地下水環境監測技術分析

錢江萍

（江西天藍檢測技術有限公司，江西 萍鄉 337000）

水環境監測是一種基于水資源合理利用的現代化方式，可以在實際工作中利用技術的優勢，為社會提供全面、科學的分析情況和數據，這有利于我國水質的優化處理，相關人員可以結合數據進行分析并制定科學的治理方案，以此實現水資源的循環可持續應用。

1 實施水環境監測的重要意義

地下水環境主要是指深層以及淺層的地下水、泉水等，其質量以及狀況對于人們的生產生活有著非常重要的影響，會直接影響人們的用水健康。因此這也是地下水環境進行監測的主要原因，監測工作的順利進行能夠有效的監測水中物質的相關情況，包括AOC、BDOC、BRP 應用等數據。此外在工作中如果發現水中含有一定的有毒物質，則會對有害物質的種類、濃度進行詳細的監測，且長期監測物質的變化數據，這樣不僅僅可以精準了解水環境的綜合質量和情況，還可以幫助工作人員進行水環境的治理。地下水環境的監測與治理是基礎工作，肩負著重要的社會責任，其是否能夠精準、有效的對水環境進行判定與治理是關鍵，需要現代化的監測技術加以輔助才能夠實現，落后的設備與技術不僅難以達到監測效果，還會對人們的身體健康有所不利。地下水分布如圖1所示。

圖1 地下水分布

2 建設地下水環境監測系統

2.1 系統的相關概述

2.1.1 系統綜合情況

本文所研究的系統，對現代信息技術進行了應用，主要包括物聯網技術、5G 技術、計算機技術和傳感技術，通過這些技術的使用，實現對地下水環境的遠程檢測，主要檢測指標包括水位高度、地下水溫度、氧化還原電位、地下水渾濁度、pH 值以及降水數據等。并且，對傳輸距離幾乎沒有要求。監控中心人員利用電腦和手機即可對當地地下水環境進行監測，并且，該系統的軟件還能遠程采集和監測數據，系統獲得的數據，會被存儲到數據庫之中，然后由系統基于這些數據，完成報表和曲線的自動生成。該系統還具有可拓展性，可根據實際需求，對傳感器和測站數量予以調整。

2.1.2 系統組成

在查閱資料后得知，該系統的組成部分主要包括手機APP、數據采集運算和發送系統、傳感器和太陽能供電系統。其中，前者屬于系統最關鍵的部分，能夠對各點位的實時數據予以監測，同時，還能利用這些數據，自動生成各類報表和曲線圖。太陽能供電系統的作用是為監測設備提供可靠的電力保障。數據采集系統主要是通過各類傳感器，向云平臺或手機APP 傳輸數據。傳感器作為系統的關鍵部分，其可以對地下水各項指標進行監測。

2.1.3 系統優勢

相較于傳統的地下水環境監測技術，利用該系統監測地下水環境，無需對水質樣品進行處理，不使用化學藥劑，不會產生二次污染，且測量數據的可靠性還能被有效保證。此外，該系統還能實現對多項指標的一體化監測，有利于避免介質擾動對水質造成影響。

2.1.4 相關基礎建設

地下水監測井的建設地點，普遍為野外，該地區交通不暢，且缺少市電供應，尤其是部分偏遠地區，其網絡信號十分薄弱。故建議在監測地區建設太陽能供電系統，并選擇北斗通訊。在站點處應安裝立桿，通過基礎建設，保障地下水環境監測工作的有效進行，基礎建設內容如表1 所示。

表1 基礎建設內容

2.2 水環境物理量檢測技術

2.2.1 云平臺軟件設計

本文所研究的軟件，其設計基礎為Web 網絡技術和GPRS 技術，各部門和各級別管理人員，均能通過該軟件，對信息加以查詢和管理，其特點如下所述：第一，系統采用B/S結構，能夠滿足各種技術操作要求，比如：網絡瀏覽和操作。第二，支持SQL 數據庫，可對歷史數據進行存儲，年限長達三年。第三，主界面為地圖顯示。具體表現如下：（1）各監測點分布圖是主界面的背景，能夠對全部監測點的位置和分布進行顯示。（2）用戶可以通過操控鼠標的方式，對監測點位置進行編輯。（3）將鼠標移動到監測點后，顯示點的基本信息和監測數據可被顯示出來，在點擊測點后，即可進入實時監測界面，實現對詳細數據的查看。第四，用戶可以利用APP 進行維護查詢和管理。

2.2.2 現場施工及設備安裝

安裝地下水監測井口保護裝置。具體安裝要點如下：（1）將水泥基座修筑到井管超出地面的部位，將其作為井臺，然后進行井口固定點設定。井臺的形狀應該被設置成圓柱體混凝土臺，其高度設置，需要將井管超出地面的幅度作為依據，通常情況下，井臺的高度不得超過50cm，且不能低于30cm。此外，在設定固定點高程時，可以選擇預埋鐵件，該鐵件所處位置通常為井口附近，同時，還要將儀器標記安裝到井臺處。井臺尺寸的確定，需要將井房和保護設施尺寸作為依據，井臺設計如圖2 所示。在該裝置內需要進行傳感器的投放，因此，在安裝時應注意穿線孔的預留。

圖2 地下水監測井臺典型設計圖

地籠立桿太陽能板和機箱安裝也十分關鍵，安裝示意圖如圖3 所示。

圖3 地籠立桿太陽能板和機箱安裝

2.2.3 多參量傳感器

在安裝多參數量傳感器時，需要使用電子水位計，對水位埋深進行實時檢測，為傳感器線纜長度的確定，創造有利的條件。如果監測井的水位變化幅度較小，線纜長度應該超過歷史最低水位埋深，其高出幅度為2-3m 即可。

傳感器在放置過程中，不能與淤泥產生接觸，與此同時，還要考慮大氣壓值，究其原因，主要是大氣壓強會在海拔和時間的影響下發生變化。具體措施如下：第一，利用水位計自帶的導氣管向測壓元件中導入大氣壓，使大氣壓被抵消。第二，對絕壓水位計和單獨大氣壓計方案進行使用，獲取水深壓力。

2.2.4 水質控樣考核

水質控樣考核的主要項目有如下幾種：主要包括COD、氨氮、氯離子以及常規參數等。而儀器的準確和精密度，則是考核的主要內容。

在考核過程中，所選擇的樣品是濃度為高、中、低的樣品，以此來測試儀器，在完成對儀器的校準后，對各樣品進行連續6 次的測定，將測定結果作為依據，即可實現對儀器準確性和精密度的測定。

在計算過程中，可以用相對誤差（RE）對準確度進行表示，其計算公式如下所述：

在上述公式中，質量控制樣品6 次檢測的平均值由X表示；

質量控制樣品推薦值由C 表示。

相對標準偏差（RSD）可以對精密度進行表示，計算公式如下：

對比試驗：

第一，比對項目方法。用戶可以將系統作為依據，完成對監測項目的選擇，然后利用規定的監測分析方法進行分析，并在相同時間內，比較測定結果，計算公式如下：

在上述公式中，常數由k 表示，其值為3。

校準曲線斜率由b 表示；

低濃度標準液配制的標準偏差由Sb表示。在進行標準溶液配制時，需要將儀器3 倍檢出限作為條件。

3 其他水環境監測技術

3.1 抽出處理法

抽出處理法是在水環境監測技術中最為常見的一種，可以利用物理、化學、生物的方式進行工作。對于水環境監測來講，可以非常明確的了解到水中的生物穩定性狀況，而物理方式便是運用吸附的手段將水中的雜質進行過濾和處理，常見的物理方式中BDOC 可以提供關鍵的支撐，BDOC 能夠對水中相關物質進行詳細的分析，因此也已經成為了水環境監測中非常重要的一種。BDOC 作為可以為細菌服務的可降解有機碳，能夠利用碳的結構進行水中物質的提取，近幾年來，相關學者也利用動態模型搭建的形式進行了BDOC 的使用，以此分析其是否能夠幫助研究人員進行水中物質的監測，最終結果表明BDOC 可以符合實際需要。動態循環法是一種輔助BDOC 進行的有效方式，能夠在使用的過程中準確得出相關物質的實際參數。相關人員為了能夠精準的了解到水中物質的情況并對雜質進行處理，進行了科學化的試驗。以某研究區域為例，其地下水中的AOC（可同化有機碳）含量的最大值、最小值與中間值分別為：153.67、75.36、125.78。當在惡劣的低溫條件下，數值會有一定的上升，而BDOC 的數值也會有所變化，分別為0.19mg/L、0.12mg/L、0.23mg/L。這一數值明顯高于國外學者Joret 在理論中所得到的的0.1mg/L 的結果；此外，在低溫情況下BRP 含量則為2.9*106CFU/mL、0.6*104CFU/mL、1.67*104CFU/mL、而在相關學者逐漸提升溫度狀況的過程中，地下水環境的BRP 含量也逐漸增高，甚至超過了3*106CFU/mL。這也進一步說明，動態循環法以及抽出處理法在實際的水環境監測中能夠發揮巨大的作用。

常規的水環境處理技術的應用效果分別為：AOC156.32、63.45、103.78；BDOC 為0.35、0.58、0.42；BRP 為3.52*106C FU/mL、1.42*105CFU/mL、2.36*106CFU/mL。以此我們能夠發現以上技術的合理運用可以有效的降低水中的BDOC 與BRP，但是卻會提升AOC。這一結果與國外學者Yubath hikch 等人的研究結果相一致。臭氧活性炭技術對于AOC 含量沒有明顯的效果，難以達到去除的作用，反而會降低水中的生物穩定性，因此工作人員在日常工作中可以憑借此情況對得到的數據進行分析。

化學法則是利用氧化反應將水中的雜質進行深度的凈化，以此達到去除水中污染物的要求。生物法是利用生物膜的形式對水質進行深度的監測，因此這種形式也可以達到循環使用的目的，盡可能的實現信息的有效傳遞。

3.2 其他監測技術

水動力控制技術是一種物理的方式，可以對水質進行實時的監測，其主要的使用方式是將地下水進行靜止分層，利用不同層水質質量的分析，幫助工作人員進行水質的抽水檢驗，進而利用梯度分離的形式對水質進行參數分析，這種技術的應用簡單，且能夠適用于不同種外界環境的實際需要，因此在水環境監測中被廣泛的使用，效果清晰可見。原位處理法是一種現代化的水環境監測方式，能夠被廣泛的應用，且技術的應用成本較低，原位PCR 技術可以將傳統的PCR技術與現代化技術進行結合，進一步降低水中污染物的含量，這種技術的應用效率較高，可以利用可滲透反應墻觀測污染物的反應情況，最終對水中雜質進行控制。

4 提升地下水環境監測的優化路徑

4.1 利用現代化技術進行自動化的水環境監測

地下水的環境監測需要進行優化與完善，在現代化技術逐漸發展的背景下，自動化監測已經成為了保證工作質量以及數據的有效方式，在使用之前需要建設完整的自動化系統，在系統的建設過程中需要使用計算機網絡技術、通信技術、遙測技術。這樣才能夠更好的得出精準的參數信息，降低人工操作出現失誤的可能，進一步的為工作科學、高效提供技術支持。

4.2 遵循標準化流程規范工作內容

在進行地下水環境監測過程中，所有的工作都應該認真的遵循相關標準以及原則，這樣才能夠保證技術的選擇與應用可以滿足實際的需要。在實際工作中，首先需要設置不同種類的地下水監測點，定期的對水環境狀態進行監測，并對異常情況進行警示。其次選擇合理的監測方式，以此保證水質監測的工作能夠順利進行。最后由于地下水的環境情況不同，因此在監測工作中所使用的設備與儀器也需要滿足實際需求，在完成樣本的采集之后，對相關數據進行分析與研究。

4.3 優化現有的水環境監測技術

根據我國在水環境監測中的需要，監測設備需要不斷的進行更新與優化，一方面，需要安裝傳感器，在計算機的輔助下，讓監測工作能夠有效的滿足集成化處理的需要。另一方面，需要將設備進行系列化的管理和控制，監測單位不僅僅要重視不同類型設備的應用狀況，還需要加強對設備的了解程度，通常情況下，監測設備是利用傳感器、收集、通信等子系統組成，可以在開展工作的同時對天氣等周邊情況進行監測，這對于水環境監測部門來講十分重要。

此外，制度的管理和完善也是水環境處理、技術應用以及使用中的關鍵，因此需要建設一套完整的水環境監測制度，在完善的過程中需要將工作的重點以及設備的使用、養護進行責任人的對應，以便在出現問題的時候可以第一時間的進行問責。與此同時應賦予其法律效益，利用法律約束監測人員的工作效率和質量。此外例如AOC、BDOC、BRP 等參數的監測，需要設備的精準使用，因此應該在日常工作中提升工作人員的能力，并及時指導工作人員進行改進措施，保證水環境監測的質量，避免由于水質原因導致使用者出現安全隱患。

5 結論

地下水環境監測對于水資源的合理利用以及科學開發來講非常重要，可以及時的監測出水環境的實際情況，幫助工作人員進行治理，能夠為水環境問題的預防創造良好的條件。鑒于此相關人員一定要提升技術的應用質量，運用現代化技術以及物理、化學的方式提升技術的應用，確保相關參數以及數據的精準度，為我國水環境監測的發展奠定良好的條件。