试析地下水环境监测方法

2023-12-27黄重阳汤维敏徐涵楚

皮革制作与环保科技 2023年20期

黄重阳，汤维敏，徐涵楚

（1.宜都市环境监测站，湖北宜昌 443300；2.五峰土家族自治县环境监测站，湖北宜昌 443400）

引言

地下水环境作为地下水生态系统的组成部分，对整个生态环境具有很大的影响，需要相关人员加强对其的重视与研究。地下水环境监测作为针对地下水环境的调查技术，其能够通过各种专业设备对地下水环境进行监测，从而实现对地下环境的调查。然而在实际监测过程中，由于地下水环境本身较为复杂，监测条件受限，相关人员在对地下水环境进行监测时存在较大难度，进而影响监测结果的精准度。此背景下，监测人员需要加强对地下水环境监测的重视，并且分析地下环境的特点以及监测难点，并在此基础上针对性地制定监测方案。本文从地下水环境监测入手，通过监测内容分析其难点，从而针对性地制定解决策略。

1 地下水环境监测概述

1.1 地下水环境的概念

地下水环境是指地表以下的水体所处的环境。地下水是大气降水通过渗透、入渗等过程进入地下形成的水体，它存在于岩石或土壤的毛细管隙中。地下水环境是一个复杂而重要的生态系统，对于人类和自然界的可持续发展具有重要影响。因为地下水环境对人类和自然生态系统的重要性，保护地下水资源和预防地下水污染成为当前环境保护的重要任务之一。这需要加强监测与管理，控制污染源的排放，提高水文地质调查与评估能力，推广清洁生产技术，加强公众环境意识，从源头上减少地下水污染风险，确保地下水环境的健康和可持续发展。

1.2 地下水环境的特点

一是隐藏性。地下水位于地下深处，在地表上并不显露，因此具有一定的隐藏性。这使得对地下水的监测和评估相对困难，需要借助地下水井、钻探等技术手段进行研究；二是水文地质复杂性。地下水环境受到地质构造、岩石类型和地下水层结构的影响，形成了复杂的水文地质条件。地下水的分布、补给和流动具有一定的复杂性，需要进行综合地质调查和水文地质分析；三是缓冲性和稳定性。地下水具有一定的缓冲作用，可以调节降水和干旱期的地表径流和水文循环。同时，地下水相对稳定，不会受到气候变化和季节波动的直接影响，能够保持较为恒定的水量供应；四是水质优良性。通常情况下，地下水的水质相对较好，因为地下层中的土壤和岩石能够过滤和吸附一些污染物质。相比之下，地下水比地表水更加清洁，适合作为饮用水和其他生活用水的供应来源；此外，地下水还具有脆弱性，易受污染。尽管地下水相对稳定和优良，但它也具有一定的脆弱性。由于地下水的流动速度相对较慢，如果受到污染源的影响，清理和恢复地下水环境将变得十分困难[1]。因此，对地下水环境的保护是非常重要的。所以从实际来看，地下水环境是一个复杂而脆弱的生态系统，需要加强保护和管理，避免人类活动对其造成污染和破坏。只有保护地下水资源，才能保障人类的饮用水安全，维护生态平衡和可持续展。

2 地下水环境监测的必要性以及难点

2.1 地下水环境监测的必要性

地下水环境监测具有重要的功能。通过监测能够对地下水环境进行深入分析，并进一步加强对地下水环境的保护和管理。一是确保饮用水安全。地下水是许多地区的重要饮用水源，通过对地下水进行定期监测，可以及早发现和评估潜在的污染源，确保饮用水的安全性，保护公众健康；二是提供环境保护依据。地下水环境监测可以提供科学数据和信息，为制定和实施环境保护政策和措施提供基础依据。对地下水质量和水量进行监测分析，可以及时发现和解决环境问题，减少环境风险；三是监测地下水资源状况。地下水资源是宝贵的自然资源，对于农业、工业和城市的可持续发展至关重要。通过监测地下水位、水质和水量变化等指标，可以了解地下水资源的状况和利用情况，为有效管理和合理利用地下水资源提供依据。通过对地下水环境的有效监测，可以实现对地下水环境的全面了解和有效管理，保障人类和生态系统的可持续发展。

2.2 地下水环境监测的难点

由于地下水环境的复杂性，对其的监测也就存在一些难点，需要相关人员加强对其的重视。一是隐藏性和不可见性。地下水位于地下深处，无法直接观测到，其变化和污染情况往往不可见。监测设备需要通过井筒或其他方式进入地下水层进行监测，增加了监测的难度和复杂性；二是采样困难。地下水的采样相对表层水体更为困难。采样点位于较深位置，采样过程中可能受到地质结构、水力梯度、水井结构等因素的影响，导致采集到的样品可能缺乏代表性，现阶段地下水采样还需进行洗井，进一步增加了采样难度和不确定性。同时，采样过程还需要注意避免人为污染和样品交叉污染；三是数据解读和评估难度大。地下水环境监测涉及大量的监测数据，包括地下水位、水质和水量等多项指标，对这些数据进行准确解读、分析和评估，需要综合运用地质学、水文学、环境科学等多学科知识，具有一定的专业性和难度；四是监测成本高昂。地下水环境监测需要投入大量的预算和人力资源。建立和维护监测井网、采集样品、进行实验室分析和数据处理等环节都需要相应的经费和技术支持。特别是如果监测范围广泛、监测频率高，监测成本会进一步增加，对监测单位和管理机构提出了较高要求。

3 地下水环境监测方法

3.1 水位监测技术

地下水环境的水位监测技术能够测量和记录地下水位的变化情况，用以了解地下水系统的水文动态和变化趋势，该环节需要运用以下技术开展作业：一是水位计，水位计是一种常用的地下水位监测仪器，通过测量水压的变化来间接确定地下水位的高度。它通常由一个封闭的管道和一个测量装置组成，可以将地下水位转换为相应的水压读数；二是压力传感器，压力传感器是一种使用压力传感器元件来测量地下水位的设备。它可以直接测量地下水的压力变化，并将其转化为相应的水位读数。压力传感器一般采用应变片、电容或压阻等传感元件，配合数据采集系统进行数据记录和分析；此外还有潜水脑盖，潜水脑盖是一种安装在井孔内部，以测量井孔水位的设备。它包括一个浮子或浸泡式传感器，可以直接测量井底或井眼处的地下水位。潜水脑盖通常与数据记录仪或自动检测系统配合使用，以实现长期、连续的水位监测。这些地下水位监测技术可以根据具体需要灵活选择和组合使用。例如，对于需要实时监测和远程数据传输的情况，可以采用无线传感器网络；对于长期稳定的水位监测，可以选择潜水脑盖或机械式水位计。

3.2 水质监测技术

地下水环境的水质监测技术用于评估地下水中各种物质的浓度和组成，以确定地下水的水质状况和污染程度，常见的地下水水质监测技术主要有以下几种：一是现场测试仪器。现场测试仪器是一种便携式的水质监测设备，可以直接在野外或实地进行水质参数的快速测试。这些仪器通常具有多参数测量功能，如pH值、溶解氧、电导率、温度、氨氮和硝酸盐等，可以提供即时的水质检测结果；二是实验室分析方法。实验室分析方法通过采集地下水样品并运回实验室进行分析，可以得到更详细和准确的水质数据。常用的实验室分析方法包括色谱法、质谱法、光谱法（如紫外－可见光谱和荧光光谱）、原子吸收光谱和离子选择电极等。这些方法可以测定不同物质的浓度，包括有机物、无机盐类和重金属等；三是微生物监测技术。微生物监测技术用于评估地下水中微生物数量和种类的变化，以判断水体是否受到微生物污染。常见的微生物监测方法包括培养法、分子生物学技术（如聚合酶链式反应PCR和测序技术）和生物传感器等；此外还有饮用水指标分析，饮用水指标分析是根据国家和地区相关的饮用水标准，对地下水样品进行一系列指标的测试，以评估地下水是否符合饮用水标准要求[2]。常见的饮用水指标包括总大肠菌群、总氮、总磷、挥发性有机物、重金属等。选择适合的地下水水质监测技术需要考虑监测目的、监测频率、监测区域和预算等因素。结合多种水质监测技术可以获得更全面、准确的地下水水质信息，为地下水资源的管理和保护提供有效依据。

3.3 遥感监测技术

地下水环境遥感监测技术是利用遥感卫星、航空影像和地面遥感仪器获取地下水环境信息的方法，该技术较为先进，需要相关人员进行深入分析。一是热红外遥感。热红外遥感技术可以检测地下水对地表温度的影响。地下水具有一定的温度稳定性，通过测量地表温度的变化可以推测地下水流动的位置和路径。热红外遥感图像可以提供地下水湿润区域的空间分布和变化情况；二是雷达遥感。雷达遥感技术可以穿透地表，获取地下水含水层的信息。通过测量雷达波在地下的反射和散射特性，可以估计地下水埋深、含水层的厚度和地下水位的高程等参数。这些信息对于地下水资源管理和水文模型建立非常重要；三是遥感热像仪。遥感热像仪可以测量地表和地下水的热辐射，通过分析地表和地下水的热红外辐射特征，可以得到地下水的温度分布、地下水流动的方向和速度等信息。这种技术对于地下水补给区域和污染区域的定位和监测很有帮助；此外还有激光雷达技术，激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回的时间和强度，可以得到地下地貌的三维信息，包括地下水埋深、地下水位高程以及地下水与地表之间的界面[3]。

3.4 地球物理勘探技术

地下水环境地球物理勘探监测技术是利用地球物理仪器和方法获取地下水环境信息的一种方法，涉及面较广。一是电阻率法，电阻率法通过测量地下材料对电流的阻抗来推测地下水区域的分布情况。地下水通常具有较高的电导率，相对于周围的岩石和土壤，电阻率较低。通过测量地下电阻率的变化，可以得到地下水的分布、深度和流动方向等信息；二是自然场磁法，自然场磁法是通过测量地球自然磁场的变化来推测地下水体的存在和赋存状态。地下水和地下岩石具有不同的磁导率特性，这些特性可以在地面上观测到。通过对地下磁场的测量和分析，可以间接推测地下水的分布和流动情况；此外还有声波法，声波法主要利用声波在地下介质中的传播特性来推测地下水体的存在和分布情况。地下水通常具有较高的声波传播速度和较低的衰减特性，通过测量声波在地下介质中的传播时间和强度的变化，可以推测地下水的分布和储存情况。在数据采集和解释过程中，需要结合其他辅助数据和实地观察进行综合分析，以确保监测结果的可靠性和准确性。

3.5 生物监测技术

地下水环境生物监测技术是利用生物指标来评估地下水环境质量和生物多样性的一种方法。通过对地下水中生物群落的组成、结构和功能进行分析，可以获取地下水环境的健康状况和污染程度相关信息。首先需要进行水生生物样品采集与分析，通过对地下水中水生生物样本（如浮游生物、底栖生物）进行分类、计数和鉴定，可以确定地下水中生物群落的组成和丰富度。这些信息可以反映地下水环境的生物多样性和受到的污染压力；其次是进行生物多样性评估，通过对地下水样本中的生物群落进行多样性指标分析，如物种丰富度、均匀度、优势度等，可以评估地下水环境的生物多样性。生物多样性的变化可以被视为地下水环境质量的指标之一，较低的生物多样性可能暗示着环境受到了污染或破坏。除此之外，还有生物标志物监测。某些生物物种对特定环境条件或污染物具有较强的响应能力，可以作为地下水环境污染的生物标志物[4]。监测这些生物标志物的存在和丰度变化，可以评估地下水环境中特定污染物的存在和影响程度。