基于GIS技術的煉化企業地下水監測井管理與維護

吳向陽，白祁民，張靜淑

（蘭州石化公司研究院地理信息技術研究所，甘肅 蘭州 730060）

1 引言

《中華人民共和國水污染防治法》第四十條明確規定，化學品生產企業以及工業集聚區等的運營、管理單位，應當采取防滲漏等措施，并建設地下水水質監測井進行監測，防止地下水污染。近年來，各煉化企業在廠區及周邊建成的地下水監測井，是企業對屬地區域內地下水進行監測的重要設施。利用監測井對地下水污染情況進行監測具有操作方便、成本低、及時準確等優勢，還可以用于環境抽樣檢查環節，以此對污染物實現實時監控[1]。為了實時掌握地下水水質情況，有針對性地開展保護工作，需要對這些監測井進行有效的管理、維護。

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是管理、存儲、處理、顯示、分析地理空間上各類要素的信息系統，可以直觀而高效地解決在什么地方，有什么東西，什么特點，存在什么樣的變化等一系列問題。GIS在地理、規劃、交通、采礦、地學、農林業等行業得到了廣泛應用。

蘭州石化公司通過多年的地理信息系統技術應用，開發了廠區地下管網地理信息系統，可瀏覽與查詢地下管網、裝置、罐區、廠房、道路等的空間和屬性信息，實現了管網管理的可視化與動態管理。地下水監測井作為企業重要的安全環保基礎設施，用信息化的手段對其進行管理是必然趨勢，借鑒地理信息系統技術在管網管理中經驗，探索GIS技術在煉化企業地下水監測井管理的應用，對于提升監測井管理具有積極意義。

2 煉化企業地下水監測井概述

根據《石油化工環境保護設計規范》（SH/T 3024—2017）規定，石化企業應對生產廠區及周邊的土壤和地下水潛水實施監控。在廠區地下水上、中、下游設置長期觀測井，并按照規范要求的檢測頻率對地下水水質進行檢測，通過實時掌握地下水水質情況，運用水質檢測結果，有針對性地開展廠區環境保護，提高生產的安全環保性[2]。

按照《地下水環境監測技術規范》（HJ 164—2020）規定，地下水監測井的日常管理與維護應滿足以下5個要求：

（1）每口監測井應建立基本情況表（環境監測井）。井的撤銷、變更等信息應記入原監測井的基本情況表中，對新增監測井需要重新建立基本情況表（環境監測井）。

（2）指派專人對監測井進行定期巡檢，發現井及附屬設施損壞，應當及時修復。

（3）每年應對監測井的井深進行1次測量，當井內淤積物淤沒濾水管，應及時組織清淤。

（4）每2年對監測井進行1次透水靈敏度試驗。當向井內注入灌水段1 m井管容積的水量，水位復原時間超過15 min時，應組織洗井。

（5）當井口固定標識、孔口保護帽等發生損壞或移位時，必須及時組織修復。

蘭州某煉化企業在國家重點行業企業用地土壤污染狀況調查工作中，企業生產區建成了地下水監測井共80多口，充分利用這些監測井，建立完善的監測制度，實現對地下水質量和污染情況的監測和報告，及時發現污染傾向，有效預防地下水突發事件，防止對地下水環境造成不利影響，同時為制定、完善突發事件應急機制提供決策，有效控制污染范圍和事件的影響，對于企業安全環保管理具有積極意義。

但是由于這些地下水監測井分布在煉油、化工廠區不同裝置，歸屬于不同的二級單位主管，隨著時間推移，由于裝置改建拆除等原因，地下水監測井會出現井體、標牌損壞等現象，給管理和維護帶來困難。

GIS數據庫由大量的空間數據層及屬性數據構成，每個數據層都存放著邏輯上統一、類型上一致的空間對象，所有空間對象都有相應的屬性數據。使用GIS可以方便地管理地下水監測井數據，疊加地下水監測井周邊的地物、地下管網等圖層，既能夠對空間數據進行管理，也可以對監測井的變化進行管理，有利于對地下水監測井的實時情況進行動態更新和科學管理。建立地下水監測井信息系統，實現地下水監測井的可視化管理可有效解決監測井的管理和維護問題。

3 煉化企業地下水監測井地理信息系統功能設計與建設

3.1 地下水監測井地理信息系統設計

選擇地理信息系統平臺軟件，通過對廠區地下水監測井、地物、裝置、設備、安全環保相關的設備設施的地理信息數據采集，建成企業地下水監測專題地理空間數據庫，建設企業地下水監測井地理信息系統，實現地下水監測井的信息查詢、專題圖繪制等，實現地下水監測井的可視化，為企業安全環保管理提供技術保障。地理信息系統主要功能如下：

（1）圖形數據與屬性數據一體化管理。系統支持多種數據類型如GML、DWG/DXF、MapInfo MID/MIF和TAB文件。支持在標準的數據庫管理系統表中存儲和管理地理信息，具備防止數據丟失，數據訪問效率高等功能[3]。

（2）分層組織、專題顯示。按照建筑物、監測井、抽水井等類型進行分層管理，按照專題屬性進行專題顯示。

（3）系統編輯功能。可以對圖形、數據庫內容按需求做增加、修改、刪除等編輯工作，使系統動態維護易于實現。例如實現建筑物、各類井的添加、修改及刪除。

（4）信息查詢。實現圖形屬性雙向互查，具有方便、靈活的查詢功能。通過鼠標可任意選取點、線、面進行信息查詢。查看井的監測數據，井的性質及運行狀況，監測井周圍裝置特征、污染物信息等。

（5）信息統計。系統通過GIS空間數據庫技術，將地圖、各類資源統一管理，根據各種查詢結果，實現地下水樣品檢測數據、巡檢數據地統計和分析功能。

3.2 地下水監測井地理信息系統建設

建設地下水監測井地理信息系統，首先要進行井、相關地物等的空間信息采集，然后通過數據處理將這些成果集成在地理信息系統軟件中，并將收集的屬性信息輸入系統中。

地下水監測井地理信息系統建設步驟：

（1）現場調研，需求分析和方案制定

系統建設的前期工作包括現場調研，需求分析和方案制定。現場調研主要是對地下水監測井的基礎建設資料進行收集，對井位分布狀況進行現場踏勘。需求分析主要是通過與企業對口管理部門進行交流和對接后，確定管理部門對系統的功能、性能、可靠性等具體要求。最后按照調研和需求分析情況進行方案的編寫。

（2）數據采集

數據采集包括空間和屬性數據采集，主要包括實物的空間位置（圖形）及其有關屬性的采集，作為地理信息系統的基礎數據。空間數據采集需要對井及相關地物進行定位、測量，確保系統數據準確、可靠。空間位置測量使用儀器主要有全站儀、GPS等。屬性數據由建設過程的基礎資料獲取，通過查閱圖紙、現場搜集完成，由相關部門配合，進行完整規范的記錄，錄入屬性數據庫中。

（3）數據處理

數據處理是將現場測量數據轉化成GIS軟件可讀寫的格式類型。數據處理主要包括圖形處理和屬性處理兩部分。空間數據處理主要對原始數據進行轉換與處理，如投影變換，不同數據格式之間的相互轉換，以及數據的裁切、拼接等處理。

在屬性處理中，對新錄入的圖形進行屬性設置，如果該圖形是新增類型的屬性，需要先設置屬性字段內容，如果屬于已有屬性類型，只需要完成屬性的內容填充。內容填充包括2個方面：一是取該實物的空間參數值，例如該實物的坐標、長度、面積等信息的數值等；二是取其基本參數值，例如井深、水位高度、建設時間、管理部門等。

（4）系統開發與數據集成

地下水監測井地理信息系統開發選擇ArcGIS地理信息平臺軟件，集成數據庫技術、空間數據引擎技術、系統集成技術等，采取功能控制流和數據流交叉組織的方式，實現GIS瀏覽、管理、分析等功能。

系統采用數據層、服務層和應用層3層架構完成。數據層由地面實物、監測井、地下管線等二維、三維數據構成，采用分布式的存儲與管理模式。服務層面向客戶提供基本的地圖操作，如瀏覽、數據查詢、屬性查詢、數據的增、刪、改等基本功能以及緩沖分析等空間分析功能。應用層針對數據中心管理端，采用C/S方式建設；結合地下井數據的特點，開發系統各功能模塊，集成廠區數據，完成地下水監測井地理信息系統的建設。

地下水監測井地理信息系統，可以為企業相關部門提供地下水監測井信息查詢及相關技術支持。包括地下水監測井分布查詢、統計、分析和相關的出圖服務。

2.1兩種方法的療效比較置管引流組在住院天數、膿腔消失時間優于細針抽吸組,差異顯著(P<0.05)。見表1。

4 地下水監測井地理信息系統維護與服務

地下水監測井地理信息系統應用的關鍵是數據的實時更新，對地下水監測井信息的動態維護非常重要。

（1）定期數據更新。為了保持系統數據的完整性，系統維護人員需要定期對監測井進行巡檢，進行地下水監測井地理信息系統維護，根據監測井和抽水井巡檢情況，對地下水監測井進行數據采集和處理，每周進行一次數據維護，更新系統數據。

（2）新建監測井數據更新。對新建設的地下水監測井，從建設開始到結束進行跟蹤，等監測井建設完成后，對新建的地下水監測井及周邊實物完成數據采集，并將采集的數據錄入系統，完成系統中相應區域內的實物數據和監測井數據更新。

5 基于GIS技術的地下水監測井日常管理與維護

（1）地下水監測井日常巡檢管理

日常巡檢開展地下水水位、水溫、pH、溶解氧、電導率、氧化還原電位、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物等現場監測（采用手持監測設備）。另外，對所有監測井和抽水井進行日常巡檢，主要包括井臺、井蓋、標牌等進行巡檢，若日常巡檢中發現井點遭到破壞，則及時上報上級管理部門，并將信息錄入地下水監測井地理信息系統。巡檢周期為每周1次，可根據實際情況調整。若巡檢常規指標出現異常，則根據情況加大特征污染物監測頻次。

（2）年度洗井及清淤工作

按照要求每2年對監測井進行1次洗井和清淤工作，并開展靈敏度試驗。

洗井方法可采用水泵抽洗或空壓機反復交替洗井，洗井后進行透水靈敏度試驗，達到要求后結束洗井工作。

靈敏度試驗方法為：向監測井內注入1 m井管容積的水量，當水位恢復時間超過10 min時，應進行洗井。

（3）應急管理

當出現地下水環境污染事故或水質監測結果異常時，及時上報企業，開展應急抽水工作、地下水應急監測，制定應急抽水方案和進行專業技術指導。在應急狀況下，應急監測水質取樣及分析工作應優先于正常水質監測取樣及分析工作，但正常水質監測取樣及分析工作應照常開展。

6 結論

采用ArcGIS地理信息平臺軟件，開發地下水監測井地理信息應用系統，實現廠區地下水監測井及地物、裝置、設備、安全環保相關的設備設施的信息等要素的管理、存儲、處理、顯示、分析，系統具有圖形數據與屬性數據一體化管理優勢和分層組織、專題顯示的特點，具有方便、快捷的系統編輯、信息查詢功和信息統計功能。通過企業地下水監測井及相關地物地理信息數據采集，建設企業地下水監測專題地理空間數據庫，為地下水監測井管理提供服務，要定期進行數據更新，及時增加新建監測井數據，為企業相關部門提供準確的地下水監測井信息，對地下水監測井日常巡檢管理、年度洗井及清淤、應急管理等方面具有積極意義。