第2章水环境样品的采集和保存.docx
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第2章水环境样品的采集和保存
第2章水环境样品的采集和保存
2.1水质采样方案设计
2.1.1地表水
水质监测点位的布设关系到监测数据是否有代表性，是能否真实地反映水环
境质量现状及污染发展趋势的关键问题。
1．地表水监测断面的设置原则
断面在总体和宏观上应能反映水系或区域的水环境质量状况；各断面的具体位置应能反映所在区域环境的污染特征；尽可能以最少的断面获取有足够代表性的环境信息；应考虑实际采样时的可行性和方便性。
根据上述总体原则，对水系可设背景断面、控制断面（若干）和入海断面。
对行政区域可设背景断面（对水系源头）或入境断面（对过境河流）、控制断面（若干）和入海河口断面或出境断面。
在各控制断面下游，如果河段有足够长度（至少10km），还应设削减断面。
（1）监测断面的分类。
1）采样断面：
指在河流采样中，实施水样采集的整个剖面。
分背景断面、对照断面、控制断面、削减断面和管理断面等。
2）背景断面：
指为评价某一完整水系的污染程度，未受入类生活和生产活动影响，提供水环境背景值的断面。
3）对照断面：
指具体判断某一区域水环境污染程度时，位于该区域所有污染源上游处，提供这一水系区域本底值的断面。
4）控制断面：
指为了解水环境受污染程度及其变化情况的断面。
即受纳某城市或区域的全部工业和生活污水后的断面。
5）削减断面：
指工业废水或生活污水在水体内流经一定距离而达到最大程度混合，污染物被稀释、降解，其主要污染物浓度有明显降低的断面。
6）管理断面：
指为特定的环境管理需要而设置的断面。
（2）设置原则。
环境管理除需要上述断面外，还有许多特殊需要，如了解饮用水源地、水源丰富区、主要风景游览区、自然保护区，与水质有关的地方病发病区，严重水土流失区及地球化学异常区等水质的断面。
断面位置应避开死水区、回水区、排污口处，尽量选择顺直河段、河床稳
定、水流平稳、水面宽阔、无急流、无浅滩处。
监测断面应力求与水文测流断面一致，以便利用其水文参数，实现水质监测与水量监测的结合。
监测断面的布设应考虑社会经济发展，监测工作的实际状况和需要，要具有相对的长远性。
流域同步监测中，根据流域规划和污染源限期达标目标确定监测断面。
局部河道整治中，监视整治效果的监测断面，由所在地区环境保护行政主管部门确定。
入海的河口断面要设置在能反映入海河水水质、临近入海口的位置。
其他如突发性水环境污染事故，洪水期和退水期的水质监测，应根据现场情况，布设能反映污染物进入水环境和扩散、削减情况的采样断面及点位。
2．河流监测断面的设置方法
（1）背景断面须能反映水系未受污染时的背景值。
要求基本上不受入类活动的影响，远离城市居民区、工业区、农药化肥施放区及主要交通路线。
原则上应设在水系源头处或未受污染的上游河段，如选定断面处于地球化学异常区，则要在异常区的上、下游分别设置。
如有较严重的水土流失情况，则设在水土流失区的上游。
（2）入境断面用来反映水系进入某行政区域时的水质状况，应设置在水系进入本区域且尚未受到本区域污染源影响处。
（3）控制断面用来反映某排污区（口）排放的污水对水质的影响。
应设置在排污区（口）的下游，污水与河水基本混匀处。
（4）控制断面的数量、控制断面与排污区（口）的距离可根据以下因素决定：
主要污染区的数量及其间的距离、各污染源的实际情况、主要污染物的迁移转化规律和其他水文特征等。
此外，还应考虑对纳污量的控制程度，即由各控制断面所控制的纳污量不应小于该河段总纳污量的80%。
如某河段的各控制断面均有5年以上的监测资料，可用这些资料进行优化，用优化结论来确定控制断面的位置和数量。
（5）出境断面用来反映水系进入下一行政区域前的水质。
因此应设置在本区域最后的污水排放口下游，污水与河水已基本混匀并尽可能靠近水系出境处。
如在此行政区域内，河流有足够长度，则应设削减断面。
削减断面主要反映河流对污染物的稀释净化情况，应设置在控制断面下游，主要污染物浓度有显著下降处。
（6）省（自治区、直辖市）交界断面。
省、自治区和直辖市内主要河流的干流、一级、二级支流的交界断面，这是环境保护管理的重点断面。
（7）其他各类监测断面。
1）水系的较大支流汇入前的河口处，以及湖泊、水库、主要河流的出、入口应设置监测断面。
2）国际河流出、入国境的交界处应设置出境断面和入境断面。
3）国务院环境保护行政主管部门统一设置省（自治区、直辖市）界断面。
4）对流程较长的重要河流，为了解水质、水量变化情况，经适当距离后应设置监测断面。
5）水网地区流向不定的河流，应根据常年主导流向设置监测断面。
6）对水网地区应视实际情况设置若干控制断面，其控制的径流量之和应不少于总径流量的80%。
7）有水工建筑物并受入工控制的河段，应视情况分别在闸（坝、堰）上、下设置断面。
如水质无明显差别，可只在闸（坝、堰）上设置监测断面。
8）要使各监测断面能反映一个水系或一个行政区域的水环境质量。
断面的确定应在详细收集有关资料和监测数据基础上，进行优化处理，将优化结果与布点原则和实际情况结合起来，做出决定。
9）对于季节性河流和入工控制河流，由于实际情况差异很大，这些河流监测断面的确定、采样的频次与监测项目、监测数据的使用等，由各省（自治区、直辖市）环境保护行政主管部门自定。
河流监测断面设置如图2-1所示。
图2-1河流监测断面的设置
3．潮汐河流监测断面的布设
（1）潮汐河流监测断面的布设原则与其他河流相同，设有防潮桥闸的潮汐河流，根据需要在桥闸的上游、下游分别设置断面。
（2）根据潮汐河流的水文特征，潮汐河流的对照断面一般设在潮区界以上。
若感潮河段潮区界在该城市管辖的区域之外，则在城市河段的上游设置一个对照断面。
（3）潮汐河流的削减断面，一般应设在近入海口处。
若入海口处于城市管辖区域外，则设在城市河段的下游。
（4）潮汐河流的断面位置，尽可能与水文断面一致或靠近，以便取得有关的水文数据。
4．湖泊、水库监测垂线的布设
对于湖泊、水库通常只设监测垂线，如有特殊情况可参照河流的有关规定设置监测断面。
（1）湖（库）区的不同水域，如进水区、出水区、深水区、浅水区、湖心区、岸边区，按水体类别设置监测垂线。
（2）湖（库）区若无明显功能区别，可用网格法均匀设置监测垂线。
（3）监测垂线上采样点的布设一般与河流的规定相同，但对有可能出现温度分层现象时，应作水温、溶解氧的探索性试验后再定。
（4）受污染物影响较大的重要湖泊、水库，应在污染物主要输送路线上设置控制断面。
湖泊、水库监测垂线布设如图2-2所示。
图2-2湖泊、水库监测垂线的布设
在一个监测断面上设置的采样垂线与各垂线上的采样点数应符合如表2-1、表2-2和表2-3所示。
表2-1采样垂线数的设置
水面宽
垂线数
说明
≤50m
一条（中泓）
1．垂线布设应避开污染带，要测污染带应另加垂线；
2．确能证明该断面水质均匀时，可仅设中泓垂线；
3．凡在该断面要计算污染物通量时，必须按本表设置垂线
50～100m
二条（近左、右岸有明显水流处）
＞100m
二条（左、中、右）
表2-2采样垂线上的采样点数的设置
水深
采样点数
说明
≤5m
上层一点
1．上层指水面下0.5m处，水深不到0.5m时，在水深1/2处；
5～10m
上、下层两点
2．下层指河底以上0.5m处；
3．中层指1/2水深处；
4．封冻时在冰下0.5m处采样，水深不到0.5m处时，在水深1/2处采样；
＞10m
上、中、下三层三点
5．凡在该断面要计算污染物通量时，必须按本表设置采样点
表2-3湖f库）监测垂线采样点的设置
水深
分层情况
采样点数
说明
≤5m
一点（水面下0.5m处）
1．分层是指湖水温度分层
状况；
2．水深不足Im，在1/2水
深处设置测点；
3．有充分数据证实垂线水质
均匀时，可酌情减少测点
5～10m
不分层
二点（水面下0.5m，水底上0.5m）
5～10m
分层
三点（水面下0.5m，1/2斜温层，水底上0.5m处）
＞10m
除水面下0.5m，水底上0.5m处外，按每一斜温分层1/2处设置
5．地下水（泉水、井水）
对于自喷的泉水，可在涌口处直接采样。
采集不自喷泉水时，将停滞在抽水管的水汲出，新水更替之后，再进行采样。
从井水采集水样，必须在充分抽汲后进行，以保证水样能代表地下水水源。
6．饮用水
从自来水用户所使用的水龙头上采样是最好的办法。
采样前应移去水龙头上的防溅湿装置，采样时不能使用带有混合式的水龙头，在干线和支线管道采样可利用消防栓。
此外，为细菌学检验采集样品时要特别小心。
采取自来水或抽水设备中的水样时，应先放水数分钟，使积留在水管中的杂质及陈旧水排出，然后再取样。
采集水样前，应先用水样洗涤采样器容器、盛样瓶及塞子2～3次（油类除外）。
7．浴场
从天然浴场采样，按照水库和湖泊采样方法进行。
使用循环水系统的游泳池，应该从进口、出口和水体中分别采样。
8．饮用水处理过程中所产生的污泥
大多数饮水处理厂所生成的污泥为氢氧化铝或氢氧化铁，但也有一些处理厂生成石灰软化泥或生物污泥。
这些样品可在凝聚槽混凝沉淀池内的不同深度采取，也可在浓缩池内采取。
因样品的特殊性在取出后几分钟内就会发生明显变化，因此采样后要尽量少搅动，尽快检验。
9．河流、河口、海洋、湖泊和水库的底部沉积物
所制订的采样方案应考虑到沉积物组分纵、横方向的变化，必须取得有关底部沉积物的深度和不同深度上沉积物组成的数据。
采水样时的许多重要因素，如船只的使用，也适用于底部沉积物的采样。
底层通常是不均匀的。
为了提供有代表性的评价参数，应保证采集足够数量的样品。
2.1.1污水
污染源的采样取决于调查的目的和监测分析工作的要求。
采样涉及采样的时间、地点和频次三个方面。
为了采集到有代表性的污水，采样前应该了鳃污染源的排放规律和污水中污染物浓度的时、空变化。
在采样的同时还应该测量污水的流量，以获得排污总量数据。
1．污水监测点位的布设原则
第一类污染物采样点位一律设在车间或车间处理设施的排放口或专门处理此类污染物设施的排放口。
第二类污染物采样点位一律设在排污单位的外排口。
进入集中污水处理厂和进入城市污水管网的污水应根据地方环境保护行政主管部门的要求确定。
2．污水处理设施效率监测采样点的布设
（1）对整体污水处理设施效率监测时，在各种进入污水处理设施污水的入口和污水设施的总排口设置采样点。
（2）对各污水处理单元效率监测时，在各种进入处理设施单元污水的入口和设施单元的排口设置采样点。
2.1.3工业用水的采样情况
1．上水
上水包括饮用水、河水、中水和井水。
由于水源不同，水质随时发生变化，但在给定的时间内，通常它们的组成是均质的。
这些水通过一个普通的管道系统进入工厂，不存在特殊的采样情况。
当同时存在非饮用工业供水系统时，要用适当的标志加以区分，以避免搞错采样点。
为了检查水是否可以饮用，要准备一些采样设备。
如果需要各水体混合物的质量数据，采样之前必须保证水体充分混合。
2．锅炉系统的水
（1）处理厂的水。
在处理厂的设计阶段，应仔细考虑采样点的方位、各处理阶段过滤池的进口和出口的采样设备。
当存在悬浮物时，取样之前应将采样管彻底清洗。
当测定水中溶解气体（如氧或二氧化碳）采样时，为了避免逸失必须使用特殊的采样技术。
如果使用除气塔洗除二氧化碳，那么在随后的样品处理中就要避免二氧化碳的逸失或补充。
采样管应完全浸没于水中，避免吸进气体。
（2）锅炉给水和锅炉水。
在蒸汽冷凝循环系统的许多采样点上采集的水样只含有痕量待测物质。
因此，要特别小心，避免从采样到分析过程中样品受到污染。
通常的采样系统用不锈钢制成，采样系统要有完善的结构，能经受住所承受的运转压力。
如果用长采样管采集高温高压锅炉给水，为了安全，最好在靠近采样点的地方冷却采样管中的样品。
当用物理和化学方法除气时，通常需设两个采样点：
一个点在加化学药品之前，检验物理方法除气效率；第二个点检验总的除气效率。
所设计的锅炉采样点要保证能采到锅炉水的代表性样品。
对于某些分析如痕量金属，它们可能部分或全部的以颗粒形式存在，在这种情况下应该使用等动力采样探头。
（3）蒸汽冷凝水。
在工业上控制蒸汽的质量非常重要。
通常需要从蒸汽冷凝液的回路上，过热蒸汽或者加压湿蒸汽中采样。
所使用的采样探头，附有不锈钢冷却器。
要注意防止采样和分析期间样品受到污染。
（4）冷却水。
主要有三类冷却系统：
1）敞开式蒸发冷却系统。
2）直流式（单程式）冷却系统。
3）闭路循环冷却系统。
在敞开式蒸发冷却系统中，进水和循环水通常都要采样，通常在进水口设一个采样点就够了。
但是就冷却系统本身而言，为了获得所需要的数据资料，则必须同时在几个点上采样。
使用生物杀虫剂处理时，则直接在冷却塔的水池中采样。
从理论上讲，最好的采样系统是等动力系统。
直流式冷却系统采样点设在进水口和出水口处，闭路系统采样点设在低处。
2.1.4工业废水
工业废水的采样必须考虑废水的性质和每个采样点所处的位置。
通常，用管道或者明沟把工业废水排放到远而偏僻、入们很难达到的地方。
但在厂区内，排放点容易接近，有时必须采用专门采样工具通过很深的入孔采样。
为了安全起见，最好把入孔设计成无须入进入的采样点。
从工厂排出的废水中可能含有生活污水，采样时应予以考虑所选采样点要避开这类污水。
其中，第一类污染物的采样必须在车间出水口或预处理出水口。
如果废水被排放到氧化塘或贮水池，那么情况就类似于湖泊采样。
2.1-5暴雨污水和地面径流
出现暴雨污水和地面径流排放时，接纳水道的流量很大，有效稀释相当大，暴雨污水的溢流可以控制。
由于种种原因，地表径流可能被污染，甚至当水道内水流很大的情况下，溢流对水道内的水质也构成严重威胁。
由于暴雨污水和地面径流的排放具有间歇性，在排放期内质量变化非常明显，因此给采样带来一些特殊的问题。
由于对污水管道或者不渗水表面的冲刷，最初排放出来的污水水质很差。
在这种情况下，最好使用自动采样装置，并收集整个调查期间的有关降水量和必要的气温资料。
2.2水环境样品的采集
2.2.1水样类型
采样技术要随具体情况而定，有些情况只需在某点瞬时采集样品，而有些情况要用复杂的采样设备进行采样。
静态水体和流动水体的采样方法不同，应加以区别。
瞬时采样和混合采样均适用于静态水体和流动水体，混合采样更适用于静态水体，周期采样和连续采样适用于流动水体。
1．瞬时水样
从水体中不连续的随机采集的样品称为瞬时水样。
对于组分较稳定的水体，或水体的组分在相当长的时间和相当大的空间范围变化不大，采集瞬时样品具有很好的代表性。
当水体的组分随时间发生变化，则要在适当的时间间隔内进行瞬时采样，分别进行分析，测出水质的变化程度、频率和周期。
当水体的组分发生空间变化时，就要在各个相应的部位采样。
下列情况适用瞬时采样：
（1）流量不固定、所测参数不恒定时（如采用混合样，会因个别样品之间的相互反应而掩盖了它们之间的差别）。
（2）不连续流动的水流，如分批排放的水。
（3）水或废水特性相对稳定时。
（4）需要考察可能存在的污染物，或要确定污染物出现的时间。
（5）需要污染物最高值、最低值或变化的数据时。
（6）需要根据较短一段时间内的数据确定水质的变化规律时。
（7）需要测定参数的空间变化时，例如某一参数在水流或开阔水域的不同断面（或）深度的变化情况。
（8）在制订较大范围的采样方案前。
（9）测定某些不稳定的参数，例如溶解气体、余氯、可溶性硫化物、微生物、油脂、有机物和pH值。
2．周期水样（不连续）
（1）在固定时间间隔下采集周期样品（取决于时间）。
通过定时装置在规定的时间间隔下自动开始和停止采集样品。
通常在固定的期间内抽取样品，将一定体积的样品注入一个或多个容器中。
时间间隔的大小取决于待测参数。
入工采集样品时，按上述要求采集周期样品。
（2）在固定排放量间隔下采集周期样品（取决于体积）。
当水质参数发生变化时，采样方式不受排放流速的影响，此种样品归于流量比例样品。
例如，液体流量的单位体积（如10000L），所取样品量是固定的，与时间无关。
（3）在固定排放量间隔下采集周期样品（取决于流量）。
当水质参数发生变化时，采样方式不受排放流速的影响，水样可用此方法采集。
在固定时间间隔下，抽取不同体积的水样，所采集的体积取决于流量。
3．连续水样
（1）在固定流速下采集连续样品（取决于时间或时间平均值）。
在固定流速下采集的连续样品，可测得采样期间存在的全部组分，但不能提供采样期间各参数浓度的变化。
（2）在可变流速下采集的连续样品（取决于流量或与流量成比例）。
采集流量比例样品代表水的整体质量。
即便流量和组分都在变化，而流量比例样品同样可以揭示利用瞬时样品所观察不到的这些变化。
因此，对于流速和待测污染物浓度都有明显变化的流动水，采集流量比例样品是一种精确的采样方法。
4．混合水样
在同一采样点上以流量、时间、体积或是以流量为基础，按照已知比例（间歇的或连续的）混合在一起的样品，此样品称为混合水样。
混合水样可自动或入工采集。
混合水样是混合几个单独样品，可减少监测分析工作量，节约时间，降低试剂损耗。
混合样品提供组分的平均值，因此在样品混合之前，应验证这些样品参数的数据，以确保混合后样品数据的准确性。
如果测试成分在水样储存过程中易发生明显变化，则不适用混合水样，如测定挥发酚、油类、硫化物等。
要测定这些物质，需采取单样储存方式。
下列情况适用混合水样：
（1）需测定平均浓度时。
（2）计算单位时间的质量负荷。
（3）为评价特殊的、变化的或不规则的排放和生产运转的影响。
5．综合水样
把从不同采样点同时采集的瞬时水样混合为一个样品（时间应尽可能接近，以便得到所需要的资料），称作综合水样。
综合水样的采集包括两种情况：
在特定位置采集一系列不同深度的水祥（纵断面样品）；在特定深度采集一系列不同位置的水样（横截面样品）。
综合水样是获得平均浓度的重要方式，有时需要把代表断面上的各点或几个污水排放口的污水按相对比例流量混合，取其平均浓度。
采集综合水样，应视水体的具体情况和采样目的而定。
如几条排污河渠建设综合污水处理厂，从各个河道取单样分析不如综合样更为科学合理，因为各股污水的相互反应可能对设施的处理性能及其成分产生显著的影响，由于不可能对相互作用进行科学预测，、因此取综合水样可能提供更加可靠的资料。
而有些情况取单样比较合理，如湖泊和水库在深度和水平方向常常出现组分上的变化，此时大多数平均值或总值的变化不显著，局部变化明显。
在这种情况下，综合水样就失去了意义。
6．大体积水样
有些分析方法要求采集大体积水样，范围从50L到几立方米。
例如，要分析水体中未知的农药和微生物时，就需要采集大体积的水样。
水样可用通常的方法采集到容器或样品罐中，采样时应确保采样器皿的清洁；也可以使样品经过一个体积计量后，再通过一个吸收筒（或过滤器），可依据监测要求选定。
随后的采样程序细节应依据水样类型和监测要求而定。
用一个调节阀控制在一定压力下通过吸收筒（或过滤器）的流量。
大多数情况下，应在吸收筒（或过滤器）和体积计后面安装一个泵。
如果待测物具有挥发性，泵要尽可能安放在样品源处，体积计安放在吸收筒（或过滤器）后面。
7．平均污水样
对于排放污水的企业而言，生产的周期性影响着排污的规律性。
为了得到代表性的污水样（往往需要得到平均浓度），应根据排污情况进行周期性采样。
不同的工厂、车间生产周期不同，排污的周期性差别也很大。
一般应在一个或几个生产或排放周期内，按一定的时间间隔分别采样。
对于性质稳定的污染物，可将分别采集的样品进行混合后一次测定；对于不稳定的污染物可在分别采样、分别测定后取其平均值为代表。
生产的周期性也影响污水的排放量，在排放流量不稳定的情况下，可将一个排污口不同时间的污水样，按照流量的大小，按比例混合得到平均比例混合的污水样。
这是获得平均浓度的最常采用的方法，有时需将几个排污口的水样按比例混合，用以代表瞬时综合排污浓度。
在污染源监测中，随污水流动的悬浮物或固体微粒，应看成是污水样的一个组成部分，不应在分析前滤除。
油、有机物和金属离子等，可能被悬浮物吸附，有的悬浮物中就含有被测定的物质，如选矿、冶炼废水中的重金属。
所以，分析前必须摇匀取样。
2.2.2水环境样品的采样
1．开阔河流的采样
在对开阔河流进行采样时，应包括下列几个基本点：
（1）用水地点的采样。
（2）污水流入河流后，应在充分混合的地点以及流入前的地点采样。
（3）支流合流后，对充分混合的地点及混合前的主流与支流地点的采样。
（4）主流分流后地点的选择。
（5）根据其他需要设定的采样地点。
各采样点原则上应在河流横向及垂向的不同位置采集样品。
采样时间一般选择在采样前至少连续两天晴天，水质较稳定的时间（特殊需要除外）。
采样时间是在考虑入类活动、工厂企业的工作时间及污染物到达时间的基础上确定的。
另外，在潮汐区，应考虑潮的情况，确定把水质最坏的时刻包括在采样时间内。
2．封闭管道的采样
在封闭管道中采样，也会遇到与开阔河流采样中所出现的类似问题。
采样器探头或采样管应妥善地放在进水的下游，采样管不能靠近管壁、湍流部位，例如在“T”形管、弯头、阀门的后部，可充分混合，一般作为最佳采样点，但是对于等动力采样（等速采样）除外。
采集自来水或抽水设备中的水样时，应先放水数分钟，使积留在水管中的杂质及陈旧水排出，然后再取样。
采集水样前，应先用水样洗涤采样器容器、盛样瓶及塞子2～3次（油类除外）。
3．水库和湖泊的采样
水库和湖泊的采样，由于采样地点不同和温度的分层现象可引起水质很大的差异。
在调查水质状况时，应考虑到成层期与循环期的水质明显不同。
了解循环期水质，可采集表层水样，了解成层期水质，应按深度分层采样。
在调查水域污染状况时，需进行综合分析判断，抓住基本点，以取得代表性水样。
如废水流入前、流入后充分混合的地点、用水地点、流出地点等，有些可参照开阔河流的采样情况，但不能等同而论。
在可以直接汲水的场合，可用适当的容器采样，如水桶。
从桥上等地方采样时，可将系着绳子的聚乙烯桶或带有坠子的采样瓶投于水中汲水。
要注意不能混入漂浮于水面上的物质。
在采集一定深度的水时，可用直立式或有机玻璃采水器，采水器如图2-3所示。
这类装置是在下沉的过程中，水就从采样器中流过。
当到达预定深度时，容器能够闭合而汲取水样。
在水流动缓慢的情况下，采用上述方法时，最好在采样器下系上适宜重量的坠子，当水深流急时要系上相应重的铅鱼，并配备绞车。
图2-3采水器
（a）简易采水器
1-水样瓶；2、3-采水瓶架；4、5-控制采水瓶平衡的挂钩；6-固定采水瓶绳的挂钩；
7-瓶塞；8-采水瓶绳；9-开瓶塞的软绳；10-铅锤
（b）深层采水器
1-叶片；2-杠杆（关闭位置）；3-杠杆（开口位置）；4-玻璃塞（关闭位置）；
5-玻璃塞（开口位置）；6-悬挂绳；7-金属架
采样过程应注意：
（1）采样时不可搅动水底部的沉积物。
（2）采样时应保证采样点的位置准确，必要时使用GPS定位。
（3）认真填写采样记录表，字迹应端正清晰。
（4）保证采样按时、准确、安全。
（5）采样结束前，应核对采样方案、记录和水样，如有错
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