姚宇平（泰州市泰興環(huán)境監(jiān)測(cè)站 江蘇 泰興 225400）

1 引言

我國快速工業(yè)化、城市化過程中，偏重發(fā)展的數(shù)量和規(guī)模，忽略資源和環(huán)境的代價(jià)，遺留了眾多潛在污染源，對(duì)水土環(huán)境造成了持續(xù)性的污染。部分地區(qū)已經(jīng)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(duì)于地表水和大氣污染而言，具有隱蔽性和滯后性，污染物進(jìn)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(tái)了《全國地下水污染防治規(guī)劃》（2011-2020年）及《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“水十條”），地開展了地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，以便了解污染指標(biāo)、污染來源及產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，為進(jìn)一步開展針對(duì)性的防控治理措施，提供科學(xué)依據(jù)。然而地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)受當(dāng)前監(jiān)測(cè)技術(shù)水平發(fā)展的影響只能定期在固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采樣，水樣帶至實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，對(duì)于可能影響地下水環(huán)境質(zhì)量的污染源缺少時(shí)效性判斷相對(duì)滯后，增加了防控治理措施科學(xué)研判的時(shí)差。因此實(shí)現(xiàn)地下水環(huán)境在線監(jiān)測(cè)的建設(shè)迫在眉捷。泰興市建成的天地一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成了大氣、水和土壤等主要環(huán)境要素，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊作為天地一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分初步建立了本地區(qū)的地下水環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建地下水環(huán)境信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地下水環(huán)境在線監(jiān)測(cè)及變化動(dòng)態(tài)預(yù)警分析。

2 地下水監(jiān)測(cè)井設(shè)置

地下水監(jiān)測(cè)井的設(shè)置要具有代表性、準(zhǔn)確性、精密性、可比性、完整性的要求。地下水監(jiān)測(cè)井一旦設(shè)立，幾乎無法調(diào)整。通過查閱自然地理、地形地貌、區(qū)域地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件文獻(xiàn)和搜集地下水環(huán)境歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，對(duì)該地區(qū)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(zhì)單元，反映地下水系環(huán)境質(zhì)量及空時(shí)的變化，科學(xué)合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

泰興地區(qū)區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。含水層的埋藏條件，巖性及厚度變化很大，水質(zhì)類型及礦化度差別明顯，同一個(gè)含水層在不同地區(qū)，其水文地質(zhì)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(zhì)歷史時(shí)期上的擺動(dòng)位置和東部海水入侵影響以及西部地區(qū)地下水徑流淡水補(bǔ)給相互作用而成。區(qū)域內(nèi)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(qū)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(xì)，在水平方向上，表層土東部顆粒較粗，往西顆粒相對(duì)變細(xì)，整個(gè)地層粘性土較少，以砂性土為主，形成了大厚度含水層。

區(qū)域境內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，加上眾多的大小溝渠形成溝河相通的水網(wǎng)地帶。充沛的降水和密集發(fā)育的河網(wǎng)是潛水的主要補(bǔ)給來源，排泄方式有蒸發(fā)、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(bǔ)給、排泄的特征。潛水水位高（如雨季、農(nóng)田灌溉時(shí)）時(shí)向河道排泄，潛水水位低時(shí)（如枯水期）接受河水的補(bǔ)給。

區(qū)域內(nèi)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(jìn)一步影響周邊環(huán)境。地下監(jiān)測(cè)井的設(shè)置以淺層潛水為主要對(duì)象，根據(jù)重點(diǎn)地帶精細(xì)調(diào)查結(jié)果，劃分重點(diǎn)地段監(jiān)測(cè)等級(jí)，分重點(diǎn)區(qū)調(diào)查點(diǎn)、區(qū)域控制調(diào)查點(diǎn)及深層水調(diào)查點(diǎn)。其中在潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)布置了專門鉆探的監(jiān)測(cè)井20組。

3 地下水監(jiān)測(cè)井及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

地下水監(jiān)測(cè)井的建設(shè)通過招標(biāo)由有資質(zhì)的地質(zhì)勘察院完成，根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，在場(chǎng)地用地范圍內(nèi)布置20口監(jiān)測(cè)井，成井深度27.0m-105.0m，鉆探深度根據(jù)土層分布情況施工30-130.0m。其中在有特別明顯的污染場(chǎng)地處設(shè)有3口監(jiān)測(cè)井、各監(jiān)測(cè)井相距5m用做彌散試驗(yàn)，以研究污染物在地下水中運(yùn)移時(shí)其濃度的時(shí)空變化規(guī)律，并通過試驗(yàn)獲得進(jìn)行地下水環(huán)境質(zhì)量定量評(píng)價(jià)的彌散參數(shù)。

監(jiān)測(cè)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(jī)取芯，開孔孔徑為146mm，終孔孔徑為110mm，采用泥漿護(hù)壁旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)分回次取芯，回次鉆進(jìn)進(jìn)尺2.0m，每5m巖芯放入巖芯箱內(nèi)做好標(biāo)識(shí)，并對(duì)所取巖芯進(jìn)行拍照，間隔4.0-5.0m取擾動(dòng)樣進(jìn)行顆分試驗(yàn)。潛水監(jiān)測(cè)井采用XY-2K鉆機(jī)擴(kuò)孔成井及第I承壓水監(jiān)測(cè)井采用YDL-300型水文鉆機(jī)擴(kuò)孔成井。成井后需要洗井，洗井結(jié)束后下深井泵進(jìn)行抽水洗井，直到抽出地下水水清為止，并進(jìn)行抽水試驗(yàn)。通過成井能查明泰興地區(qū)松散沉積含水層巖性、結(jié)構(gòu)和地下水系統(tǒng)補(bǔ)給、徑流和排泄條件；獲取主要水文地質(zhì)參數(shù)，為揭示區(qū)域地下水化學(xué)演化和構(gòu)建含水層結(jié)構(gòu)三維模型奠定基礎(chǔ)；進(jìn)行監(jiān)測(cè)井成井，為地下水水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)提供支撐。

在潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)部署了由16套地下水監(jiān)測(cè)裝置采用的是Seasy公司的Aqua TROLL 400常規(guī)5參數(shù)水質(zhì)分析儀，在線實(shí)時(shí)測(cè)量顯示pH、ORP、熒光法溶解氧、電導(dǎo)、鹽度、溫度、水位、壓力等多個(gè)參數(shù)。通過商用GSM網(wǎng)絡(luò)九恒水環(huán)的通訊設(shè)備實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器中，實(shí)現(xiàn)了地下水的在線動(dòng)態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

建立主要含水層信息系統(tǒng)框架，系統(tǒng)收集鉆孔資料和水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)資料，結(jié)合野外調(diào)查認(rèn)識(shí)，通過系統(tǒng)分析，梳理出地層順序，并將鉆孔由上至下所有巖層進(jìn)行定位，而后將整理好的鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維地學(xué)建模軟件進(jìn)行建模。

建立研究區(qū)溶質(zhì)運(yùn)移模型：確定彌散系數(shù)、初始濃度、分配系數(shù)和補(bǔ)給濃度等參數(shù)，建立研究區(qū)典型污染物遷移模型。并通過調(diào)查取樣分析獲得的地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

建立地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，水質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取采用了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室送檢相結(jié)合的方式。共獲取地下水現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)237組，其中水溫?cái)?shù)據(jù)237個(gè)，pH值237個(gè)，DO值237個(gè)，EC值238個(gè)，ORP值186個(gè)。為了便于分析，依據(jù)土地利用變遷和污染源時(shí)空分布特征可將調(diào)查點(diǎn)大致分為重點(diǎn)調(diào)查點(diǎn)、區(qū)域控制調(diào)查點(diǎn)以及深層水調(diào)查點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)中重點(diǎn)數(shù)據(jù)共44組，占17.7%；區(qū)域控制數(shù)據(jù)共203組，占81.5%；深層水?dāng)?shù)據(jù)2組，占0.8%。實(shí)驗(yàn)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(nèi)，為潛水。測(cè)試的指標(biāo)共85項(xiàng)，包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試指標(biāo)4項(xiàng)、無機(jī)常規(guī)指標(biāo)16項(xiàng)，無機(jī)毒理指標(biāo)12項(xiàng)，微量有機(jī)指標(biāo)53項(xiàng)。對(duì)所有收集資料進(jìn)行分類整理，結(jié)合遙感解譯技術(shù)，識(shí)別并推斷研究區(qū)土地利用類型及水質(zhì)概況，分析時(shí)空分布及變遷特征。借助衛(wèi)星影像資料了解區(qū)域地貌特征、土地利用及地表水系分布現(xiàn)狀以及歷史變化。通過數(shù)據(jù)庫模型生成地下水取樣綜合統(tǒng)計(jì)模型，并進(jìn)行下水環(huán)境質(zhì)量及污染風(fēng)險(xiǎn)分析。

圖1 地下水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)

4 地下水在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用

通過地下水在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的建設(shè)能直觀的了解地下水質(zhì)分布、污染分布、地下水防污性能、地下水污染風(fēng)險(xiǎn)、污染防治區(qū)劃等內(nèi)容，包括GIS地圖展示和統(tǒng)計(jì)圖表、數(shù)據(jù)等信息。

對(duì)地下水樣品采集分析，基本掌握了區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，查明地下水影像指標(biāo)及評(píng)價(jià)了污染程度，具有導(dǎo)入數(shù)據(jù)和即時(shí)水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分析。

圖2 水質(zhì)評(píng)價(jià)及統(tǒng)計(jì)表

實(shí)現(xiàn)了地下水環(huán)境的動(dòng)態(tài)分析，為環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警提供技術(shù)支撐。如圖3中指標(biāo)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(zhì)提供依據(jù)。單個(gè)指標(biāo)的變化存在一定不確定性，綜合對(duì)比各指標(biāo)的變化特征及趨勢(shì)規(guī)律能夠得出較為科學(xué)的判斷。如pH值的異常變化和電導(dǎo)率的升高，可能表征了污染過程，而電導(dǎo)率的降低及水位升高，往往表征了降雨或河流補(bǔ)給造成污染稀釋的過程。指標(biāo)曲線的波動(dòng)代表了水質(zhì)的不穩(wěn)定性，即存在污染的可能。從規(guī)律上看，污染相對(duì)較輕的幾個(gè)點(diǎn)指標(biāo)較為穩(wěn)定，曲線平緩；而污染相對(duì)較重的幾個(gè)點(diǎn)伴隨地下水的徑流指標(biāo)曲線波動(dòng)頻繁。指標(biāo)曲線由穩(wěn)定出現(xiàn)波動(dòng)，即說明水質(zhì)出現(xiàn)變化，應(yīng)引起注意，并進(jìn)一步觀察曲線波動(dòng)形狀，根據(jù)各指標(biāo)的變化特征綜合判斷是否發(fā)生污染，必要時(shí)進(jìn)一步取樣分析，盡早對(duì)污染采取控制措施。

圖3 地下水在線數(shù)據(jù)變化圖

5 小結(jié)

通過地下水在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)能方便快捷的完成對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查.運(yùn)用溶質(zhì)運(yùn)移模型，能立體解析地下環(huán)境質(zhì)量狀況、污染特征及發(fā)生發(fā)展過程，地下水環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)及變化動(dòng)態(tài)預(yù)警，為分析區(qū)域地下水污染特征、地下水防污性能及污染防治區(qū)劃快速準(zhǔn)確的提供科學(xué)依據(jù)。

〔1〕呂超寅.大慶市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)研究〔D〕.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2006.

〔2〕滕彥國，左銳，蘇小四，王金生，蘇潔，李仙波，張文靜.區(qū)域地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法〔J〕.環(huán)境科學(xué)研究，2014，12：1532-1539.

〔3〕HJ/T 164-2004.地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范〔S〕.2004.

〔4〕井柳新.劉偉江.王東.朱擎.白輝.孫愿平中國地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和管理〔J〕環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，02：1-4.