在线监测系统在地下水环境监测中的应用

2017-03-15姚宇平泰州市泰兴环境监测站江苏泰兴225400

黑龙江环境通报 2017年4期

姚宇平（泰州市泰兴环境监测站江苏泰兴 225400）

1 引言

我国快速工业化、城市化过程中，偏重发展的数量和规模，忽略资源和环境的代价，遗留了众多潜在污染源，对水土环境造成了持续性的污染。部分地区已经危害到了人民群众的身体健康，甚至危及生命安全。地下水污染相对于地表水和大气污染而言，具有隐蔽性和滞后性，污染物进入地下以后通过被污染的土壤不断释放，污染了地下水。为此，国家相继出台了《全国地下水污染防治规划》（2011-2020年）及《水污染防治行动计划》（“水十条”），地开展了地下水环境质量监测，以便了解污染指标、污染来源及产生的风险，为进一步开展针对性的防控治理措施，提供科学依据。然而地下水环境监测受当前监测技术水平发展的影响只能定期在固定监测点位采样，水样带至实验室分析数据，对于可能影响地下水环境质量的污染源缺少时效性判断相对滞后，增加了防控治理措施科学研判的时差。因此实现地下水环境在线监测的建设迫在眉捷。泰兴市建成的天地一体化监测系统集成了大气、水和土壤等主要环境要素，地下水环境监测模块作为天地一体化监测系统的重要组成部分初步建立了本地区的地下水环境基础数据库，构建地下水环境信息化管理平台，实现了地下水环境在线监测及变化动态预警分析。

2 地下水监测井设置

地下水监测井的设置要具有代表性、准确性、精密性、可比性、完整性的要求。地下水监测井一旦设立，几乎无法调整。通过查阅自然地理、地形地貌、区域地质条件和水文地质条件文献和搜集地下水环境历史监测数据等相关资料，对该地区的基本概况做了解，研判出最有可能受污染的地带，在总体和宏观上能控制不同的水文地质单元，反映地下水系环境质量及空时的变化，科学合理设置监测点位。

泰兴地区区域内水文地质条件十分复杂。含水层的埋藏条件，岩性及厚度变化很大，水质类型及矿化度差别明显，同一个含水层在不同地区，其水文地质条件变化很大，形成上述条件因素主要是长江河床在不同地质历史时期上的摆动位置和东部海水入侵影响以及西部地区地下水径流淡水补给相互作用而成。区域内可供开采利用的地下水主要赋存于第四系和新近系地层中，地层总厚度在220～320m之间，一般西部地区较薄，向东逐渐增厚。从岩性变化来看，在垂直方向上基本由粗到细，在水平方向上，表层土东部颗粒较粗，往西颗粒相对变细，整个地层粘性土较少，以砂性土为主，形成了大厚度含水层。

区域境内河道纵横交错，加上众多的大小沟渠形成沟河相通的水网地带。充沛的降水和密集发育的河网是潜水的主要补给来源，排泄方式有蒸发、径流泄入地表和广泛分布的水井分散开采三种方式，具有就地补给、排泄的特征。潜水水位高（如雨季、农田灌溉时）时向河道排泄，潜水水位低时（如枯水期）接受河水的补给。

区域内可供开采利用的地下水主要赋存于第四系和新近系地层中。其中浅层潜水开采利用普遍，与人体接触频繁，且容易遭受污染，并可通过向地表水排泄进一步影响周边环境。地下监测井的设置以浅层潜水为主要对象，根据重点地带精细调查结果，划分重点地段监测等级，分重点区调查点、区域控制调查点及深层水调查点。其中在潜在风险区布置了专门钻探的监测井20组。

3 地下水监测井及在线监测系统建设

地下水监测井的建设通过招标由有资质的地质勘察院完成，根据设计技术要求，在场地用地范围内布置20口监测井，成井深度27.0m-105.0m，钻探深度根据土层分布情况施工30-130.0m。其中在有特别明显的污染场地处设有3口监测井、各监测井相距5m用做弥散试验，以研究污染物在地下水中运移时其浓度的时空变化规律，并通过试验获得进行地下水环境质量定量评价的弥散参数。

监测井中潜水井采用PVC-U管管材，第I承压水井采用无缝钢管管材施工。施工采用GXY-100型钻机取芯，开孔孔径为146mm，终孔孔径为110mm，采用泥浆护壁旋转钻进分回次取芯，回次钻进进尺2.0m，每5m岩芯放入岩芯箱内做好标识，并对所取岩芯进行拍照，间隔4.0-5.0m取扰动样进行颗分试验。潜水监测井采用XY-2K钻机扩孔成井及第I承压水监测井采用YDL-300型水文钻机扩孔成井。成井后需要洗井，洗井结束后下深井泵进行抽水洗井，直到抽出地下水水清为止，并进行抽水试验。通过成井能查明泰兴地区松散沉积含水层岩性、结构和地下水系统补给、径流和排泄条件；获取主要水文地质参数，为揭示区域地下水化学演化和构建含水层结构三维模型奠定基础；进行监测井成井，为地下水水质污染监测提供支撑。

在潜在风险区部署了由16套地下水监测装置采用的是Seasy公司的Aqua TROLL 400常规5参数水质分析仪，在线实时测量显示pH、ORP、荧光法溶解氧、电导、盐度、温度、水位、压力等多个参数。通过商用GSM网络九恒水环的通讯设备实时将数据传输到中心服务器中，实现了地下水的在线动态预警监测网。

建立主要含水层信息系统框架，系统收集钻孔资料和水文地质结构资料，结合野外调查认识，通过系统分析，梳理出地层顺序，并将钻孔由上至下所有岩层进行定位，而后将整理好的钻孔数据导入到三维地学建模软件进行建模。

建立研究区溶质运移模型：确定弥散系数、初始浓度、分配系数和补给浓度等参数，建立研究区典型污染物迁移模型。并通过调查取样分析获得的地下水监测数据对模拟结果进行验证。

建立地下水环境监测数据库，水质数据的获取采用了现场测试与实验室送检相结合的方式。共获取地下水现场测试数据237组，其中水温数据237个，pH值237个，DO值237个，EC值238个，ORP值186个。为了便于分析，依据土地利用变迁和污染源时空分布特征可将调查点大致分为重点调查点、区域控制调查点以及深层水调查点，现场测试数据中重点数据共44组，占17.7%；区域控制数据共203组，占81.5%；深层水数据2组，占0.8%。实验室送检地下水取样共105组，包括1组深层地下水和104组浅层地下水。深层地下水井深150m，为I层承压水；浅层水井深普遍在10m以内，为潜水。测试的指标共85项，包括现场测试指标4项、无机常规指标16项，无机毒理指标12项，微量有机指标53项。对所有收集资料进行分类整理，结合遥感解译技术，识别并推断研究区土地利用类型及水质概况，分析时空分布及变迁特征。借助卫星影像资料了解区域地貌特征、土地利用及地表水系分布现状以及历史变化。通过数据库模型生成地下水取样综合统计模型，并进行下水环境质量及污染风险分析。

图1 地下水在线监测系统平台

4 地下水在线监测平台系统应用

通过地下水在线监测平台的建设能直观的了解地下水质分布、污染分布、地下水防污性能、地下水污染风险、污染防治区划等内容，包括GIS地图展示和统计图表、数据等信息。

对地下水样品采集分析，基本掌握了区域地下水环境质量现状，查明地下水影像指标及评价了污染程度，具有导入数据和即时水环境质量现状分析。

图2 水质评价及统计表

实现了地下水环境的动态分析，为环境监测预警提供技术支撑。如图3中指标大小能直观反映地下水的污染程度，并为判断污染源类型和性质提供依据。单个指标的变化存在一定不确定性，综合对比各指标的变化特征及趋势规律能够得出较为科学的判断。如pH值的异常变化和电导率的升高，可能表征了污染过程，而电导率的降低及水位升高，往往表征了降雨或河流补给造成污染稀释的过程。指标曲线的波动代表了水质的不稳定性，即存在污染的可能。从规律上看，污染相对较轻的几个点指标较为稳定，曲线平缓；而污染相对较重的几个点伴随地下水的径流指标曲线波动频繁。指标曲线由稳定出现波动，即说明水质出现变化，应引起注意，并进一步观察曲线波动形状，根据各指标的变化特征综合判断是否发生污染，必要时进一步取样分析，尽早对污染采取控制措施。