曹婧，李玲玲，李琴，謝冕，高磊，韓錫錫

(1.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心 青島 266033；2.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 青島 266033)

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監(jiān)測結(jié)果不確定度在海洋環(huán)境評價中的應(yīng)用

曹婧1，2，李玲玲1，2，李琴1，2，謝冕1，2，高磊1，2，韓錫錫1，2

(1.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心 青島 266033；2.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室 青島 266033)

文章將監(jiān)測結(jié)果的不確定度與海洋環(huán)境評價相結(jié)合，認為當(dāng)監(jiān)測結(jié)果為“跨界數(shù)值”時，對水質(zhì)等級的評價將出現(xiàn)疑問。為解決這一問題，引入水質(zhì)等級概率F的概念，并以無機氮的評價為例，提出最差等級判別法、概率均分判別法和F值賦值判別法3種判斷跨界數(shù)值水質(zhì)等級的方法，為更科學(xué)地評價海洋環(huán)境提供依據(jù)。

海洋環(huán)境評價；海水水質(zhì)；環(huán)境監(jiān)測

監(jiān)測結(jié)果的準確度在海洋環(huán)境監(jiān)測過程中具有重要的意義。對樣品的分析測量過程進行研究，從而評價監(jiān)測結(jié)果的準確度是環(huán)境監(jiān)測工作必不可少的一個環(huán)節(jié)。監(jiān)測結(jié)果的不確定度能夠全面、準確地反映其準確度，因此在進行環(huán)境監(jiān)測與評價時，對監(jiān)測結(jié)果的不確定度進行評價具有顯著意義。對于海洋環(huán)境監(jiān)測而言，海洋環(huán)境的復(fù)雜性、現(xiàn)場實驗環(huán)境的局限性等均會影響監(jiān)測結(jié)果的準確度，而通過對監(jiān)測結(jié)果進行不確定度評價能夠全面分析影響監(jiān)測結(jié)果的主要因素，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量[1]。目前已有關(guān)于不確定度在海水和沉積物監(jiān)測中的應(yīng)用的相關(guān)研究[2-3]，也有關(guān)于海水總堿度[4]、化學(xué)需氧量[5]、營養(yǎng)鹽[6-7]等監(jiān)測項目不確定度的來源的相關(guān)分析，為提高海洋環(huán)境監(jiān)測能力提供依據(jù)。

監(jiān)測結(jié)果的不確定度對海洋環(huán)境評價也具有重要的意義，尤其是當(dāng)監(jiān)測結(jié)果正好處于海水水質(zhì)標準“界限值”兩側(cè)時，海洋環(huán)境評價結(jié)果會發(fā)生質(zhì)的變化[8]。因此，海洋環(huán)境評價結(jié)果也應(yīng)考慮監(jiān)測結(jié)果不確定度帶來的差異，從而更加科學(xué)可靠。目前的監(jiān)測結(jié)果不確定度研究大多集中在建立不確定度評價模型和探討不確定來源方面，對于如何將監(jiān)測結(jié)果不確定度與海洋環(huán)境評價相聯(lián)系方面缺乏相關(guān)研究。本文以海水水質(zhì)無機氮的評價為例，探討監(jiān)測結(jié)果不確定度在海洋環(huán)境評價中的應(yīng)用。

海水水質(zhì)等級評價是利用監(jiān)測結(jié)果對照《海水水質(zhì)標準》(GB3097-1997)進行判斷的，因此海水水質(zhì)等級評價的信息主要通過監(jiān)測獲取，將監(jiān)測結(jié)果與規(guī)定“允許限”或者“允許區(qū)間”相比較來判斷。在實際工作中，引入不確定度的監(jiān)測結(jié)果為y=x±U(其中x為實際監(jiān)測結(jié)果值、U為其擴展不確定度、y為監(jiān)測結(jié)果)，對其進行海水水質(zhì)等級評價可能出現(xiàn)兩種情況，即y完全落于某類水質(zhì)等級的區(qū)間內(nèi)，或y的結(jié)果區(qū)間位于海水水質(zhì)等級標準“界限值”的兩側(cè)。以無機氮為例，依據(jù)《海水水質(zhì)標準》(GB3097-1997)，無機氮的水質(zhì)等級判斷標準如表1所示；假設(shè)某個站位無機氮的監(jiān)測結(jié)果為(198±4.51)μg/L，將該結(jié)果與無機氮第一類水質(zhì)等級標準比較，就會發(fā)現(xiàn)測試值在“界限值”的兩側(cè)，通常被稱為“跨界數(shù)值”。從此例可以看出，由于不確定度的存在，當(dāng)監(jiān)測結(jié)果為“跨界數(shù)值”時，對無機氮的水質(zhì)等級判斷將出現(xiàn)疑問。

表1 無機氮水質(zhì)等級標準 μg/L

在此引入水質(zhì)等級概率F的概念，F(xiàn)=可能出現(xiàn)在第N類水質(zhì)等級標準內(nèi)的數(shù)據(jù)的總數(shù)/可能出現(xiàn)的測量值的總數(shù)。

從F的定義中可以看出，F(xiàn)值的大小可以反映出在判定監(jiān)測結(jié)果屬于某類水質(zhì)等級時的概率大小。F值越大，表示屬于該類水質(zhì)等級的可能性越高；反之，則可能性越小。并且F值介于[0，1]之間，即0≤F≤1，當(dāng)F值為0或者1時，表示不存在跨界數(shù)值。

假設(shè)無機氮水質(zhì)界限值為M0，當(dāng)M>M0時符合N類水質(zhì)等級，而該樣品無機氮實際監(jiān)測結(jié)果為y=x±U，考慮到海上現(xiàn)場無機氮監(jiān)測的特點，將跨界數(shù)值的分布密度函數(shù)假定為均勻分布，則根據(jù)F的定義，即

如果當(dāng)M≤M0時符合N類水質(zhì)等級，則

在上述舉例中，符合一類海水水質(zhì)標準是無機氮含量不大于200 μg/L，測定結(jié)果為(198±4.51)μg/L，則水質(zhì)等級概率F=[M0-(x-U)]/2U=0.72，即說明該結(jié)果有72%的概率屬于第一類海水水質(zhì)標準，有28%的概率屬于第二類海水水質(zhì)標準。

從上述分析可以看出，對跨界數(shù)值的判定總存在相應(yīng)的風(fēng)險，因此在對海水水質(zhì)等級進行判定時，除監(jiān)測結(jié)果和界限值外，還需確定水質(zhì)等級概率F的閾值，由界限值、擴展不確定度和風(fēng)險系數(shù)計算出判定界限值，最終將監(jiān)測結(jié)果與判定界限值進行比較做出判定。因此對于F的閾值的判斷即成為跨界數(shù)值判定的標準，根據(jù)實際工作及文獻統(tǒng)計[9-10]，提出以下3種跨界數(shù)值的海水水質(zhì)等級評價方法。

(1)最差等級判別法。2015年1月1日實施的《中華人民共和國環(huán)境保護法》以及國家海洋局于2014年先后下發(fā)的《國家海洋局關(guān)于進一步加強海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理的意見》和《全國海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理3年行動計劃(2015—2017年)》中均對數(shù)據(jù)質(zhì)量提出嚴格要求，同時渤海紅線的劃定也對渤海實施最嚴格的環(huán)境保護。在此基礎(chǔ)上參考海水水質(zhì)的綜合評價方法——最差等級判別法，提出跨界數(shù)值的最差等級判別法，根據(jù)跨界數(shù)值可能出現(xiàn)的最差水質(zhì)等級作為監(jiān)測結(jié)果的最終水質(zhì)等級。該方法操作簡單，只要一次判別即可以判斷出水質(zhì)等級，但同時也有較大的片面性，評價結(jié)果最為悲觀。

(2)概率均分判別法。這種判別法提出的依據(jù)是基于風(fēng)險均擔(dān)，考慮到日常環(huán)境監(jiān)測與評價的特點，認為當(dāng)出現(xiàn)在第N類海水水質(zhì)等級區(qū)間內(nèi)的概率不小于50%時，即監(jiān)測結(jié)果符合第N類海水水質(zhì)標準，即選擇F=0.5。該方法較為簡單，評價結(jié)果具有一定的科學(xué)性，且與未引入不確定度時的海水水質(zhì)等級評價結(jié)果一致，但具有較大的主觀性，無法客觀反映監(jiān)測結(jié)果的真實水質(zhì)等級。

(3)F值賦值判別法。考慮到上述兩種判別法的片面性和主觀性，在此方法中對F值的賦值引入專家意見，即建議專家在綜合考慮海水環(huán)境和數(shù)學(xué)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上對F值的賦值提出意見，對專家意見進行統(tǒng)計并最終提出F值的賦值。該方法能夠綜合考慮海水環(huán)境、數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法和專家意見，較為客觀全面，但判斷過程較為復(fù)雜，且判斷方法具有較大的地域局限性。

從上述分析可以看出，3種評價方法各有優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用中可根據(jù)海洋環(huán)境管理需求和水質(zhì)等級評價目的進行選擇，以獲得更為科學(xué)的海水水質(zhì)等級判斷結(jié)果，為海洋開發(fā)管理提供技術(shù)支持。

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The Applications of Uncertainty in the Evaluation of Marine Environment

CAO Jing1，2，LI Lingling1，2，LI Qin1，2，XIE Mian1，2，GAO Lei1，2，HAN Xixi1，2

(1.North China Sea Environmental Monitoring Center，State Oceanic Administration，Qingdao 266033，China；2.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecology and Environment & Disaster Prevention and Mitigation，Qingdao 266033，China)

The uncertainty of measurement was applied in the evaluation of marine environment.When the monitoring result is “cross-border numerical”，there will be doubt on the evaluation of water quality grade.This paper introduced the concept of probability water quality grade-F and suggested three ways to solve the problem of evaluation of water quality grade by a case study of the inorganic nitrogen.The three ways are respectively the worst grade criterion，the probability criterion and the criterion F value assignment.The result provided a basis for more scientific evaluation of the marine environment.

Evaluation of marine environment，Seawater quality，Environmental monitoring

2016-02-26；

2016-07-04

2015年度北海分局海洋科技項目(2015B03)；山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室2015年度開放基金項目(201501).

曹婧，高級工程師，博士，研究方向為海洋環(huán)境監(jiān)測與評價，電子信箱：caojing@bhfj.gov.cn

P71

A

1005-9857(2016)08-0036-03