"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 N 868-ст)

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. N 868-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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.

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.

В настоящем стандарте применены термины в соответствии с [1] - [3], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

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 C_изм, а длина определена приписанной характеристикой погрешности измерений . Таким образом, C с заданной доверительной вероятностью лежит в пределах . 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 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.

Соответственно условие

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, C_изм <= ПДК - вода признается пригодной с вероятностью P₁;

б) C <= ПДК, C_изм > ПДК - вода признается непригодной с вероятностью P₂;

в) C > ПДК, C_изм <= ПДК - вода признается пригодной с вероятностью P₃;

г) C > ПДК, C_изм > ПДК - вода признается непригодной с вероятностью P₄.

Примечания

1 Вероятности P₁ - P₄ вычисляют по следующим формулам:

где - функция плотности вероятности измеренных значений концентрации контролируемого показателя x;

- функция плотности вероятности погрешности результатов измерений y.

Для нормально распределенных функций и с соответствующими им математическими ожиданиями и 0 выражения под интегралами в соответствии с ГОСТ Р 50779.10 и ГОСТ Р ИСО 10576-1 приобретают следующий вид:

где - среднеквадратическое отклонение (СКО) <1> измеренных значений контролируемого показателя;

- СКО погрешности результатов контролируемого показателя.

--------------------------------

<1> - 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)].

--------------------------------

<2> На части линий хорошо заметна некоторая асимметрия их левой (ПДК < 1) и правой ветвей (ПДК > 1), связанная с тем, что оценивается в долях , а - в долях ПДК.

Примечание - На рисунке 1 в): запись "безошибочный контроль - 1:1-0,1" означает, что , а и т.д.

3 По мере уменьшения разности вероятность ошибочных решений увеличивается.

С ростом вероятность соответствия качества воды установленным требованиям P₁ + P₂ уменьшается, а вероятность несоответствия P₃ + P₄ увеличивается [см. рисунок 1 а)].

При постоянном вероятность правильных результатов контроля уменьшается, а вероятность ложных - возрастает по мере увеличения [см. рисунок 1 а)].

При постоянном вероятность правильных результатов увеличивается, а вероятность ложных - уменьшается по мере увеличения [см. рисунок 1 б)].

При уменьшении значения вероятность ошибочных заключений увеличивается, а с ростом их зависимость от значения 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 

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 

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.

Примечания

1 В случае единичных измерений и оценки величины концентрации C с доверительной вероятностью P = 0,95:

а) при принятии решения о соответствии:

, , если ;

, , если , а C > ПДК;

б) при решении о несоответствии:

, , если , а C <= ПДК;

, , если .

2 В случае многократных измерений риски поставщика и потребителя изменяются подобно зависимостям, приведенным на рисунке 1 в), т.е. увеличиваются по мере роста при фиксированном и уменьшаются при увеличении по сравнению с . При этом надежность заключения по результатам измерений зависит от соотношения . Например, при для меди в питьевой воде (ПДК = 1 мг/дм³ по ГОСТ 27384) относительная приписанная погрешность измерения . 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 .

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.

Исходя из данных, приведенных в таблице А.1:

- если зафиксированы значения и , то риски и увеличиваются с ростом , следовательно, и с повышением погрешности измерений;

- если зафиксированы и , то риски и уменьшаются с ростом - с увеличением разброса контролируемого показателя (см. таблицу А.2).

Примечание - Значение является границей, при переходе через которую соотношение между и меняется на противоположное, так что , если и , если (см. таблицу А.3). Согласно данным, приведенным в таблице А.3, изменение и в одно и то же число раз не приводит к изменению рисков и при , несмотря на то что некоторые изменения этих рисков, причем в противоположных направлениях, появляются при увеличении разности между и ПДК. На практике этими выводами целесообразно руководствоваться при подборе экономически оправданных методик и погрешности 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 .

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 .

Решение

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 .

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.

На всех ступенях доочистки (см. рисунки В.1 - В.3) интервалы, образованные величиной погрешности измерения , 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 , где при , равной 10%, составляют 20%, а при увеличении приближаются к 50% - значению, при котором вероятности принятия правильных и ошибочных решений одинаковые. Соотношение между и изменяется одновременно с соотношением между и ПДК. Так, в соответствии с ранее полученным выводом при заданной погрешности измерения, если , то , если , то . 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 и (см. на рисунок В.2).