某区域地表水监测中水质氨氮与总氮含量数值关系的探讨

杨洁

摘要：依据某区域地表水关联监测点近五年的水质监测数据，探讨该区域地表水中氨氮含量与总氮含量的相对数值关系，并在水质组成相对稳定的区域内，建立水质氨氮—总氮指标关联经验数值模型。经可信度、准确性分析，该关联经验数值模型经验系数推导误差稳定，结果准确度符合质量控制要求，关联经验数值模型可信、准确；可通过测得氨氮或总氮任一含量，利用指标关联经验数值模型计算出另一指标含量参考值，简化检测分析，为水质数据分析和综合评价等提供参考。

关键词：地表水 水质监测氨氮 总氮 经验数值模型 相关系数K

氨氮指水中以游离氨和铵离子形式存在的氮；总氮则是指水中各种形态的无机氮和有机氮的总量，包括氨氮、硝酸盐氮等无机氮和蛋白质、氨基酸等有机氮，即：

总氮=氨氮+亚硝酸盐氮+硝酸盐氮+有机氮

因此，在理论上，水中氨氮含量应小于或等于总氮含量，即：

氨氮≤总氮（理论上）

但在地表水实际检测过程中，存在氨氮测定含量大于总氮测定含量的情况；该情况的出现与两项指标测定结果受其他检测因素影响存在直接关联，具体影响因素及受影响程度在本文中不作赘述。

1.材料与方法

1.1数据来源

2017年至2021年某区域地表水4个关联监测点的水质氨氮指标、总氮指标监测数据。其中，每个监测点每月例行监测1次，一年共12次，共计480个数据。

1.2采样方法

按照《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）中的要求布点、采样，监测断面在总体和宏观上，能反映所在区域的水环境质量状况及污染特征，能够获取足够的有代表性的环境信息，实际采样兼具可行性和方便性。

采样人员均为专业技术人员，掌握采样技术，熟知水样固定、保存、运输条件要求，采样严格执行水样的保存和容器的洗涤要求，采样器材质和结构符合《水质采样器技术要求》中的规定。

1.3检测方法

氨氮指标检测方法依据《生活饮用水标准检验方法 无机非金属指标》（GB/T 5750.5-2006）中的9.1纳氏试剂分光光度法。

总氮指标检测方法依据《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）。

2.结果与讨论

2.1氨氮指标、总氮指标监测数据结果及相关性

依据4个关联监测点2017年至2021年的氨氮指标、总氮指标监测数据，关联监测点所在区域地表水水质组成相对稳定，氨氮作为总氮组成的一部分符合客观规律，且氨氮与总氮变化趋势呈正相关关系。

设氨氮指标、总氮指标监测数据结果间存在相关系数K，则氨氮测定含量与总氮测定含量的相对数值关系为：

氨氮（y）= K ×总氮（x）

表1 氨氮指标与总氮指标总体检测结果及相关系数K均值统计

监测点名称	年份	氨氮	总氮	K值	监测点名称	年份	氨氮	总氮	K值
		(mg/L)	(mg/L)				(mg/L)	(mg/L)
A	2017年	0.10	0.74	0.1427	C	2017年	0.11	0.72	0.1508
	2018年	0.06	0.86	0.0720		2018年	0.06	0.84	0.0726
	2019年	0.06	0.75	0.0884		2019年	0.06	0.74	0.0818
	2020年	0.07	0.61	0.1268		2020年	0.05	0.59	0.0996
	2021年	0.07	0.53	0.1262		2021年	0.07	0.51	0.1293
	5年均值	0.07	0.70	0.1112		5年均值	0.07	0.68	0.1068
B	2017年	0.10	0.70	0.1458	D	2017年	0.11	0.74	0.1605
	2018年	0.06	0.79	0.0805		2018年	0.06	0.79	0.0730
	2019年	0.06	0.74	0.0818		2019年	0.07	0.74	0.0971
	2020年	0.06	0.56	0.1249		2020年	0.07	0.57	0.1374
	2021年	0.07	0.52	0.1312		2021年	0.07	0.60	0.1200
	5年均值	0.07	0.66	0.1128		5年均值	0.08	0.69	0.1176

2.2氨氮指标、总氮指标监测数据结果相关系数K

绘制相关系数K波动范围示意可知，相关系数K变化趋势大体一致，相关系数K的变化范围为0.0720~0.1605，最大值为2017年D监测点的相关系数KMax=0.1605，最小值为2018年A监测点的相关系数KMin=0.0702；综合四个监测点5年相关系数K，相关系数K的平均值KAvg为0.1121。

可得关联经验数值模型：

氨氮（y）= 0.1121（相关系数K） ×总氮（x）

2.3关联经验数值模型可信度及准确性分析

现将同一指标的实际检测数据和通过关联经验数值模型计算得出的指标参考数据视作一组平行双样，依据《生活饮用水标准检验方法 水质分析质量控制》（GB/T 5750.3—2006）中的7.2平行双样法，计算一组平行双样数据对的相对偏差及相对偏差的标准差，利用质量控制图等形式反映数据对精密度，以评价关联经验数值模型的可信度及准确性。

关联经验数值模型的可信度及准确性分析、评价将分别以模型推导数据对（即：2017年至2021年指标检测数据与利用关联经验数值模型计算得出的指标参考数据）与模型预测数据对（即：2022年指标检测数据与利用关联经验数值模型计算得出的指标参考数据）为基础进行。

2.3.1关联经验数值模型可信度分析

数据对产生数值相对偏差的原因，一方面来源于关联经验数值模型与实际检测数据之间存在经验系数推导误差，另一方面则来源于实际检测过程受水质样品自然性状变化及其他检测因素影响导致的检测数值自身固有波动。

绘制各监测点总氮指标数据对的相对偏差η波动趋势示意论证关联经验数值模型预测数据，各监测点数据对相对偏差变化趋势大体一致，反映出各监测点检测数据与通过关联经验数值模型计算得出的指标参考数据之间的推导误差（即数据对相对偏差η）存在一致性、规律性；反映出通过关联经验数值模型计算得出的指标参考数据能够相应反映各监测点实际检测数据的波动变化规律且相对偏差程度基本一致（即经验系数推导误差稳定），综上分析，关联经验数值模型可信。

2.3.2关联经验数值模型准确性分析

表2 2017年至2022年 各监测点指标数据对（实际检测值与计算值）的

相对偏差均值及标准差统计

年份	监测点名称	数据对相对偏差η		监测点名称	数据对相对偏差η
		均值X	标准差S		均值X	标准差S
2017至2021年	A	-4.48%	15.67%	C	-6.10%	15.61%
	B	-4.66%	15.98%	D	-3.73%	15.30%

年份	监测点名称	数值对相对偏差		监测点名称	数值对相对偏差
		均值X	标准差S		均值X	标准差S
2022年	A	7.22%	8.73%	C	8.00%	12.71%
	B	4.92%	12.28%	D	8.07%	15.87%

由上表可知，各监测点数据对相对偏差均值均符合质量浓度水平0.1mg/L的平行双样分析相对偏差允许值范围（即：X≤10%），结果精密度符合要求。

绘制各监测点数据对相对偏差η的均值—标准差（X-S）控制图可知，各监测点数据对相对偏差全部落于上下控制线（±3S）内，95%以上落于上下警告线（±2S）内且基本均匀分布在中心线两侧，结果准确度符合质量控制要求；综上分析，关联经验数值模型准确度可靠。

3.结论

（1）通过该区域地表水关联监测点水质氨氮和总氮指标的相关性分析，反映出关联监测点所在区域地表水水质组成相对稳定，氨氮作为总氮组成的一部分符合客观规律；揭示出氨氮和总氮两者之间呈正相关关系，即随着氨氮的升高或下降，总氮会相应表现出关联性升高或下降的趋势。

（2）针对该水质组成相对稳定区域内的关联监测点水质样品，存在关联经验数值模型：

氨氮（y）= 0.1121（相关系数K） ×总氮（x）

（3）经以模型推导数据对与模型预测数据对为基础进行的关联经验数值模型的可信度及预测准确性分析，关联经验数值模型推导误差稳定，能够相应反映各监测点指标实际的波动变化规律且相对偏差程度基本一致，结果准确度符合质量控制要求，该关联经验数值模型可信、准确。

（4）该关联经验数值模型的得出，可辅助在检测条件有限的情况下，简化检测分析，通过测得氨氮或总氮任一含量，利用指标关联数值经验模型推出另一指标含量参考值。此外，总结监测数据规律，为水质数据分析和综合评价等提供参考，对分析或审核人员数据准确性的判断亦具有一定指导意义。

[参考文献]

[1] 李文杰，王斌. 地表水中氨氮和总氮的相关性分析[J].环境保护科学，2012，38（3）：79—81.

[2] 张琴，蔡竹，杨文娟，等.地表水中氨氮和总氮关系的探讨[J].浙江农业科学，2016，57（2）：276—277.