在線監測系統在地下水環境監測中的應用

姚宇平（泰州市泰興環境監測站 江蘇 泰興 225400）

1 引言

我國快速工業化、城市化過程中，偏重發展的數量和規模，忽略資源和環境的代價，遺留了眾多潛在污染源，對水土環境造成了持續性的污染。部分地區已經危害到了人民群眾的身體健康，甚至危及生命安全。地下水污染相對于地表水和大氣污染而言，具有隱蔽性和滯后性，污染物進入地下以后通過被污染的土壤不斷釋放，污染了地下水。為此，國家相繼出臺了《全國地下水污染防治規劃》（2011-2020年）及《水污染防治行動計劃》（“水十條”），地開展了地下水環境質量監測，以便了解污染指標、污染來源及產生的風險，為進一步開展針對性的防控治理措施，提供科學依據。然而地下水環境監測受當前監測技術水平發展的影響只能定期在固定監測點位采樣，水樣帶至實驗室分析數據，對于可能影響地下水環境質量的污染源缺少時效性判斷相對滯后，增加了防控治理措施科學研判的時差。因此實現地下水環境在線監測的建設迫在眉捷。泰興市建成的天地一體化監測系統集成了大氣、水和土壤等主要環境要素，地下水環境監測模塊作為天地一體化監測系統的重要組成部分初步建立了本地區的地下水環境基礎數據庫，構建地下水環境信息化管理平臺，實現了地下水環境在線監測及變化動態預警分析。

2 地下水監測井設置

地下水監測井的設置要具有代表性、準確性、精密性、可比性、完整性的要求。地下水監測井一旦設立，幾乎無法調整。通過查閱自然地理、地形地貌、區域地質條件和水文地質條件文獻和搜集地下水環境歷史監測數據等相關資料，對該地區的基本概況做了解，研判出最有可能受污染的地帶，在總體和宏觀上能控制不同的水文地質單元，反映地下水系環境質量及空時的變化，科學合理設置監測點位。

泰興地區區域內水文地質條件十分復雜。含水層的埋藏條件，巖性及厚度變化很大，水質類型及礦化度差別明顯，同一個含水層在不同地區，其水文地質條件變化很大，形成上述條件因素主要是長江河床在不同地質歷史時期上的擺動位置和東部海水入侵影響以及西部地區地下水徑流淡水補給相互作用而成。區域內可供開采利用的地下水主要賦存于第四系和新近系地層中，地層總厚度在220～320m之間，一般西部地區較薄，向東逐漸增厚。從巖性變化來看，在垂直方向上基本由粗到細，在水平方向上，表層土東部顆粒較粗，往西顆粒相對變細，整個地層粘性土較少，以砂性土為主，形成了大厚度含水層。

區域境內河道縱橫交錯，加上眾多的大小溝渠形成溝河相通的水網地帶。充沛的降水和密集發育的河網是潛水的主要補給來源，排泄方式有蒸發、徑流泄入地表和廣泛分布的水井分散開采三種方式，具有就地補給、排泄的特征。潛水水位高（如雨季、農田灌溉時）時向河道排泄，潛水水位低時（如枯水期）接受河水的補給。

區域內可供開采利用的地下水主要賦存于第四系和新近系地層中。其中淺層潛水開采利用普遍，與人體接觸頻繁，且容易遭受污染，并可通過向地表水排泄進一步影響周邊環境。地下監測井的設置以淺層潛水為主要對象，根據重點地帶精細調查結果，劃分重點地段監測等級，分重點區調查點、區域控制調查點及深層水調查點。其中在潛在風險區布置了專門鉆探的監測井20組。

3 地下水監測井及在線監測系統建設

地下水監測井的建設通過招標由有資質的地質勘察院完成，根據設計技術要求，在場地用地范圍內布置20口監測井，成井深度27.0m-105.0m，鉆探深度根據土層分布情況施工30-130.0m。其中在有特別明顯的污染場地處設有3口監測井、各監測井相距5m用做彌散試驗，以研究污染物在地下水中運移時其濃度的時空變化規律，并通過試驗獲得進行地下水環境質量定量評價的彌散參數。

監測井中潛水井采用PVC-U管管材，第I承壓水井采用無縫鋼管管材施工。施工采用GXY-100型鉆機取芯，開孔孔徑為146mm，終孔孔徑為110mm，采用泥漿護壁旋轉鉆進分回次取芯，回次鉆進進尺2.0m，每5m巖芯放入巖芯箱內做好標識，并對所取巖芯進行拍照，間隔4.0-5.0m取擾動樣進行顆分試驗。潛水監測井采用XY-2K鉆機擴孔成井及第I承壓水監測井采用YDL-300型水文鉆機擴孔成井。成井后需要洗井，洗井結束后下深井泵進行抽水洗井，直到抽出地下水水清為止，并進行抽水試驗。通過成井能查明泰興地區松散沉積含水層巖性、結構和地下水系統補給、徑流和排泄條件；獲取主要水文地質參數，為揭示區域地下水化學演化和構建含水層結構三維模型奠定基礎；進行監測井成井，為地下水水質污染監測提供支撐。

在潛在風險區部署了由16套地下水監測裝置采用的是Seasy公司的Aqua TROLL 400常規5參數水質分析儀，在線實時測量顯示pH、ORP、熒光法溶解氧、電導、鹽度、溫度、水位、壓力等多個參數。通過商用GSM網絡九恒水環的通訊設備實時將數據傳輸到中心服務器中，實現了地下水的在線動態預警監測網。

建立主要含水層信息系統框架，系統收集鉆孔資料和水文地質結構資料，結合野外調查認識，通過系統分析，梳理出地層順序，并將鉆孔由上至下所有巖層進行定位，而后將整理好的鉆孔數據導入到三維地學建模軟件進行建模。

建立研究區溶質運移模型：確定彌散系數、初始濃度、分配系數和補給濃度等參數，建立研究區典型污染物遷移模型。并通過調查取樣分析獲得的地下水監測數據對模擬結果進行驗證。

建立地下水環境監測數據庫，水質數據的獲取采用了現場測試與實驗室送檢相結合的方式。共獲取地下水現場測試數據237組，其中水溫數據237個，pH值237個，DO值237個，EC值238個，ORP值186個。為了便于分析，依據土地利用變遷和污染源時空分布特征可將調查點大致分為重點調查點、區域控制調查點以及深層水調查點，現場測試數據中重點數據共44組，占17.7%；區域控制數據共203組，占81.5%；深層水數據2組，占0.8%。實驗室送檢地下水取樣共105組，包括1組深層地下水和104組淺層地下水。深層地下水井深150m，為I層承壓水；淺層水井深普遍在10m以內，為潛水。測試的指標共85項，包括現場測試指標4項、無機常規指標16項，無機毒理指標12項，微量有機指標53項。對所有收集資料進行分類整理，結合遙感解譯技術，識別并推斷研究區土地利用類型及水質概況，分析時空分布及變遷特征。借助衛星影像資料了解區域地貌特征、土地利用及地表水系分布現狀以及歷史變化。通過數據庫模型生成地下水取樣綜合統計模型，并進行下水環境質量及污染風險分析。

圖1 地下水在線監測系統平臺

4 地下水在線監測平臺系統應用

通過地下水在線監測平臺的建設能直觀的了解地下水質分布、污染分布、地下水防污性能、地下水污染風險、污染防治區劃等內容，包括GIS地圖展示和統計圖表、數據等信息。

對地下水樣品采集分析，基本掌握了區域地下水環境質量現狀，查明地下水影像指標及評價了污染程度，具有導入數據和即時水環境質量現狀分析。

圖2 水質評價及統計表

實現了地下水環境的動態分析，為環境監測預警提供技術支撐。如圖3中指標大小能直觀反映地下水的污染程度，并為判斷污染源類型和性質提供依據。單個指標的變化存在一定不確定性，綜合對比各指標的變化特征及趨勢規律能夠得出較為科學的判斷。如pH值的異常變化和電導率的升高，可能表征了污染過程，而電導率的降低及水位升高，往往表征了降雨或河流補給造成污染稀釋的過程。指標曲線的波動代表了水質的不穩定性，即存在污染的可能。從規律上看，污染相對較輕的幾個點指標較為穩定，曲線平緩；而污染相對較重的幾個點伴隨地下水的徑流指標曲線波動頻繁。指標曲線由穩定出現波動，即說明水質出現變化，應引起注意，并進一步觀察曲線波動形狀，根據各指標的變化特征綜合判斷是否發生污染，必要時進一步取樣分析，盡早對污染采取控制措施。

圖3 地下水在線數據變化圖

5 小結

通過地下水在線監測平臺系統的建設能方便快捷的完成對地下水環境質量的調查.運用溶質運移模型，能立體解析地下環境質量狀況、污染特征及發生發展過程，地下水環境的在線監測及變化動態預警，為分析區域地下水污染特征、地下水防污性能及污染防治區劃快速準確的提供科學依據。

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