常运行的保证，包括校准和维护、性能审核、各组成单元的管理、记录、数据有效性和上报、监测报告等内容。

1) 校准与维护

由于在海上容易受到海水浸蚀、生物和微生物作用等因素的影响，近岸海域水质自动监测系统投入运行后，设备运行及检测器响应会发生变化。为此，采用海上实验确定校准和维护周期，作为保证设备稳定运行的基础，也作为有效的质量控制工作组成部分[49]，将按周期开展校准和维护作为日常工作组成部分，规范校准和维护工作。校准和维护周期一般分冬春和夏秋，按各监测项目通过零点漂移和量程漂移确定最短的校准周期。

2)使用备用设备，确保校准和维护效果

鉴于海上维护和校准的条件限制，尽可能采用备用设备替换海上设备，以便能在实验室进行设备校准和维护，保证校准和维护的效果。

3)将仪器性能审核方法作为自动监测系统稳定运行的检验手段

仪器性能是设备稳定和正常运行的基本保证，仪器性能审核是检验设备运行稳定的主要方法。使用前仪器性能审核是设备投入使用时的技术保证，判断设备维护和校准效果是否符合要求；使用后检查是设备稳定性和数据校准的依据。根据自动监测仪器的性能特点和水质监测质量控制的一般要求，检出限、标准曲线、准确度和精密度、零点漂移、量程漂移为仪器性能审核的指标，并作为设备正常运行和定量化评价数据质量的基础。

4)按照制度开展工作

规范要求对监测子站、中心控制室、系统技术支持实验室和质量控制实验室的检查、清理、处理和管理制定制度(包括了解中控室日常气象情况、检查和调取子站数据、数据分析等)，以保证近岸海域水质自动监测工作在标准化程序下正常运行。

5)强化记录要求，规范记录格式

记录作为监测工作中的最重要环节之一，需规范其内容，保证其完整性和可追溯性。研究根据目前监测记录的实际情况，要求日常运行的各环节均有记录，并保持完整，记录要涵盖系统建设、验收、校准与维护、性能审核、日常管理等各方面，保证自动监测系统可能出现的问题可分析、可查找。

6)规范数据采集频率、有效性、上报及监测报告要求

制定数据采集频率、数据上报及监测报告规范化的要求、数据上报传输和文件命名规则，建立基于日常校准、设备性能审核的数据有效性判断方法。针对尚未形成全国近岸海域水质自动监测网络的实际情况，数据传输暂按例行监测数据上报方式和要求传输，在建立全国近岸海域水质自动监测网络时，根据通讯技术发展状况，对该部分内容进一步完善。

3.4.2 质量保证和质量控制

环境监测质量保证和质量控制是环境监测不可分割的组成部分。按照近岸海域水质自动监测内容、质量保证和质量控制的基本要求，自动监测系统运行涉及的量值传递等建立在近岸海域水质监测基本要求上，日常的校准和比对、性能审核、数据有效性等均纳入质量保证和质量控制范围，使质量保证和质量控制贯穿水质自动监测的全过程，数据有效检查及其检验指标也建立在日常校准基础上。其中，结合水质自动监测系统特点和目前手工分析方法的限制，规定校准须进行空白样和平行样分析，优先采用标准物质(标准样品)或质控样品，其次采用加标回收分析等要求，尽量避免因采用手工方法和人为操作原因造成校准难以达标的现象发生。

4 结语

通过近岸海域水质自动监测技术体系的研究，建立了符合近岸海域水质监测一般要求、自动监测特点要求和监测质控要求的近岸海域水质自动监测标准方法和程序，对建设涉及的配备、指标选择、设备验收、日常运行、数据上报、报告、质量控制等各项工作提出技术要求和指标，与中国现阶段近岸海域水质监测相关标准和近岸海域水质自动监测技术水平相匹配。研究成果《近岸海域水质自动监测技术规范》(HJ 731—2014)将使中国近岸海域水质自动监测系统的运行符合近岸海域水质监测技术要求和质控要求，推动中国近岸海域环境水质自动监测逐步纳入中国近岸海域水质监测工作，实现近岸海域环境水质自动连续监测数据的准确、可靠、可比，保证近岸海域水质自动监测质量，并为近岸海域环境管理提供有效的监测技术支持。

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Research for Standardized and Normalization Coastal Waters Automatic Monitoring

LIU Fang1, DING Ye1, LI Junlong1, LI Zhao1, LIU Xihui1, CHEN Ping1, ZHANG Lingsong2

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，China National Environmental Monitoring Centre，Beijing 100012，China

2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China

In order to regulate the automatic monitoring for coastal waters, the research is based on the requirements for monitoring and the monitoring quality control , the system features and the operating experience of the automatic monitoring.SpecificationforAutomatedWaterQualityinCoastalSeaMonitoringTechnical(HJ 731—2014) is the result of the research. It is the requirements of complete specification standardizes for the coastal sea water quality monitoring system construction, equipment selection, system acceptance, daily management, maintenance and calibration, quality assurance and quality control, data validation and reporting, and other aspects of the work of the monitoring report.It is a standard method for monitoring data is accurate, reliable and comparable. It is making automatic water quality monitoring system to play its due role in the coastal waters daily monitoring.

coastal water;seawater quality;automatic monitoring system;standardized

2015-07-22;

2015-11-11

刘 方(1960-)，男，河北安平人，学士，研究员。

丁 页

X84

A

1002-6002(2016)02- 0121- 06