益陽市區(qū)地下水自動監(jiān)測井網(wǎng)部署及建設概況

蘭建梅 梅金華 潘卓

摘 要：本文根據(jù)益陽市區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境條件狀況、城市規(guī)劃發(fā)展等，科學合理部署了地下水監(jiān)測井網(wǎng)。作為湖南省地下水井及自動監(jiān)測平臺建設示范，監(jiān)測井網(wǎng)部署思路和自動化監(jiān)測體系建設可為省內(nèi)其他地區(qū)地下水監(jiān)測提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地下水監(jiān)測；自動監(jiān)測；監(jiān)測網(wǎng)部署；建設

地下水資源較之地表水資源要復雜得多：地下水本身質(zhì)和量的變化以及引起地下水變化的環(huán)境條件和地下水的運移規(guī)律都不能直接觀察，同時，地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降、地面塌陷等地質(zhì)環(huán)境問題是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞。因此，合理開發(fā)利用、保護地下水就必須依靠長期的地下水動態(tài)監(jiān)測工作。然而如何科學部署區(qū)域地下水監(jiān)測井網(wǎng)，建設方便、快捷地下水監(jiān)測平臺，從而客觀反映地下水環(huán)境狀況，值得我們探討和思考。

目前湖南省地下水專用監(jiān)測井稀少、密度低，監(jiān)測技術(shù)落后，信息服務能力較薄弱。益陽市是湖南省首個實施建設地下水自動監(jiān)測平臺體系的地區(qū)，作為省內(nèi)地下水監(jiān)測工程示范點，為下一步開展其他地區(qū)的地下水監(jiān)測井網(wǎng)建設提供借鑒與參考。

1 自然地理概況

益陽市位于湘中偏北、資水下游，市轄資陽、赫山兩區(qū)，素有“銀益陽”之美稱，是國家重要的商品糧、棉、魚、豬生產(chǎn)基地。市區(qū)西南部屬雪峰山之余脈，東部及東北部為洞庭湖平原，地勢由西南低山丘崗逐漸向東北湖區(qū)平原傾斜。區(qū)內(nèi)屬中亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，雨水集中，降水多集中于4-8月，年平均降雨量1626mm。地表水系發(fā)達，河流、湖泊、水庫眾多。主要干流資江在市境內(nèi)全長51km，為南北赫山、資陽兩區(qū)的天然行政分界線。

2 水文地質(zhì)概況

益陽市區(qū)地下水資源豐富，按其含水層結(jié)構(gòu)、埋藏條件、水力特征等因素，總體上可劃分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、基巖裂隙水和紅層孔隙裂隙水四大類、七個含水層（組），其基本特征見下表1。

3 地下水自動監(jiān)測井網(wǎng)部署

3.1 總體部署思路

在充分調(diào)查及研究益陽市區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境條件的基礎上，規(guī)劃監(jiān)測工作總體部署，確立了 “區(qū)域監(jiān)測、重點監(jiān)測、專項監(jiān)測”的地下水監(jiān)測網(wǎng)構(gòu)架。監(jiān)測工作總體上遵循以下三條思路：

（1）總體部署與分步實施相結(jié)合

按照《地下水監(jiān)測規(guī)程》的布點原則、方法與密度，對全區(qū)進行網(wǎng)點總體部署。地下水監(jiān)測工作的實施可劃分為示范、推廣和運行維護三個階段工作。示范階段工作是以總體部署方案為基礎，根據(jù)工作項目計劃及經(jīng)費條件，選擇15個井點（城區(qū)9個、地面沉降區(qū)2個、巖溶塌陷區(qū)4個）完成地下水自動監(jiān)測設施的建設，初步完成數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡平臺建設和數(shù)據(jù)成果發(fā)布方式研究。在下一步監(jiān)測工程項目開展及地方財政支撐下，逐步推廣完善全區(qū)監(jiān)測井建設和監(jiān)測平臺的運行維護。

（2） 區(qū)域監(jiān)測與重點監(jiān)測相結(jié)合

按區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)密度布設監(jiān)測網(wǎng)點，監(jiān)測地下水環(huán)境區(qū)域變化特征；對人口集中、人類工程活動頻繁及地下水環(huán)境條件已經(jīng)發(fā)生明顯變化和異常的地區(qū)，加密布置監(jiān)測點，進行重點監(jiān)測。赫山礦泉水區(qū)域是本次重點監(jiān)測區(qū)。

（3）分類監(jiān)測與特殊目的監(jiān)測相結(jié)合

地下水監(jiān)測井類型包括地下水水位和水質(zhì)。所有監(jiān)測井均有水位監(jiān)測功能，全方位監(jiān)控區(qū)域地下水水位動態(tài)變化；在重要水源地、人口工業(yè)密集區(qū)、防污性能差的主要污染源分布區(qū)增設水質(zhì)監(jiān)測點，及時掌握地下水水質(zhì)變化狀況。考慮到岳家橋區(qū)段2011年底至2012年底發(fā)生了較大規(guī)模及高密度地面塌陷，特增設地面塌陷專項監(jiān)測區(qū)。

3.2 地下水監(jiān)測目的

（1）監(jiān)測地下水水位的時空分布及變化特征、人類工程及環(huán)境變化對地下水的影響，為地下水規(guī)劃、管理提供信息，為地下水開發(fā)利用提供依據(jù)；

（2）研究地下水污染機理，含水層參數(shù)的識別，污染物質(zhì)運移與制定污染防治的方案和措施；

（3）監(jiān)測探索地下水位變化與岳家橋地面塌陷地質(zhì)災害關(guān)系，分析地面塌陷發(fā)展趨勢，為政府決策服務；

（4）為深層礦泉水研究積累基礎資料，如礦泉水開發(fā)利用、城市建設所引起的水環(huán)境問題，為政府進行礦泉水開發(fā)利用、管理及環(huán)境保護等宏觀決策提供技術(shù)服務。

3.3 地下水監(jiān)測網(wǎng)布設原則與方法

（1）平面上點狀、線狀和面狀控制性監(jiān)測相結(jié)合，疏密得當

在地下水開發(fā)利用程度較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)如蘭溪、泉交河、衡龍橋等設置點狀監(jiān)測井；在迎風橋-龍光橋-滄水鋪-衡龍橋一帶布設地下水流場剖面控制線，在迎風橋-蘭溪-筆架山-歐江岔一線排污企業(yè)集中帶布置地下水污染監(jiān)控線；在東北洞庭湖堆積平原區(qū)設置地面沉降監(jiān)測線；在岳家橋-衡龍橋地面塌陷區(qū)設塌陷專項監(jiān)測點；整個監(jiān)測區(qū)呈面狀控制。

（2）垂向上深淺結(jié)合，以主要開采層位以上含水層的分層監(jiān)測為主

根據(jù)不同水文地質(zhì)條件和地下水開采利用現(xiàn)狀，進行分層監(jiān)測。城區(qū)礦泉水、西南基巖裂隙含水區(qū)、岳家橋-衡龍橋巖溶裂隙水區(qū)采用單層監(jiān)測；東部湖積和沖積形成的掩埋或半掩埋階地復式含水結(jié)構(gòu)，主要含水層分上、下兩層，沿河兩岸居民稠密、地下水與地表水交換頻繁、污染物質(zhì)易滲入含水層，采取雙層監(jiān)測；東北部圍墾湖積平原沉積層為明顯的湖積韻律層，含水層平均厚度56m、多層，以深層承壓含水層為主、厚度32.5～76.6m，含水飽和，采取以深層地下水為主的多層監(jiān)測。

3.4 地下水監(jiān)測網(wǎng)部署方案結(jié)果

為實現(xiàn)區(qū)域、重點和專項監(jiān)測，將益陽市區(qū)分為赫山資陽基礎監(jiān)測區(qū)（區(qū)域監(jiān)測）、益陽主城區(qū)及礦泉水監(jiān)測區(qū)（重點監(jiān)測）、岳家橋地面塌陷專項監(jiān)測區(qū)（環(huán)境問題監(jiān)測）三個部分，面積分別為1796km2、75.5 km2、37.5km2。全區(qū)共布設30個水位水溫監(jiān)測點，13個水質(zhì)監(jiān)測點。其中區(qū)域監(jiān)測點11個點（水位11個、水質(zhì)8個），重點監(jiān)測15個點（水位15個、水質(zhì)5個），專項問題監(jiān)測4個（水位4個），詳見下表2。

4 監(jiān)測井及自動監(jiān)測平臺建設概況

4.1 監(jiān)測井建設情況

本次示范階段共建設了15個監(jiān)測井，其中赫山城區(qū)9個、東北地面沉降區(qū)2個、岳家橋巖溶塌陷區(qū)4個，監(jiān)測井全部是利用或改造原有鉆機井，來之不易。監(jiān)測井建設分井下及地面兩部分工作。

井下工作：通過下鉆清淤、洗井、抽水試驗、測量等系列工作使利用機井達到監(jiān)測井建設標準；

地面工作：包括井口保護裝置、監(jiān)測井房、監(jiān)測警示牌及監(jiān)測用地征地等工作。

4.2 自動監(jiān)測系統(tǒng)平臺建設概況

自動監(jiān)測系統(tǒng)平臺建設為已實施的15個監(jiān)測井分站設備安裝及調(diào)試和數(shù)據(jù)中心主站監(jiān)控室建設兩部分。地下水自動監(jiān)測儀器采用西安欣源測控技術(shù)有限公司開發(fā)的多參數(shù)水文動態(tài)監(jiān)測智能預警系統(tǒng)完成地下水水位、水溫實時自動監(jiān)測，該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、存儲、發(fā)送、接收、存入數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)檢索、智能預測預警、輔助決策功能于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)四個部分組成。數(shù)據(jù)采集裝置分布于各監(jiān)測井位置，通過井下傳感器和遙測分站完成各監(jiān)測井地下水各項實時數(shù)據(jù)采集工作，全天候自動運行；數(shù)據(jù)傳輸通過GSM無線通訊完成地面分站和中心主站的聯(lián)接；數(shù)據(jù)接收由放置在監(jiān)控中心的裝備SIM卡的主站完成；數(shù)據(jù)處理分析由監(jiān)控中心裝備監(jiān)測系統(tǒng)軟件的工控機完成（簡單示意圖見下圖1）。

目前益陽市區(qū)地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行，全天候?qū)崟r監(jiān)測、智能預警15個監(jiān)測井水位和水溫情況。

5 結(jié)論及建議

本文根據(jù)益陽市區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境條件狀況、城市規(guī)劃發(fā)展等，依據(jù)《地下水監(jiān)測規(guī)程》對整個區(qū)域進行了監(jiān)測網(wǎng)點總體部署；遵循 “區(qū)域監(jiān)測、重點監(jiān)測、專項監(jiān)測” 監(jiān)測構(gòu)架，在全區(qū)共布設30個監(jiān)測點，其中區(qū)域監(jiān)測點11個、重點監(jiān)測點15個、專項監(jiān)測點4個。目前示范階段建設了15個自動監(jiān)測井及地面分站設施、一個總站中心自動監(jiān)測平臺系統(tǒng)，全天候自動監(jiān)測、預警監(jiān)測井水文動態(tài)信息。

地下水自動監(jiān)測能方便快捷地掌握地下水水文動態(tài)信息，增強相關(guān)職能部門對因地下水突變（主要為水位和水質(zhì)等）可能引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題的快速反應及應急處置的能力，以達到災害預警預報，及時采取有效措施防患地下水環(huán)境災害的發(fā)生。然而地下水監(jiān)測是一項長期持續(xù)的基礎性工作，監(jiān)測井一經(jīng)建立，保持監(jiān)測數(shù)據(jù)序列性非常必要，需要職能部門明確職責、規(guī)范管理，建立地下水監(jiān)測專業(yè)隊伍，保證經(jīng)費來源，科學合理的管理地下水監(jiān)測井、自動監(jiān)測系統(tǒng)設施，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性及有效性。

參考文獻

[1] 王愛平，楊建青等.我國地下水監(jiān)測現(xiàn)狀分析與展望[J]. 水文，2010（6）：53-56.

[2] 劉治政，吳曉東，林洪孝.Kriging插值模型在地下水位監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化中的應用[J]. 人民長江，2010（9）：14-17.

[3] 邱元峰，羅金耀，盂戈.地下水監(jiān)測井網(wǎng)優(yōu)化設計[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2002，（6）：38-40.

[4] 陳植華.地下水監(jiān)測網(wǎng)的若干問題與基于信息熵的研究方法[J].地學前緣，2001，8（1）：136-137.