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        水質(zhì)檢測(cè)的誤差分析及數(shù)據(jù)處理

        2016-10-19 16:41:37王娟
        水能經(jīng)濟(jì) 2016年9期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)檢測(cè)誤差分析數(shù)據(jù)處理

        王娟

        【摘要】我國(guó)水資源缺乏,水質(zhì)問(wèn)題日益突出,其直接關(guān)系到人民群眾的生活水平與身體健康。水質(zhì)檢測(cè)工作作為水資源管理工作的重要組成部分,在改善水質(zhì)惡化方面具有重要作用。水質(zhì)檢測(cè)能夠及時(shí)有效地預(yù)防水污染事件,保證我國(guó)水資源合理地開(kāi)發(fā)與利用。因此,在水資源管理與水文工作開(kāi)展過(guò)程中,要嚴(yán)格部署水質(zhì)檢測(cè)工作,合理分析誤差存在的原因,對(duì)數(shù)據(jù)處理做出有效地改善,確保水質(zhì)檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性與有效性。本文基于上述背景,簡(jiǎn)要概述了水質(zhì)檢測(cè)中誤差的本質(zhì),分析了水質(zhì)檢測(cè)誤差出現(xiàn)的原因,并在此基礎(chǔ)上探究了數(shù)據(jù)處理的有效措施。

        【關(guān)鍵詞】水質(zhì)檢測(cè);誤差分析;數(shù)據(jù)處理

        前言

        隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人民群眾物質(zhì)生活水平提高,社會(huì)各界對(duì)水體質(zhì)量越來(lái)越重視,而目前,我國(guó)水資源短缺、水污染現(xiàn)象嚴(yán)重,影響居民用水安全,導(dǎo)致水資源管理工作實(shí)效性較低。因此,在具體水質(zhì)檢測(cè)工作開(kāi)展過(guò)程中,要嚴(yán)格部署相關(guān)工作,確保數(shù)據(jù)處理工作的合理性,在一定程度上避免誤差所造成的不良影響。

        1.水質(zhì)檢測(cè)中誤差的本質(zhì)

        水質(zhì)檢測(cè)的目的是進(jìn)一步了解水質(zhì)狀況,從而及時(shí)采取預(yù)防水污染和改善水質(zhì)的有效措施,保證水資源的健康。然而在水質(zhì)檢測(cè)的實(shí)際過(guò)程中,誤差的存在在所難免,現(xiàn)就誤差的概念及本質(zhì)作以簡(jiǎn)要說(shuō)明:(1)在對(duì)水質(zhì)檢測(cè)的過(guò)程中,化驗(yàn)的結(jié)果會(huì)受到檢測(cè)設(shè)備,周邊環(huán)境,人員操作、數(shù)據(jù)取舍等因素的影響,由于上訴因素造成檢測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間會(huì)存在一定的差距,這種差距在數(shù)學(xué)意義上即為誤差。(2)如上述概念所述,誤差的本質(zhì)即為檢測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間的差距,誤差不同于錯(cuò)誤,不能被完全消除。但是,在具體檢測(cè)工作的開(kāi)展過(guò)程中可以通過(guò)改善測(cè)量技術(shù),合理處理數(shù)據(jù)等方式來(lái)減少誤差對(duì)水質(zhì)檢測(cè)準(zhǔn)確性造成的不良影響。

        2.水質(zhì)檢測(cè)誤差出現(xiàn)的原因

        2.1 方法誤差

        方法誤差為水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中較為常見(jiàn)的誤差形式,其與水質(zhì)檢測(cè)方法本身有關(guān),是不合理的水質(zhì)檢測(cè)方法所造成的誤差。比如,在水質(zhì)檢測(cè)中常用的的滴定分析中,滴定終點(diǎn)在指示劑的確定下形成,但容易出現(xiàn)其與化學(xué)點(diǎn)不符的情況。并且在這一過(guò)程會(huì)伴有副反應(yīng)情況的出現(xiàn),造成測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值不符。同時(shí),在對(duì)終點(diǎn)確認(rèn)的過(guò)程中,由于人為因素影響,對(duì)終點(diǎn)判斷不同,也會(huì)造成誤差的出現(xiàn)。

        2.2 儀器誤差

        儀器誤差的形成原因較為簡(jiǎn)單,其主要由于儀器本身的不精準(zhǔn)或者使用之前未進(jìn)行校準(zhǔn)工作所致。比如,天平、玻璃器皿等儀器本身刻度不夠準(zhǔn)確,或者工作人員在使用前并未將其進(jìn)行校準(zhǔn),最終導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏高或者偏低。

        2.3 試劑誤差

        試劑在水質(zhì)檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛,其主要起到檢測(cè)雜質(zhì),分析水質(zhì)酸堿度等作用。但是,在檢測(cè)過(guò)程中由于所用試劑的純度因素或蒸餾水中存在雜質(zhì)都會(huì)造成測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差。

        2.4 操作誤差

        操作誤差主要由人為因素造成,其與操作人員的習(xí)慣和認(rèn)知體系有著密切的關(guān)系。比如,在數(shù)值的讀取過(guò)程中,由于操作人員的取舍習(xí)慣不同,對(duì)數(shù)值的讀取就會(huì)造成一定的差異。同時(shí),在液體顏色記錄方面,操作人員對(duì)顏色的敏感程度不一,造成對(duì)終點(diǎn)判斷不同也存在一定的偏差。

        3.數(shù)據(jù)處理的有效措施

        3.1 直接測(cè)量值的數(shù)據(jù)處理

        水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)中直接測(cè)量值數(shù)據(jù)即直接可讀取的測(cè)量值,其直觀地體現(xiàn)在測(cè)量?jī)x器上??梢苑譃閱雾?xiàng)測(cè)量誤差分析和多次重復(fù)誤差分析:(1)單項(xiàng)測(cè)量受限于檢測(cè)項(xiàng)目以及技術(shù)條件。此時(shí)的誤差分析可以直接通過(guò)儀器注明誤差范圍計(jì)算;沒(méi)有誤差范圍標(biāo)注的儀器只能按照精度的1/2進(jìn)行計(jì)算;(2)多次測(cè)量誤差分析則是通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行誤差計(jì)算。需要對(duì)測(cè)量值的測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均數(shù)、偏差、平均差進(jìn)行計(jì)算,最后得到其真值范圍。

        例如某次測(cè)量的水質(zhì)分光度的數(shù)值如下:0.480,0.481,0.482,0.480,0.481,0.480,0.482,0.479,0.478,0.481,0.481。通過(guò)上述公式計(jì)算可得,算術(shù)平均數(shù)為0.4804,算數(shù)平均差為0.000959,則真值范圍為:0.4814-0.4795。由此可知,這種直接的測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法可以估測(cè)真值的取值范圍,為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度提供基本保障。

        3.2 間接測(cè)量值的數(shù)據(jù)處理

        間接的數(shù)據(jù)和直接測(cè)量數(shù)據(jù)之間滿(mǎn)足一定的函數(shù)關(guān)系。間接數(shù)據(jù)誤差分析包括相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差的分析:(1)相對(duì)誤差為直接測(cè)量數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差的和;(2)絕對(duì)誤差為各項(xiàng)直接測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差的和。相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差的計(jì)算順序要根據(jù)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算方式(加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方)決定。

        例如,某次水質(zhì)檢測(cè)所使用化學(xué)試劑的配置過(guò)程中,試劑的溶質(zhì)質(zhì)量WB為0.3524 g,稱(chēng)量所使用分析天平的精度為0.0003 g,試劑溶劑質(zhì)量為WA為30 g,臺(tái)秤絕對(duì)誤差為0.1 g,配置試劑所用容量瓶的容積為50 mL,目測(cè)體積刻度為30 mL,刻度誤差為±0.05 mL。

        所以,溶質(zhì)的稱(chēng)取相對(duì)誤差為:△WB/WB=±0.0003/0.3524=±0.8×10-3

        溶劑量取相對(duì)誤差為:△WA/WA=±0.1/25=±4×10-3

        體積量取誤差:△V/V=±0.05/30=±1.7×10-3

        則可以得到試劑配置過(guò)程中的相對(duì)誤差為:△WB/WB+△WA/WA+△V/V=(±0.8×10-3)+(±4×10-3)+(±1.7×10-3)。由此可見(jiàn),間接處理方法可以評(píng)價(jià)測(cè)量工具和測(cè)量方法所帶來(lái)的相對(duì)誤差,評(píng)估結(jié)果與測(cè)量精度所使用工具的絕對(duì)誤差相關(guān)。

        3.3 異常數(shù)據(jù)的取舍方式

        測(cè)量數(shù)據(jù)中往往會(huì)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù),與測(cè)量組中其他數(shù)據(jù)的偏差較大,此時(shí)就需要對(duì)此異常數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍,取舍方法有肖維涅準(zhǔn)則、格拉布斯檢驗(yàn)法等,下面以肖維涅準(zhǔn)則為例。某次水質(zhì)pH值的測(cè)量值分別為:9.52,8.44,7.5,9.44,9.32,8.55,8.64,8.35,8.05,7.57,7.68。其中最大值和最小值分別為9.52和7.5,為了檢測(cè)其為異常數(shù)據(jù),可進(jìn)行如下計(jì)算分析。標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式參照:

        結(jié)果為:0.733,算術(shù)平均數(shù):x= 8.46,K值計(jì)算公式為:K=│(x-7.5)/0.733│=1.31,對(duì)應(yīng)表1可知,當(dāng)n等于11時(shí),1.99>1.31,沒(méi)有超出誤差范圍,屬于正常數(shù)據(jù)。同理9.52的值為1.45,也屬于正常值。

        4.結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,并在檢測(cè)工作完成后對(duì)誤差進(jìn)行有效地分析,依據(jù)誤差的不同類(lèi)別進(jìn)行分析與處理。在誤差處理過(guò)程中既要保證直接檢測(cè)值、間接檢測(cè)值和異常數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性,同時(shí)也要避免人為因素造成的不必要影響,進(jìn)而確保水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與有效性。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 劉娟利.廢水水質(zhì)檢測(cè)化驗(yàn)誤差分析與數(shù)據(jù)處理[J].科技風(fēng),2013,(23):30-30.

        [2] 張明陽(yáng),沈明玉.基于WSN的數(shù)據(jù)融合在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2014,(23):234-238,260.

        [3]Paul M P, Rigrod P, Wingate S, et al. A Community-Driven Intervention in Tuftonboro, New Hampshire, Succeeds in Altering Water Testing Behavior.[J]. Journal of Environmental Health, 2015, 78(5):30-39.

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