如何建立地下水监测网

文摘   科技   2024-05-31 09:00   北京  


建立地下水监测网通常通过采用现有井开始,然后逐步增加专门安装的监测井和去除被证明不可靠的井。监测网优化的文献概念可能是一个虚幻的目标,永远无法达到,因为它是不断变化的。



监测网审查



在实践中,审查的目的是修改、合理化和/或扩展监测网。监测网审查是迭代的和多方面的(图1)。有效审查的出发点是(a)与利益相关者协商,(b)健全的概念模型,以及(c)监测站/点和监测网层面的明确目标。利益相关方帮助定义目标并共享数据、知识和关注点。盆地或含水层被划分为地下水体或地下水管理单元,它们在地下水流量、质量和压力方面实际上是均匀的。这些水体应被利益相关者视为共同管理的区域,通常与地表水一致。当有多个含水层时,每个含水层都可能被定义为一个单独的单元,具有专门定制的监测和管理目标。


图1. 监测网审查


在完善地下水体和地下水管理单元的同时,审查应系统地验证监测站/点。第一步是收集每个机构的监测网数据库,验证坐标,并检查井的建造是否适合每口井的既定目的。接下来,对采样和测试程序进行验证,以确保它们能够提供具有代表性的水样和测量。监测站/点验证的第三部分是检查实际监测记录的完整性和可信度。


审查的最后阶段是审查每一地下水管理单元的一套行之有效的监测站/点和监测记录,以决定它们是否足以确定地下水水质的状况和趋势,并特别考虑到利益相关者所关注的问题。


审查完成后,必须将结果和建议有效地传达给监测网管理者、机构利益相关者和民间社会的相关成员,以解释(a)地下水质量的现状和趋势,(b)未知的内容及其后果,以及(c)需要做些什么来填补这些空白。



在监测网中包括抽水井 



专用监测井和公共供水井都应包括在监测总网中。然而,应该理解的是,它们代表着不同的东西。这些信息是互补的,综合监测可以分担成本,促进公用事业、水资源机构和监管机构之间的对话。抽水井本身就很重要,它们具有抽取大量含水层的优点,但缺点是将不同层的水混合在一起。例如,在大型市政井中检测到工业污染物的痕迹可能很容易在常规监测井中被遗漏,并且应该迅速触发详细的调查,以定位和关闭源头。相反的情况也可能是有益的,如图2所示,浅层监测井提供了硝酸盐浓度危险上升的预警。


图2. 监测供水井与水压计的比较



监测井间距 



在考虑井间距时,应该区分(a)用于跟踪人为污染事件的定制本地监测网的设计和常规资源监测网的设计,以及(b)井筛管的垂直间距和井的水平间距。


后者是这里的主要关注点,需要相当的判断。理论上,这种横向间距可以通过水力扩散率或污染物迁移时间等参数来计算,可作为有用的经验规则指导,但通常其他因素将占主导地位。最重要的是,现有监测井的分布、地质情况以及饮用水抽取和其他敏感受体的位置。还有因素可能包括靠近地表水监测站/点等特征,以及后勤考虑。所有这些因素都将通过风险和概念水文地质模型的视角加以细化。


虽然直接计算监测井距很少可行,但根据当地的知识和实践,为所有地下水管理单元指定最大间距或最小空间密度可能是谨慎的。水质资源监测的间距要求与水位监测的间距要求不同。后者对比水流传播速度快得多的压力信号做出反应。虽然有可能安装一个反映整个水体事件的水位网,但这对地下水质量来说是不太可能的。相反,有必要确保监测井位于有代表性的地点,这需要专家的判断,最好是与利益相关者进行协商。把监测站/点设在地下水流集中的地方是可取的,如沿着掩埋通道的中心线或它的汇合处,如泉水,因此携带一种来自大面积含水层的化学信号。一般来说,使用源头–路径–受体框架将指导具有成本效益和基于风险的监测点位置。


▲ 州级地下水监测网井


地质和水文地质一直是确定监测井间距的关键。例如,在具有高导水率的大型冲积层或砂岩含水层中的井可能比在其他含水层类型中的井代表更大的含水层体积。喀斯特石灰岩特别复杂,因为水流沿着一个主要的裂隙系统极端集中,必须寻求专家的建议。风化结晶基底中的含水层,以及像印度德干圈闭这样的巨大玄武岩,会带来实际问题,因为它们的横向连续性有限,而且受每个小集水区的地貌历史控制。区域地图很容易被误解为暗示一个广泛的含水层,而实际上,它由许多小的含水层组成,几乎没有相互作用。如果资金允许,每个微含水层需要单独的监测井;否则,监测正在运行的井或泉水可能是适当的妥协。最后,在判断空间覆盖是否足够时,应始终考虑断层的存在,断层可能作为水流的屏障或管道。



监测网的非常规组件 



地下水网的传统观点是水井和泉水的集合,在那里测量水位、流量和水质。然而,技术革新日益扩大监测范围的趋势包括以下方面:

  • 土壤气采样,测量从地下水位上升的挥发性或可燃气体。

  • 地球物理技术,如地表电阻率测量,特别是井下方法,如电磁测井,对监测盐度很有用。后者能够通过聚氯乙烯水压计的管壁进行测量。航空电磁测量可以潜在地用于盐度测绘。

  • 卫星遥感,这有利于监测地下水资源的定量方面,例如,用于测量区域抽水变化的“重力恢复和气候环境卫星”或用于测量地面沉降的“干涉合成孔径雷达”。然而,目前还没有直接测量地下水质量的卫星方法。


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