ГОСТ Р 58573-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Охрана природы. Гидросфера. Качество воды. Риск-ориентированный контроль
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 03.10.2019 № 868-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 01.05.2020.
Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 октября 2019 г. № 868-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
The nature conservancy. Hydrosphere. Water quality. Risk-based control
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным учреждением науки «Институт водных проблем» Российской академии наук (ИВП РАН)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 343 «Качество воды»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 октября 2019 г. № 868-ст
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает порядок проведения приемочного контроля по критерию соответствия или несоответствия качества воды установленным требованиям к концентрации содержащихся в ней загрязняющих веществ с учетом рисков потребителя и поставщика, обусловленных погрешностью измерения и ошибками выборочного анализа, если другое не установлено законодательными и нормативно-правовыми документами.
1.2 Настоящий стандарт предназначен для целей практического регулирования водных отношений с учетом численно определенных ошибок приемочного контроля в зависимости от приписанной аттестованными методиками погрешности измерения показателей качества и близости контролируемых показателей к нормативному уровню.
1.3 Настоящий стандарт предназначен для использования поставщиками и потребителями воды установленного качества, а также государственными органами водного контроля и водопользователями.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.563 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений
ГОСТ 27384 Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств
ГОСТ Р 50779.10 (ИСО 3534.1-93) Статистические методы. Вероятность и основы статистики. Термины и определения
ГОСТ Р 51232 Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества
ГОСТ Р 57553 Охрана природы. Гидросфера. Оценка соответствия качества вод установленным требованиям с учетом эффекта суммации
ГОСТ Р 57554 Охрана природы. Гидросфера. Учет показателей точности измерений контролируемых показателей при оценке соответствия качества воды установленным требованиям
ГОСТ Р ИСО 10576-1 Статистические методы. Руководство по оценке соответствия установленным требованиям. Часть 1. Общие принципы
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины в соответствии с [1] - [3], а также следующие термины с соответствующими определениями:
| загрязняющее воду вещество: Вещество в воде, вызывающее нарушение норм качества воды. ГОСТ 17.1.1.01-77, [статья 40] |
|---|
| качество воды: Характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования. ГОСТ 17.1.1.01-77, [статья 4] |
|---|
| контроль качества воды: Проверка соответствия показателей качества воды установленным нормам и требованиям. ГОСТ 27065-86, [статья 2] |
|---|
| критерий качества воды: Признак или комплекс признаков, по которым производится оценка качества воды. ГОСТ 27065-86, [пункт 4] |
|---|
| оценка соответствия: Систематическая оценка соответствия продукции, процесса или услуги установленным требованиям посредством испытаний. [ГОСТ Р ИСО 10576-1-2006, пункт 3.4] |
|---|
| ошибка первого рода: Ошибка, состоящая в отбрасывании нулевой гипотезы, поскольку статистика принимает значение, принадлежащее критической области, в то время как эта нулевая гипотеза верна. [ГОСТ Р 50779.10-2000, статья 2.75] |
|---|
| ошибка второго рода: Ошибка принять нулевую гипотезу, поскольку статистика принимает значение, не принадлежащее критической области, в то время как нулевая гипотеза не верна. [ГОСТ Р 50779.10-2000, статья 2.77] |
|---|
| погрешность (результата измерения): Разность между измеренным значением величины и опорным значением величины. [[4], статья 5.16] |
|---|
| предельно допустимая концентрация веществ в воде; ПДК: Концентрация веществ в воде, выше которой вода непригодна для одного или нескольких видов водопользования. ГОСТ 27065-86, [пункт 17] |
|---|
4 Основные положения
4.1 Измерения концентрации загрязняющего вещества в воде C свидетельствуют не о ее истинном значении, а об интервале, в пределах которого лежит искомая величина. Центральная часть такого интервала совпадает с результатом измерения Cизм, а длина определена приписанной характеристикой погрешности измерений \Delta . Таким образом, C с заданной доверительной вероятностью лежит в пределах (\text{С}_{\text{изм}} \pm \Delta) . Если в указанных пределах находится также установленный норматив, например ПДК, то возникает риск ошибочного заключения о соответствии или о несоответствии воды установленным требованиям.
Примечание — Недоучет погрешности \Delta и приводимое в ГОСТ Р 51232, ГОСТ 27384 разрешение принимать результат измерения в качестве искомого показателя представляют собой введение в заблуждение по [3]. Это означает необходимость отказа от устоявшейся практики безрискового регулирования водных отношений.
4.2 Условие
полученное в результате измерений по аттестованной методике по ГОСТ 8.563, не свидетельствует о пригодности воды для использования, а указывает на то, что это утверждение более вероятно, чем противоположное.
позволяет считать, что вода скорее непригодна, чем пригодна по качеству. Если при выполнении серии измерений получены результаты, часть которых отвечает условию (1), а часть - условию (2), то при проведении приемочного контроля это означает, что возможны четыре ситуации с соответствующими вероятностями:
а) C <= ПДК, Cизм <= ПДК — вода признается пригодной с вероятностью P1;
б) C <= ПДК, Cизм > ПДК — вода признается непригодной с вероятностью P2;
в) C > ПДК, Cизм <= ПДК — вода признается пригодной с вероятностью P3;
г) C > ПДК, Cизм > ПДК — вода признается непригодной с вероятностью P4.
1 Вероятности P1 — P4 вычисляют по следующим формулам:
\text{Р}_{1} = \int_{- \infty}^{\text{ПДКП}} \int_{- \infty}^{\text{ПДК}} \varphi(\text{х})\phi(\text{у} - \text{х})dxdy, (3)
\text{Р}_{2} = \int_{- \infty\text{П}}^{\text{ПДК}} \int_{\text{ПДК}}^{+ \infty} \varphi(\text{х})\phi(\text{у} - \text{х})dxdy, (4)
\text{Р}_{3} = \int_{\text{ПДК}}^{+ \infty\text{П}} \int_{- \infty}^{\text{ПДК}} \varphi(\text{х})\phi(\text{у} - \text{х})dxdy, (5)
\text{Р}_{4} = \int_{\text{ПДКП}}^{+ \infty} \int_{\text{ПДК}}^{+ \infty} \varphi(\text{х})\phi(\text{у} - \text{х})dxdy, (6)
где \varphi(x) — функция плотности вероятности измеренных значений концентрации контролируемого показателя x;
\phi(y - x) — функция плотности вероятности погрешности результатов измерений y.
Для нормально распределенных функций \varphi(x) и \phi(y - x) с соответствующими им математическими ожиданиями \mu и 0 выражения под интегралами в соответствии с ГОСТ Р 50779.10 и ГОСТ Р ИСО 10576-1 приобретают следующий вид:
\frac{1}{\sqrt{2\pi} \sigma_{\text{х}}} e^{\frac{- (x - \mu)^{2}}{2\sigma_{x}^{2}}} ; (7)
\frac{1}{\sqrt{2\pi} \sigma_{y}} e^{\frac{- (y - x)^{2}}{2\sigma_{y}^{2}}} , (8)
где \sigma_{x} — среднеквадратическое отклонение (СКО) <1> измеренных значений контролируемого показателя;
\sigma_{y} — СКО погрешности результатов контролируемого показателя.
<1> \sigma_{y} — СКО погрешности измерений равно верхней границе погрешности измерений, отнесенной к квантилю, соответствующему принятой доверительной вероятности [5].
Выражения (7) и (8) не позволяют аналитически вычислить искомые вероятности, поэтому требуется численный расчет.
2 Результаты численного расчета приведены на рисунке 1, на котором представлены суммарные вероятности при разных значениях СКО:
- при правильных результатах контроля P1 + P4 (верхние группы кривых);
- при ошибочных результатах P2 + P3 (нижние группы кривых);
- вероятность соответствия качества воды установленным требованиям P1 + P2 [группы спадающих — см. рисунки 1 а) и 1 б)];
- вероятность несоответствия качества воды установленным требованиям P3 + P4 [восходящие кривые — см. рисунки 1 а) и 1 б)].
Рисунок 1 — Зависимость вероятности, %, принятия правильных и ложных решений о соответствии/несоответствии качества воды установленным требованиям от концентрации загрязняющего вещества, выраженной в долях ПДК <2>, при следующих равенствах: \sigma_{x} = 0,4 и \sigma_{y} = 0,1 (сплошная линия); \sigma_{x} = 0,4 и \sigma_{y} = 0,2 (пунктирная линия); \sigma_{x} = 0,4 и \sigma_{y} = 0,3 (точечная линия) [см. рисунок 1 а)]; \sigma_{y} = 0,2 и \sigma_{x} = 0,2 (сплошная линия); \sigma_{y} = 0,2 и \sigma_{x} = 0,4 (пунктирная линия) [см. рисунок 1 б)]; в зависимости от соотношения между значениями \frac{\sigma_{x}}{\sigma_{y}} и \sigma_{y} [см. рисунок 1 в)]
<2> На части линий хорошо заметна некоторая асимметрия их левой (ПДК < 1) и правой ветвей (ПДК > 1), связанная с тем, что \sigma_{x} оценивается в долях \mu , а \mu — в долях ПДК.
Примечание — На рисунке 1 в): запись «безошибочный контроль — 1:1-0,1» означает, что \frac{\sigma_{x}}{\sigma_{y}} = \frac{1}{1} , а \sigma_{y} = 0,1 и т.д.
3 По мере уменьшения разности |\text{ПДК } - \mu| вероятность ошибочных решений увеличивается.
С ростом \mu вероятность соответствия качества воды установленным требованиям P1 + P2 уменьшается, а вероятность несоответствия P3 + P4 увеличивается [см. рисунок 1 а)].
При постоянном \sigma_{x} вероятность правильных результатов контроля уменьшается, а вероятность ложных — возрастает по мере увеличения \sigma_{y} [см. рисунок 1 а)].
При постоянном \sigma_{y} вероятность правильных результатов увеличивается, а вероятность ложных — уменьшается по мере увеличения \sigma_{x} [см. рисунок 1 б)].
При уменьшении значения \frac{\sigma_{x}}{\sigma_{y}} вероятность ошибочных заключений увеличивается, а с ростом \sigma_{y} их зависимость от значения |\text{ПДК } - \mu| сглаживается [см. рисунок 1 в)].
4.3 Учет исследованных вероятностей необходим участникам договорных отношений по водопользованию для оценки рисков невыгодных для них результатов приемочного контроля в соответствии с ГОСТ Р 57554, ГОСТ Р 57553. Риск поставщика заключается в том, что возможна вероятность понести ущерб, если пригодная для использования вода будет признана непригодной. В модели приемочного контроля данный риск — это относительная вероятность ошибок 1-го рода \alpha
\alpha = \frac{P_{2}}{P_{1} + P_{2}} . (9)
Риск потребителя состоит в том, что непригодная вода будет признана пригодной и использована с возможными негативными последствиями. В модели приемочного контроля данный риск — это относительная вероятность ошибок 2-го рода \beta
\beta = \frac{P_{3}}{P_{3} + P_{4}} . (10)
Полезные для практики водно-экологического контроля качества воды примеры численной оценки вероятностей возможных результатов измерений и вероятности ошибок 1-го и 2-го рода приведены в приложении А.
1 В случае единичных измерений и оценки величины концентрации C с доверительной вероятностью P = 0,95:
а) при принятии решения о соответствии:
\alpha = 0 , \beta \leq 2,5\% , если C_{\text{изм}} + \Delta \leq \text{ПДК} ;
\alpha = 0 , \beta \in (2,5 - 50)\% , если C_{\text{изм}} + \Delta \leq \text{ПДК} , а C > ПДК;
б) при решении о несоответствии:
\alpha \in (50 - 2,5)\% , \beta = 0 , если C_{\text{изм}} + \Delta>\text{ПДК} , а C <= ПДК;
\alpha \leq 2,5\% , \beta = 0 , если C_{\text{изм}} + \Delta>\text{ПДК} .
2 В случае многократных измерений риски поставщика и потребителя изменяются подобно зависимостям, приведенным на рисунке 1 в), т.е. увеличиваются по мере роста \sigma_{y} при фиксированном \sigma_{x} и уменьшаются при увеличении \sigma_{x} по сравнению с \sigma_{y} . При этом надежность заключения по результатам измерений зависит от соотношения \frac{\sigma_{x}}{\sigma_{y}} . Например, при \mu = 0,8\text{ПДК} для меди в питьевой воде (ПДК = 1 мг/дм3 по ГОСТ 27384) относительная приписанная погрешность измерения \delta = \frac{\Delta}{\text{С}} = 50\% . Причем 95% общего количества значений контролируемого показателя находится в интервале 0,4 — 1,2 мг/дм3, т.е. искомая концентрация может считаться нормативной, но высок риск превышения ПДК (в диапазоне от 1,0 до 1,2 мг/дм3).
4.4 Для снижения рисков поставщика и потребителя воды необходимо уменьшать вероятность ошибочных решений о ее пригодности/непригодности установленным требованиям путем уменьшения погрешности измерений и ошибок выборки. При фиксированном значении объема выборки n данная вероятность тем выше, чем больше разброс контролируемого показателя, а при переменном n вероятность изменяется пропорционально 1/ \sqrt{n} .
В случае высокой изменчивости контролируемых показателей использование методик измерений с пониженной погрешностью экономически нецелесообразно, при низкой изменчивости — необходимо. Соблюдение таких условий требуется для формирования водопользования, сбалансированного по критериям допустимых минимальных издержек водно-экологического контроля.
В приложениях Б и В приведены типичные примеры оценки рисков поставщика и потребителя воды, которые используют при принятии решений о приемке воды.
ХАРАКТЕРИСТИКИ РИСК-ОРИЕНТИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ
Надежность приемочного контроля
Исходя из данных, приведенных в таблице А.1:
- если зафиксированы значения \mu/\text{ПДК} и \sigma_{\text{х}} , то риски \alpha и \beta увеличиваются с ростом \sigma_{\text{у}} , следовательно, и с повышением погрешности измерений;
- если зафиксированы \mu/\text{ПДК} и \sigma_{\text{у}} , то риски \alpha и \beta уменьшаются с ростом \sigma_{\text{х}} — с увеличением разброса контролируемого показателя (см. таблицу А.2).
Примеры зависимости рисков поставщика и потребителя от СКО значений контролируемого показателя и СКО погрешности результатов измерений
Примечание — Значение \mu/\text{ПДК } = 1 является границей, при переходе через которую соотношение между \alpha и \beta меняется на противоположное, так что \alpha<\beta , если \mu/\text{ПДК }<1 и \alpha>\beta , если \mu/\text{ПДК } = 1 (см. таблицу А.3). Согласно данным, приведенным в таблице А.3, изменение \sigma_{\text{х}} и \sigma_{\text{у}} в одно и то же число раз не приводит к изменению рисков \alpha и \beta при \mu/\text{ПДК } = 1 , несмотря на то что некоторые изменения этих рисков, причем в противоположных направлениях, появляются при увеличении разности между \mu и ПДК. На практике этими выводами целесообразно руководствоваться при подборе экономически оправданных методик и погрешности измерений.
Примеры зависимости рисков поставщика и потребителя, %, от СКО контролируемого показателя и СКО погрешности результатов измерений
Б.1 Питьевую воду госпиталю для инвалидов войн (г. Екатеринбург) поставляет водопроводно-канализационная станция через централизованную систему водоснабжения. На рисунке Б.1 приведены результаты ежемесячных измерений концентрации меди в поставляемой воде в период с апреля 2000 г. до июня 2001 г. (15 мес).
Полосы погрешности приведены при относительной характеристике погрешности \delta = 50\% .
Рисунок Б.1 — Результаты ежемесячных измерений концентрации меди в питьевой воде (Госпиталь для инвалидов войн, г. Екатеринбург)
Б.2 Необходимо оценить вероятности правильного и ложного заключений о качестве воды по содержанию в ней меди. ПДК меди равна 1 мг/дм3 по [6], относительная приписанная погрешность измерения \delta = \frac{\Delta}{C} = 50\% .
Согласно рисунку Б.1 за период наблюдения в 12 случаях содержание меди было сверхнормативное и в трех — нормативное, т.е. кажущаяся вероятность нарушения ПДК составила 80%, а вероятность соблюдения ПДК — 20%. Таким образом, вода, скорее всего, непригодна для использования по назначению, что становится более очевидным при учете погрешности измерения. Для того чтобы убедиться в этом, используют данные, приведенные в таблице А.1 приложения А, согласно которым при условиях примера P1 = 8%, P2 = 3%, P3 = 6%, P4 = 83%. Поэтому фактическая вероятность нарушения ПДК P3 + P4 = 89%, а вероятность соблюдения — 11%.
В связи с низким качеством исходной воды в госпитале для инвалидов войн (г. Екатеринбург) принято решение об улучшении ее качества. На модельной системе отрабатывались три ступени локальной доочистки — сорбционная, электрохимическая и мембранная (низконапорный обратный осмос). Результаты измерений концентрации меди в воде после доочистки приведены на рисунках В.1 - В.3. Измерения проводились ежемесячно в период с апреля 2000 г. по июнь 2001 г. Полосы погрешности приведены при относительной характеристике погрешности \delta = 50\% .
Рисунок В.1 — Результаты ежемесячных измерений концентрации меди в питьевой воде после доочистки на ступенях сорбции
Рисунок В.2 — Результаты ежемесячных измерений концентрации меди в питьевой воде после электрохимической обработки
Рисунок В.3 — Результаты ежемесячных измерений концентрации меди в питьевой воде после доочистки методом обратного осмоса
Следует оценить вероятности ошибок 1-го и 2-го рода контроля качества воды и выбрать режим доочистки, обеспечивающий наиболее корректные отношения поставщика и потребителя.
Результаты расчетов, выполненных с использованием данных таблицы А.1 приложения А, приведены в таблице В.1.
Вероятности ошибок 1-го \alpha и 2-го рода \beta при контроле качества воды
| Иллюстрация | \frac{\mu}{\text{ПДК}} | \frac{\sigma_{\text{х}}}{\mu} | \alpha , % | \beta , % | ||||
| \delta , % | \delta , % | |||||||
| 10 | 20 | 50 | 10 | 20 | 50 | |||
| Рисунок Б.1 приложения Б | 2 | 0,4 | ~ 0,1 | 18 | 26 | ~ 0,001 | 2 | 7 |
| Рисунок В.1 | 1,2 | 0,2 | 10 | 20 | 35 | 4 | 9 | 21 |
| Рисунок В.2 | 1,0 | 0,07 | 20 | 30 | 42 | 20 | 30 | 42 |
| Рисунок В.3 | 0,8 | 0,2 | 2 | 6 | 17 | 18 | 27 | 36 |
На всех ступенях доочистки (см. рисунки В.1 - В.3) интервалы, образованные величиной погрешности измерения \delta , равной 50%, вокруг результатов измерений включают в себя значения ПДК. В такой ситуации риски поставщика и потребителя сравнительно велики и достигают своего максимума в области \mu \sim \text{ПДК} , где при \delta , равной 10%, составляют 20%, а при увеличении \delta приближаются к 50% — значению, при котором вероятности принятия правильных и ошибочных решений одинаковые. Соотношение между \alpha и \beta изменяется одновременно с соотношением между \mu и ПДК. Так, в соответствии с ранее полученным выводом при заданной погрешности измерения, если \frac{\mu}{\text{ПДК}} >1 , то \alpha>\beta , если \frac{\mu}{\text{ПДК}} <1 , то \alpha<\beta . Поэтому в условиях действующего рынка обе стороны — поставщик и потребитель — будут стремиться не допускать снижения своего риска. При этом корректные рыночные отношения возникают при условии приемлемой глубины водоочистки (без «переочистки») и удовлетворительного качества воды, что соответствует максимальным значениям \alpha и \beta (см. на рисунок В.2).
БИБЛИОГРАФИЯ
| [1] | Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ. Принят Государственной Думой 12 апреля 2006 г. | |
| [2] | Федеральный закон от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Принят Государственной Думой 11 июня 2008 г. | |
| [3] | Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Принят Государственной Думой 15 декабря 2002 г. | |
| [4] | РМГ 29-2013 | Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения |
| [5] | ПМГ 96-2009 | Результаты и характеристики качества измерений. Формы представления |
| [6] | СанПиН 2.1.4.1074-01 | Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения |
| УДК 658.562:006.354 | ОКС 13.060.50 |
| Ключевые слова: приемочный контроль, статистические методы, приписанная характеристика погрешности измерений, функция нормального распределения | |