山东省地下水监测现状分析与展望

杨培杰，李永超，吴光伟

(山东省地质环境监测总站，山东 济南 250014)

0 引言

地下水作为水资源的重要组成部分，在保障城乡居民生活、支持经济社会发展和维护生态平衡等方面发挥着十分重要的作用[1]。随着山东省经济社会发展和人口增长，工农业和居民生活用水量不断增加，地下水的重要性日益凸显，尤其是在地表水质量较差的鲁西北平原地区和地表水资源短缺的鲁东及鲁中南低山丘陵地区更为突出。根据《山东省统计年鉴》，2016年，全省地下水年开采量达82.34亿m3，地下水已成为青岛、淄博、烟台和莱芜等众多城市的主要供水水源，全省43.12%的耕地利用地下水进行灌溉，地下水的开发利用在全省经济和社会发展中发挥了巨大作用，提供了重要保障。然而，由于局部地区长期不合理开发利用，造成地下水采补失衡，导致地下水水位持续下降，引发了地面沉降、岩溶塌陷、海(咸)水入侵、泉水干涸、生态环境退化和地下水污染等一系列地质环境问题。该文通过大量基础资料，分析了全省地下水监测现状及存在的问题，对如何更好地开展地下水监测工作进行了展望。

1 地下水监测历史沿革

地下水监测是服务于经济社会发展和生态文明建设的一项重要手段，早在20世纪50年代，国土资源部门(原地矿部门)就结合农田供水水文地质调查和城市水源地勘查开展地下水监测工作，经过近60年的建设、发展，已初步形成了覆盖全省主要城市和地区的地下水水位、水质的监测网络，监测内容也由单一的地下水监测转变为地质环境综合监测。地下水监测主要经历了几个发展阶段：

(1)起步阶段。20世纪50—60年代，地矿部门最初在开展胶东地区城市供水、鲁北平原和鲁西南平原农田供水水文地质调查工作中，部署了少量地下水水位长期监测点，了解区域地下水动态成因类型。这一时期，地下水监测以城市生活供水和工农业生产为服务对象。

(2)探索阶段。20世纪70—80年代，山东省地下水监测点主要集中在平原区和鲁中南大中型水源地周围，监测网络初具规模，监测项目扩展到水位、水温、水量、水质等多个要素。特别是改革开放后，1981年至1988年，在全省范围内对地下水监测网进行了优化调整，加强了特殊类型区的监测，例如：在德州、滨州等地区已经开始涉及地下水不合理开采引发地面沉降等地质环境问题的监测。

(3)发展转变阶段。20世纪90年代，在前5年，受地矿行业整体低迷，监测主体职能划交水利部门影响，地下水监测出现经费不足、人才流失等问题，部分地区的监测点数量有所萎缩。但是随着经济发展，全省地下水开采量呈爆发式增长，地下水水位持续下降、地下水质量逐年变差，由此引发的地质环境问题呈多发频发态势。为此，后5年，国土资源部门转变工作思路，将地下水监测作为地质环境综合监测的一部分，积极结合地面沉降、岩溶塌陷和海(咸)水入侵等地质灾害问题的调查开展地下水监测，由区域性监测向解决实际问题的重点监测转变，地下水监测工作稳步发展。

(4)提高阶段，进入21世纪，随着地下水资源开发利用程度日益提高，由此引发的地质环境问题日趋突出，引起了社会公众的强烈关注，政府日益重视地下水监测工作，由此进入稳步提高阶段。主要表现在：部署了一批新的监测井，优化完善了地下水监测网，尤其是重点地区监测点密度大大提高，监测合理性明显优化；地下水监测手段日趋先进，2005年开始，山东省在全国率先启动了地下水自动化监测系统建设，开发了地下水监测信息服务系统，实现了地下水水位、水温的自动采集、传输、存储和分析，监测频率由6次/月提高到了1次/天，监测数据的时效性、准确性明显提升；引进了Arcgis[2]和GMS[3]等分析软件，在研究工作中，由过去的以描述为主的定性分析，向以数据为基础的定量分析转变，取得了较为明显成效。

2 地下水监测工作现状

2.1 地下水监测网概况

截至2017年底，山东省国土资源部门共掌握地下水监测点2187个，其中为控制区域地下水动态的基本监测点1165个，为研究重点地区地下水演化规律的典型监测点387个，为补充基本监测点不足而部署的统测点635个。根据监测手段统计：自动化长期监测点933个，监测频率1次/天；人工长期监测点619个，监测频率6次/月；统测点635个，监测频率2次/年。监测项目包括地下水水位(埋深)、水质、流量、水温等要素。不同监测手段监测点组成示意图见图1。

1—自动化长期监测点2—人工长期监测点3—统测点图1 地下水监测网组成示意图(按监测手段统计)

20世纪90年代，环保、水利、农业、城建等部门也开展了地下水监测业务，根据自身需求部署了地下水监测站点。与其他部门相比，国土资源部门具有站点数量多、监测历史长、控制范围广、监测层位清晰等优势。

2.2 监测站网布局

随着国家和山东省地下水监测工程的实施，山东省地下水长期监测点密度达到了0.98个/100km2，站网布局得到有效优化完善，监测范围覆盖全省17个市、涵盖3大水文地质区(表1)和14个亚区，控制面积达15万km2，加强了对地下水超采漏斗区、地面沉降中—强发育区、岩溶塌陷易发区、大中型水源地等重点地区的监测能力，基本实现了“区域控制和重点监测相结合”监测目的，地下水监测能力得到有效提升。全省17市地下水监测点分布见图2，国家和山东省地下水监测工程实施前后监测站网布局情况见图3和图4。

表1 国家和山东省地下水监测工程建成后监测点数量(按水文地质区统计) 个

图2 山东省17市地下水长期监测站点分布图

1—0～0.15；2—0.15～0.3；3—0.3～0.45；4—0.45～0.6；5—0.6～0.75图3 国家和山东省地下水监测工程实施前监测站布局

1—0～0.15；2—0.15～0.3；3—0.3～0.45；4—0.45～0.6；5—0.6～0.75图4 国家和山东省地下水监测工程建成后监测展望布局

2.3 地下水监测技术

地下水监测手段分为人工监测和自动化监测2种，目前，山东省水位、水温要素的监测方面，自动化监测逐步替代了人工监测；水质、流量要素的监测方面，仍以人工监测为主，仅在个别地区试点开展了自动化监测。

(1)水位。地下水水位是最基本的地下水动态监测要素，现场主要监测地下水水位埋深，然后根据测点高程换算水位标高。人工测量主要采用电触悬锤自警式电子水尺，自动化测量主要采用压力式遥测水位计。

(2)水质。地下水水质是当前最敏感也最重要的地下水动态监测要素，一般采用现场人工取样、实验室分析的方式，使用便携式水质测量仪现场仅能测量pH、电导率和氧化还原点位等少数指标。自动化监测中电极法测量电导率已较普遍，等离子交换法测量敏感离子浓度仍处于试验阶段，精度无法保证。

(3)水温。地下水水温人工测量主要是使用温度计现场测量，自动测量仪器多使用半导体、铂电阻等类型的传感器，一般不单独安装，多与水位计一起构成多参数传感器。

(4)流量(开采量)。地下水流量监测主要是指泉流量的监测，测量方法多为明渠测流法，使用流速仪、堰槽、超声波等流量计。

2.4 地下水监测成果在社会经济发展中发挥的作用

经过几十年的发展，地下水监测工作取得了长足进步，积累了大量的监测数据，在社会经济发展中发挥了重要作用，主要体现在以下方面：为生态文明建设提供技术支撑[4]，为科学防治地质灾害提供决策依据[5]，为水资源开发利用与保护提供及时服务[6]，为地质勘查及地下水环境科学研究提供基础资料[7]，同时在矿产资源评价[8]、地质遗迹保护[9]、矿山水害防治[10]、土地利用与国土规划、城市地下水空间利用[11]等领域也发挥了不可替代的作用。

3 地下水监测与研究工作展望

随着“生态文明”被写入政府报告，“绿水青山就是金山银山”生态理念的提出，地下水环境状况受到越来越多的关注，下一步应继续加强地下水监测工作，全面提升监测能力，更好地服务经济社会发展。

3.1 加强站网规划建设，提高监测与服务能力

(1)填补监测空白，提高站网密度。持续开展地下水监测站点建设工作，填补鲁中南中低山丘陵区和鲁东低山丘陵区部分地区裂隙岩溶水和基岩裂隙水的监测空白，加密地下水降落漏斗区、地面沉降区、岩溶塌陷区和大中型水源地的目标含水层监测点密度[12]，达到《区域地下水位监测网设计规范》(DZ/T0271-2014)中对地下水位监测点密度的要求，进一步优化监测网络，使站网布局更趋合理。

(2)建设专门性监测井，替换现有机民井。加快替换利用机民井监测的长期监测站点，避免因开采导致局部水位大幅度降落，影响监测数据的准确性和代表性；消除因生产井所属权变更或报废而无法监测，造成数据中断的隐患，提升监测数据连续性和监测质量；改善监测站点管理和维护困难的现状。

(3)推进自动化监测技术，提高监测能力。自动化监测是地下水监测的发展趋势，新建设的监测站点一般都安装了自动化监测设备，提高了监测精度和频率[13]。同时应该加快推进人工长期监测点的改建工作，提高自动化监测点比例，全面提升地下水自动监测能力和现代化水平。

(4)加强数据管理，实现信息共享。构建多级地下水数据库系统，包括：基础信息数据库、实时监测信息数据库、整编数据库、分析成果数据库、试验信息数据库、图形与空间数据库[14]等。同时考虑随着城镇化进一步加快，生态文明建设进一步推进，对地下水环境治理工作也必然会加快步伐，多部门间联动磋商机制正在形成，建立一个数据共享服务平台势在必行[15]，不仅服务于国土资源部门，也可以实现信息的共享，避免重复建设带来的浪费，更好地为政府管理决策提供科学支撑，也可为社会公众提供及时的信息服务。

3.2 加强监测管理，完善技术标准体系

随着《山东省地质环境保护条例》、《国家地下水监测管理办法》的出台，地下水监测在法律层面受到保护，但是部门规章、条例保护力度有限，执法力度不强，监测设施因人为损坏、工程建设和土地出让等原因遭到破坏的案例时有发生，监测站点备案保护机制尚未形成，另外地下水监测仪器、数据处理与存储、预测预报等一系列标准体系未建设完成。为此，一是要加强立法，将地下水监测站点提升到与电力设施、通信设施等相同的法律地位；二是强化执法，严惩肆意破坏监测设施的行为，完善地方行政主管部门备案保护机制；三是推进标准体系建设，尽快完成《地下水监测井建设规范》(DZ/T0270-2014)、《区域地下水位监测网设计规范》(DZ/T0270-2014)等一系列部门规范升国标工作，研究推进数据处理与存储、监测仪器、监测技术方法等标准体系。

3.3 加强技术研究，提高监测水平

受含水层性质、埋藏条件、自然地理状况和人类活动的影响，地下水演化规律表现为复杂的非线性过程，因此地下水动态预测是一个漫长的探索和研究过程[16]，20世纪70年代以前，我国地下水预测研究主要是采用比较简单的水均衡方法和水文地质比拟方法[17]；70年代中后期，开始采用降水入渗条件下的有限差分法分析地下水动态[18]，与世界主流研究水平相比有较大差距；80年代后，随着地下水开发利用程度不断提高，预测方法得到了较快发展，尤其是近年来，由于地下水环境影响评价的需求不断增加、计算机不断普及应用，数值模拟技术得到了较广泛应用[19]。国家和山东省地下水监测工程实施，很大程度上填补了地下水勘察资料匮乏的短板，下一步要加强地下水模拟预测技术研究。同时地下水监测仪器研发、精度控制、成井工艺、自动预警技术、信息平台集成技术以及地表水与地下水联合调度与优化研究等方面的研究也需要大力推进[20]，为生态文明建设、国土资源管理、水资源开发利用与保护提供技术支撑。