巖溶地區地下水環境監測難點及解決思路

江 川，肖德安

貴州省環境監測中心站，貴州貴陽550081

地下水監測是獲取地下水信息的重要途徑，在地下水資源管理和環境保護工作中至關重要，是一項必不可少的基礎性工作。中國的地下水監測工作主要由國土部門和水利部門負責開展，更多的是出于地下水資源管理和地質環境保護的目的監測地下水水位和水量，對水質的監測較少。隨著工農業的發展、人口數量的增長，地下水污染問題逐漸突出。尤其在巖溶地區，由于巖溶地貌較為發育，巖溶地下水與地表聯系緊密，極易受地表污染物的污染［1-2］，面臨巖溶洼地變成“垃圾坑”，巖溶管道變成“排污通道”的威脅［3］。因此，水質監測在巖溶地下水監測中顯得更為迫切和重要。然而，針對特殊的含水層性質、復雜的水文地質條件、極不均勻的地下水分布等特征，巖溶地區地下水水質監測工作要求更高，難度更大。如何在巖溶地區布設水質監測點，如何建設水質監測井，如何確保樣品代表性，都是巖溶地區地下水水質監測工作面臨的實際困難，而且鮮有針對性的研究資料供參考。基于此，綜合考慮巖溶地區地下水的特征，結合巖溶地下水監測的現狀，分析了當前巖溶地下水監測工作中存在的問題，提出了科學的建議，以期為巖溶地區地下水水質監測提供技術參考。

1 巖溶地下水特征

1.1 含水層特征

碳酸鹽巖在中國廣泛分布，主要以云南、貴州、廣西為主體，包括川南、渝、鄂西、湘西、桂西、粵北、滇東地區，總面積約54萬平方千米，其分布區主要賦存碳酸鹽巖類巖溶地下水，含水介質為溶蝕裂隙、溶蝕管道、溶孔溶洞等。根據巖性、含水介質及地下水動力條件，可將碳酸鹽巖巖溶水劃分為碎屑巖及碳酸鹽巖巖溶-裂隙水、碳酸鹽巖及碎屑巖類裂隙-巖溶水、以白云巖為主的溶洞-裂隙水、以石灰巖為主的裂隙-溶洞水4個亞類［4］。該含水巖組巖溶發育強烈，巖溶洼地、落水洞、漏斗、天窗、豎井、地下河、溶洞等巖溶個體形態齊全。該類含水巖組富水性總體較強，但是含水極不均勻。相對于均一的含水層，巖溶含水層的本質脆弱性和含水不均勻性使巖溶地區地下水監測工作比普通地下水區域的監測復雜得多。

1.2 地下水分布特征

巖溶地下水最明顯的特征是分布極不均勻，表現為富水性的差異性和水力聯系的各向異性。在巖溶地區，由于受構造和溶蝕雙重作用的影響，裂隙、管道等縱橫多層位分布，導致含水介質具有非均質性和滲透各向異性，形成地下水空間分布的極不均勻性［5］。因此，巖溶地下水并不是均勻地遍及整個可溶巖的分布范圍內，而是賦存于可溶巖的溶蝕裂隙和溶洞中。往往同一巖溶含水層同一標高范圍內，或者同一地段相距不遠的范圍內，富水性可相差數十倍至數百倍。江成鑫等的建井案例也證實了在同一水文地質單元內巖溶地下水在水平和垂直方向上的富水性及水力聯系具有明顯差異［6］。巖溶地下水分布的不確定性，加大了巖溶地下水監測工作的難度。

1.3 地下水易受污性

巖溶水文系統是一個發育于可溶巖含水層中的獨特水文系統，它與別的水文系統相比具有高度的敏感性和脆弱性［4］。它的敏感性和脆弱性主要是由巖溶系統的獨特性造成的，與巖溶作用的動力——水文學特征變化有關［1，5］。在巖溶作用下，豎井、落水洞、巖溶漏斗、巖溶管道、地下暗河等強烈發育，形成巖溶地區特有的地表、地下雙層結構［7］;特殊的結構使得巖溶地區降水入滲系數高、留存難、漏失快，形成巖溶地區水土分離格局［8-9］，使巖溶水文系統中降水、地表水、土壤水與地下水之間轉化快速，溝谷交錯，明流暗河交替，地表水與地下水相互轉化補給，水文情勢相對復雜。因此，巖溶地區地下水與地表水聯系密切，地下水環境受地表水的影響較大，污染物常以地表水作為載體，通過巖溶通道快速遷移污染地下水。穩定同位素示蹤研究的結果證實了巖溶地下水對地表水的響應明顯，地下水與地表水之間的交換活躍，地下水極易受地表污染物的污染［2］。正是巖溶地下水易受污染的特性，突顯出地下水環境質量監測的必要性和重要性。只有實時掌握地下水環境信息，才能科學有效推進地下水環境保護工作。

2 地下水監測現狀

2.1 國外地下水監測現狀

國外地下水監測的歷史較為悠久，早在19世紀中葉，英格蘭與威爾士就建立了第一個地下水水位監測網;歐美多數國家地下水水位監測始于20世紀初，美國20世紀60年代末建立國家地下水水位監測網，歐盟20世紀80年代建立國家地下水水位監測網，主要目的是為地下水資源管理及地質環境保護提供依據。然而，地下水水質監測工作相對滯后，歐盟多數國家從20世紀70～80年代開始，美國從20世紀90年代初開始執行國家水質評價計劃，監測地下水水質狀況和水質變化趨勢［10］。日本地下水監測始于1989年，并被列入日本水環境行政的基本構成內容之一，有明確的法律規定，主要有概況調查監測、污染源調查監測和跟蹤調查監測3種形式;其目的是為了及時發現污染狀況，掌握水環境變化趨勢，制定相關的保護對策，以保護居民健康和維護地下水質量［11］。

2.2 國內地下水監測現狀

中國自20世紀50年代開始監測地下水，經歷了20世紀50～60年代的全面起步，20世紀70～80年代的快速發展，20世紀90年代的總結探索和21世紀初的穩步提高等4個主要發展階段［12］，初步建成地下水監測網絡，涵蓋水位、水溫、水量、水質等要素。但是，當前大多數監測點分屬于水利部門和國土部門(原地礦部門)，其中水利部門建立以水資源管理為主的地下水監測點24 515個［13］;截至2011年底，國土部門建立以地質環境保護為主的地下水監測點16 464個［14］，監控面積約110萬平方千米;這些監測點集中分布在北方平原區。2011年10月10日國務院批復《全國地下水污染防治規劃(2011—2020年)》，由環保部門牽頭開展全國地下水基礎環境狀況調查評估工作，重點建設以地下水質量為主的地下水監測點［15］;同年11月17日，《國家地下水監測工程可行性研究報告》通過專家評審，水利部和國土資源部聯合啟動國家地下水監測工程，將新建或修復地下水監測點位20 135個，監控國土面積達350萬平方千米，基本實現重點區域地下水動態的有效監控［16］。但是，水利、國土部門聯合新建的監測網仍以水位、水量等參數的監測和周邊地質環境次生災害的監測為主，水質監測剛剛起步。

2.3 巖溶地區地下水監測現狀

從1965年啟動巖溶地下水研究開始，至1975年巖溶水首次作為“國際水文地質大會”的主題，10年間巖溶地下水成為非常重要的研究內容，相關學者系統研究了巖溶地區的水文地質學問題［17］，隨之開始了巖溶地區地下水監測工作。其目的主要是為了滿足科研的需要，側重于從水文學的角度對典型巖溶場地地下水位動態的監測研究［9，18］。中國巖溶集中分布的西南 8省(市、區)——西南巖溶山區，從20世紀70年代開始地下水動態監測工作，至今已初步建立了地下水監測網絡，地下水監測井(點)現狀統計見表1［19］。

表1 西南巖溶地區地下水監測井(點)現狀統計

相對于北方平原地區，西南巖溶地區地下水監測點位少、監控面積小，且集中分布在城區。此外，中國建立了廣西桂林丫吉、廣西馬山弄拉、貴州荔波茂蘭、湖南龍山洛塔、重慶金佛山等試驗場，主要對巖溶地下水的pH、電導率、水溫、水位、HCO3－和Ca2+等指標進行監測，重點研究巖溶地下水時間尺度上的變化規律及對環境變化的響應關系［20-25］，但較少關注巖溶地下水的水質變化。

3 問題與困難

3.1 監測點位少，布局不合理

經過半個世紀的發展，中國的地下水監測點位建設已初具規模，但是監測點位仍較少，監測井(點)密度低，而且點位分布極不平衡［26］。目前總體上呈現北方平原區多、南方石山區少的布局;國土部門所屬監測點多集中在城區，水利部門所屬監測點主要在農灌區;重區域尺度的監測，輕場地尺度的監測;水位、水量監測井多，水質監測井少。因此，現有的地下水監測井(點)分布不能全面真實地反映地下水狀況，更不能滿足復雜的巖溶地下水監測。

3.2 專用監測井少，數據代表性差

現有的地下水監測點位多數以抽水機井、農用灌溉井、自然泉點為主，專用地下水監測井較少［12，27］。多數監測井沒有按照規范設計，只能根據實際情況人為調整監測方法，無法獲取合理的監測數據信息。其次，受人為活動的影響大，監測數據代表性差。再者，缺乏統一完整的檔案資料，管理和維護難度大，繼承性較差。

3.3 側重水位水量監測，水質監測較少

現有的大多數監測井(點)分屬水利部門和國土部門［16］，其中水利部門以水資源管理為目的，重點監測水量;國土部門以地質環境保護為目的，重點監測水位及由于地下水開采引起的次生地質環境災害。水質監測井(點)少，并且多數井(點)達不到水質監測井的要求。在巖溶地區，地下水極易受污染，水質監測顯得更為重要。

3.4 缺乏標準制度，監測管理困難

首先，巖溶地區地下水監測缺乏統一的建井標準，監測井的設計、孔徑、井管、濾管、止水、井臺、井口保護裝置和井口標識等差別較大。其次，現有的地下水環境質量評價標準相對滯后，不能適應巖溶地區地下水環境質量評價工作需要。再次，缺乏相應的管理制度和機制，現有的監測井得不到有效的后續管理和維護，被占用、損毀、淤堵等現象較多，并可能成為污染地下水的風險源。第四，缺乏現代化的地下水監測信息管理系統，建井資料、監測數據等信息難以有效管理，歷史延續性差。對此，當務之急是要加強自上而下的環境監測頂層設計，建立統一的標準，建立可行的管理制度和機制，建立現代化的監測信息管理系統，實現環境監測工作科學、健康、永續發展［27］。

3.5 缺乏共享協作機制，部門共推工作困難

地下水監測工作早期由國土部門管理，后期轉移至水利部門，現今環保部門也開始介入，呈現均有職責、各自為政的局面。一方面，各部門以各自的目的、任務開展工作，在點位布設、監測井設計、監測內容上相對獨立，相互間溝通協作較少，實際協作配合困難;另一方面，部門保護主義導致部門間的資源信息共享難，不能實現相互補充，造成工作重復和資源浪費。

3.6 巖溶條件復雜，布點建井困難

在巖溶地區，特殊的含水層性質、復雜的水文地質條件、極不均勻的地下水分布等特征，使得地下水監測點位布設要求更高，難度更大;其次，巖溶含水層通常不具有統一的地下水位面，很難做到不同監測井間的監測層位統一［6］。因此，在巖溶地區建設具有代表性的監測井，是獲取可靠數據的關鍵。

3.7 監測手段落后，無法實時監測

目前，地下水監測手段落后，以人工監測為主;采樣設備落后，仍然采用人工提水、抽水管口接水等方式采樣;采樣過程中對地下水的擾動較大，所獲數據的可靠性和準確性差。其次，缺乏地下水自動監測傳輸系統，自動化程度低，無法實現地下水水質動態實時監測，不能適應當前信息時代發展的要求和現代化管理的需求［28］。

4 解決思路與建議

4.1 統一規劃，共同推進地下水監測網絡建設

地下水監測井的建設涉及環保、國土和水利部門，應整合各部門的需要，統一規劃，部門聯動，摒除部門間各自為政、服務自我的局面;科學布局，平臺共享，共同推進地下水監測網絡建設。

4.2 統一標準，科學建設地下水監測井

環保、國土和水利部門應加強溝通協調，共同設計研究，統一建井標準和管理制度，按照標準建設和修復地下水監測井，不斷完善監測井洗井維護和管理機制，健全監測井檔案資料，切實保障地下水監測井的監測功能。

4.3 加強部門協作，有序推進地下水監測工作

在頂層設計上，強化政府責任主體意識，自上而下做好部門協作。建立聯合工作機制，分工明確，密切配合，充分發揮各部門在地下水保護中的部門或技術優勢，及時解決工作中存在的問題，共同推進地下水監測工作。

4.4 加大投入，全面推進巖溶地下水監測

加大經費投入是推動地下水監測工作的優先保障。過去，由于國家資金匱乏，對地下水監測工作實行差別優先推進政策，導致西南巖溶地區地下水監測工作滯后，技術水平落后。因此，國家應對工作滯后、條件復雜的地方傾斜支持，全面推進巖溶地下水監測工作。

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