李偉晶

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析

李偉晶

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)是區(qū)域水資源保護(hù)工作中的重要一環(huán)。文章主要以遼寧省錦州市為例，對(duì)該研究區(qū)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析相關(guān)內(nèi)容展開(kāi)論述。文中首先針對(duì)水質(zhì)檢測(cè)誤差分析中常用的兩大概念"真值與平均值"進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)誤差與誤差類型、準(zhǔn)確度與精密度等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)介，從而為本研究水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理、分析提供理論依據(jù)。

水質(zhì)檢測(cè)；化驗(yàn)；誤差；數(shù)據(jù)處理

0 前 言

水質(zhì)檢測(cè)可保證水資源質(zhì)量安全、可靠，它是保證農(nóng)村地區(qū)飲用水健康的重要方式。但在水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中，受主、客觀因素影響和制約，如農(nóng)村地區(qū)檢測(cè)設(shè)備、技術(shù)方式等相對(duì)落后等，這些因素會(huì)在一定程度上嚴(yán)重干擾水質(zhì)測(cè)定結(jié)果；再加上水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中技術(shù)人員主觀失誤和責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。所以，對(duì)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析尤為重要。通過(guò)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差處理與分析，即可找到影響水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果的主要因素，以便控制干擾因子，消除不良影響，保證水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、客觀與完整。

1 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)依據(jù)

1.1 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的真值與平均值

水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析主要是以檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差及其在運(yùn)行中產(chǎn)生的相關(guān)影響為對(duì)象，確定水質(zhì)最終檢測(cè)結(jié)果的精確性。從本質(zhì)上而言，水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差是客觀存在的，只要保證誤差控制在合理范圍內(nèi)，都是可行的。但誤差過(guò)大就會(huì)影響水質(zhì)測(cè)定結(jié)果，不利于對(duì)研究區(qū)水質(zhì)總體情況作出客觀判斷與分析[1]。而水質(zhì)檢測(cè)數(shù)值是物理量的真實(shí)值，在水質(zhì)檢測(cè)中一般無(wú)法得到真值，只能通過(guò)平均值代替水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)真值；同時(shí)，水質(zhì)測(cè)定次數(shù)有限，只能通過(guò)多次測(cè)定中取得的平均值作為近似測(cè)定結(jié)果，對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行合理判斷。在水質(zhì)測(cè)定中，常用的平均值主要分為算術(shù)平均值、均方根平均值、加權(quán)平均值、中位值、幾何平均值幾種。具體測(cè)定化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理計(jì)算公式分別如下：

1)錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的算術(shù)平均值計(jì)算：

公式如下：

(1)

2)錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的均方根平均值誤差計(jì)算：

公式如下：

(2)

3)錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中真值計(jì)算：

公式如下：

A=x±△x

(3)

4)錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差異常數(shù)據(jù)處理與取舍：

公式如下：

(4)

5)錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中合理判斷K值：

公式如下：

(5)

2.2 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的常見(jiàn)誤差與類型

水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)中的誤差分為絕對(duì)和相對(duì)誤差2種。其中，絕對(duì)誤差是指水質(zhì)檢測(cè)值與真實(shí)值之間的差值。因水質(zhì)檢測(cè)真實(shí)值難以獲得。因此，在實(shí)踐中經(jīng)常采用檢測(cè)值與平均值之間的差表示水質(zhì)檢測(cè)絕對(duì)誤差。

在檢測(cè)過(guò)程中，只需將標(biāo)準(zhǔn)式樣中某成分實(shí)際含量作為該組分的真值，即可以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)誤差進(jìn)行估算。對(duì)誤差分析準(zhǔn)確度進(jìn)行判斷時(shí)，經(jīng)常采用相對(duì)誤差這一指標(biāo)來(lái)衡量[2]。

其中，絕對(duì)誤差/平均值=相對(duì)誤差。

在對(duì)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行分類，其中根據(jù)不同誤差產(chǎn)生成因，可將誤差分為不同種類，具體而言分為3種，分別是系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差與過(guò)失誤差。這3種誤差主要是由測(cè)定中不確定性因素和技術(shù)操作人員操作不規(guī)范所導(dǎo)致。

2.3 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的準(zhǔn)確度與精密度

對(duì)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，經(jīng)常采用準(zhǔn)確度與精確度兩大指標(biāo)來(lái)衡量。其中，準(zhǔn)確度是指水質(zhì)測(cè)定值與真實(shí)值之間的偏差，其可反映系統(tǒng)誤差大小，通過(guò)相對(duì)誤差來(lái)表示。而水質(zhì)檢測(cè)精密度主要是指在控制條件下，采用一個(gè)均勻試驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)測(cè)定，以此得到重復(fù)數(shù)據(jù)即可隨機(jī)反映水質(zhì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。這一指標(biāo)可反映水質(zhì)測(cè)定值與算術(shù)平均值之間的偏差程度。精密度是保證準(zhǔn)確度的前提和基礎(chǔ)，只有消除了水質(zhì)測(cè)定誤差，才能通過(guò)精密度表示水質(zhì)測(cè)定準(zhǔn)確度。而在水質(zhì)測(cè)定結(jié)果分析中，先要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)精密度進(jìn)行考察，然后才能對(duì)其準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，充分弄清二者關(guān)系有助于正確處理水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)[3]。

3 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析實(shí)踐應(yīng)用

3.1 直接法

直接數(shù)據(jù)處理是指直接從儀表中讀取數(shù)據(jù)；而間接處理是指通過(guò)計(jì)算得到數(shù)據(jù)結(jié)果的方式。

1)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的單項(xiàng)測(cè)量值誤差。

在水污染環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受相關(guān)技術(shù)條件和設(shè)備因素制約。因此，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，只有經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，才能得到具體數(shù)值。這些數(shù)值往往是平均近似值，需結(jié)合實(shí)際對(duì)其進(jìn)行修正。在處理中，對(duì)于誤差較小的結(jié)果只需結(jié)合儀表中的數(shù)據(jù)對(duì)其適當(dāng)計(jì)算即可；而誤差較大的數(shù)據(jù)需按儀器上最小刻度的1/2作為單項(xiàng)測(cè)量最大絕對(duì)誤差。

2)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中多次重復(fù)測(cè)量值誤差。

在水質(zhì)測(cè)定結(jié)果分析中，為了得到準(zhǔn)確數(shù)值，往往需經(jīng)過(guò)多次重復(fù)測(cè)量與計(jì)算，用這些測(cè)量值的算術(shù)平均值即可近似度代替水質(zhì)測(cè)量值的真值。其中，水質(zhì)測(cè)量值的真值可表示為：

A=x±△x

(6)

(7)

另外，測(cè)量值與算術(shù)平均值的差-偏差即可表示為：

dxi=xi-x

(8)

算術(shù)平均誤差即可表示為：

(9)

例如：在對(duì)錦州市2016年某研究區(qū)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)10次循環(huán)測(cè)定，最終得到如下10組原水濁度測(cè)定結(jié)果，分別為0.490、0.471、0.475、0.492、0.473、0.480、0.468、0.492、0.476、0.451，

按照上述計(jì)算公式，即可得到：

錦州市水質(zhì)濁度算術(shù)平均值為：

(10)

錦州市水質(zhì)濁度算術(shù)平均誤差:

(11)

錦州市水質(zhì)濁度真值為：

A=x±△x=錦州市水質(zhì)濁度算術(shù)平均值±錦州市水質(zhì)濁度算術(shù)平均誤差=0.4902±0.00083

(12)

即可確定錦州市水質(zhì)濁度測(cè)定真值處于0.4902-0.00083這一區(qū)間內(nèi)。

3.2 間接法

與直接法不同，水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)間接測(cè)量值主要是指將直接測(cè)量值代入不同計(jì)算處理公式得到的一種誤差分析法。間接測(cè)量值的準(zhǔn)確性受直接測(cè)量結(jié)果與公式形式等因素影響。間接測(cè)量誤差主要是考察同一水質(zhì)在不同誤差情況下相加得到的誤差情況。各項(xiàng)直接測(cè)量值絕對(duì)誤差之和=只含和、差運(yùn)算間接測(cè)量值的絕對(duì)誤差；間接測(cè)量、直接測(cè)量值之間的函數(shù)關(guān)系含乘、除、乘方、開(kāi)方等運(yùn)算時(shí)，各直接測(cè)值相對(duì)誤差之和=相對(duì)誤差。當(dāng)間接測(cè)量值計(jì)算公式只含加減運(yùn)算時(shí)或含有乘、除、乘方、開(kāi)方時(shí)，要分別先計(jì)算絕對(duì)誤差，再計(jì)算相對(duì)誤差或先計(jì)算相對(duì)誤差，后計(jì)算絕對(duì)誤差。

例如，在錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)處理中，溶質(zhì)直接測(cè)定量和使用分析天平測(cè)量的絕對(duì)誤差WB分別為0.3468g和0.0003g。溶劑水質(zhì)量W A在臺(tái)秤上稱刻度為26g，絕對(duì)誤差=0.2g。置于60mL容量瓶中，容量瓶刻度絕對(duì)誤差、溶質(zhì)與溶劑水觀測(cè)體積刻度分別為±0.06mL和V=26mL。則通過(guò)計(jì)算可得：

1)水溶質(zhì)稱量相對(duì)誤差：

=ΔWB /WB=±0.0003/0.3468 =±1.5×10-3

2)水溶劑稱量的相對(duì)誤差：

=ΔWA /W A =±0.2/26 =±3×10-3

3)觀測(cè)體積相對(duì)誤差：

=ΔV/V =±0.06/26 =±3×10-3

由此可求得所配試劑的相對(duì)誤差

=ΔWB /WB+ΔWA /WA+ΔV/V

=(±1.5×10-3)+(±3×10-3)+(±3×10-3)

3.3 水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析中的異常數(shù)據(jù)取舍

在水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析中，經(jīng)常需對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍處理。通常采用的異常數(shù)據(jù)取舍方法有肖維涅準(zhǔn)則。

例如：在錦州市水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)處理中得到的一組PH實(shí)測(cè)數(shù)按照從大到小順序排列，分別為9.62、9.24、8.98、8.92、8.81、8.79、8.71、8.67、8.61、8.56、8.48、8.39、8.37、8.31、8.17、7.19。其中數(shù)據(jù)9.62和7.19分別為最大值和最小值，與其它數(shù)據(jù)之間存在異常，所以按照以下計(jì)算公式即可對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍：

根據(jù)公式：

(13)

在上述計(jì)算基礎(chǔ)上，合理判斷K值：

(14)

通過(guò)查表“n與K的對(duì)應(yīng)值”當(dāng)n為16時(shí)，k=2.26,

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上可知，文章重點(diǎn)對(duì)該研究區(qū)水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析方法進(jìn)行闡述，文中提出了單項(xiàng)測(cè)量值的誤差分析、多次重復(fù)測(cè)量值的誤差分析、直接與間接測(cè)量值的誤差分析、異常數(shù)據(jù)取舍等水質(zhì)化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理與分析方法。實(shí)踐結(jié)果表明，直接計(jì)算法與間接計(jì)算法、基于肖維涅準(zhǔn)則的異常數(shù)據(jù)取舍法，均可有效提高錦州市水質(zhì)測(cè)定、化驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)處理精確性，大大提高數(shù)據(jù)分析科學(xué)性，從而為錦州市水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析提供了重要參考依據(jù)，上述方法值得應(yīng)用與推廣。

[1]程曼曼.季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗(yàn)法在南灣水庫(kù)水質(zhì)趨勢(shì)分析中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào), 2012(16)：57-58.

[2]韓靜.汾河水庫(kù)水質(zhì)趨勢(shì)分析[J].山西水利科技, 2009(01)：92-93，96.

[3]胡國(guó)華, 唐忠旺,肖翔群.季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)及其在三門峽水庫(kù)水質(zhì)趨勢(shì)分析中的應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué), 2004(03):86-88.

[4]朱佳佳.九龍江流域水環(huán)境狀況及治理對(duì)策初探[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2009(04):27-29.

1007-7596(2017)08-0056-03

2017-08-16

李偉晶(1964-)，男，遼寧錦州人，工程師，從事水質(zhì)化驗(yàn)、監(jiān)督執(zhí)法等工作。

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