省级地下水监测网抽查采样设计实例

文摘   科技   2024-06-20 14:00   北京  


2010年,某省/州级地下水监测网的目标被完善确定为:


  • 制定计划,监测未来25年地下水质量的趋势

  • 建立一个由200多口监测井组成的网络(通过水文地质环境)

  • 制定年度和/或季度监测基线

  • 确定区域地下水质量的实际变化

  • 评估土地使用的影响

  • 共享数据,促进伙伴关系


同时,通过评估,还确定以前设计的地下水监测网不适合实现这些目标,并且单个监测网也无法充分实现这些目标。此外,以往的采样点不是随机选择的,这导致了空间聚类和数据偏差。因此,地下水监测网设计要将重点放在通过随机抽样评估环境地下水质量随着广义水文地质环境变化的目标上。


▲ 宝航环境在采集地下水样


随机抽样设计



州地质调查局将该州划分为水文地质环境,以“提供一个概念模型,以帮助解释与地表和地下环境有关的地下水污染的发生、运动和敏感性”。整个州有超过240个独立的水文地质环境,这些环境主要基于冰川活动。科学家们将这些水文地质环境组合为20个广义的水文地质环境,这些环境在整个州都很常见,并且也是作为州化学杀虫剂管理计划办公室的一部分而开发的。图1显示了这些广义的水文地质环境。


图1. 广义水文地质环境


而且,需要一种基于统计的方法,在20个广义水文地质环境中准确代表环境地下水质量的地区选择采样地点。该方法旨在代表州水井记录数据库中所有水井的抽样总体,这些水井有相关的测井(大约146,500口井)。代表抽样总体所需的样本数量可以通过Cochran公式的简化版本Yamane公式来确定:



n为所需样本数,N为抽样总体,e为置信区间(选取95%)。由此可知,所需的样本量为398个样本。


398个采样点是随机选择的,并通过加权程序(也称为分层抽样)根据该环境中定位井的百分比按比例分布在20个集总水文地质环境中。表1显示了采样点在20个广义水文地质环境中的分布情况。广义环境中的加权样本数范围为1到154个样本。在每个广义环境中选择采样点时,还应注意在构成广义环境的各个水文地质环境中分配样本。图2显示了采样点的位置。


表1. 广义水文地质环境下基于统计的样本


在选址过程中,随机节点由ArcGIS抽样设计工具生成,满足监测网要求的井在每个节点的两英里半径内被识别出来。在选择采样点时考虑了井深,以确保采样点在每个设置中都能代表主要含水层单元。图2也显示了2013年采样点随井深的变化情况。


图2. 采样点井深


由于基岩含水层在某些地区是地下水的重要来源,因此监测网的许多取样井都安装在基岩中。


(编译于IDEM的相关报告)

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