試析地下水環(huán)境監(jiān)測方法

黃重陽，湯維敏，徐涵楚

（1.宜都市環(huán)境監(jiān)測站，湖北 宜昌 443300；2.五峰土家族自治縣環(huán)境監(jiān)測站，湖北 宜昌 443400）

引 言

地下水環(huán)境作為地下水生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，對整個生態(tài)環(huán)境具有很大的影響，需要相關(guān)人員加強對其的重視與研究。地下水環(huán)境監(jiān)測作為針對地下水環(huán)境的調(diào)查技術(shù)，其能夠通過各種專業(yè)設(shè)備對地下水環(huán)境進行監(jiān)測，從而實現(xiàn)對地下環(huán)境的調(diào)查。然而在實際監(jiān)測過程中，由于地下水環(huán)境本身較為復(fù)雜，監(jiān)測條件受限，相關(guān)人員在對地下水環(huán)境進行監(jiān)測時存在較大難度，進而影響監(jiān)測結(jié)果的精準度。此背景下，監(jiān)測人員需要加強對地下水環(huán)境監(jiān)測的重視，并且分析地下環(huán)境的特點以及監(jiān)測難點，并在此基礎(chǔ)上針對性地制定監(jiān)測方案。本文從地下水環(huán)境監(jiān)測入手，通過監(jiān)測內(nèi)容分析其難點，從而針對性地制定解決策略。

1 地下水環(huán)境監(jiān)測概述

1.1 地下水環(huán)境的概念

地下水環(huán)境是指地表以下的水體所處的環(huán)境。地下水是大氣降水通過滲透、入滲等過程進入地下形成的水體，它存在于巖石或土壤的毛細管隙中。地下水環(huán)境是一個復(fù)雜而重要的生態(tài)系統(tǒng)，對于人類和自然界的可持續(xù)發(fā)展具有重要影響。因為地下水環(huán)境對人類和自然生態(tài)系統(tǒng)的重要性，保護地下水資源和預(yù)防地下水污染成為當前環(huán)境保護的重要任務(wù)之一。這需要加強監(jiān)測與管理，控制污染源的排放，提高水文地質(zhì)調(diào)查與評估能力，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)，加強公眾環(huán)境意識，從源頭上減少地下水污染風(fēng)險，確保地下水環(huán)境的健康和可持續(xù)發(fā)展。

1.2 地下水環(huán)境的特點

一是隱藏性。地下水位于地下深處，在地表上并不顯露，因此具有一定的隱藏性。這使得對地下水的監(jiān)測和評估相對困難，需要借助地下水井、鉆探等技術(shù)手段進行研究；二是水文地質(zhì)復(fù)雜性。地下水環(huán)境受到地質(zhì)構(gòu)造、巖石類型和地下水層結(jié)構(gòu)的影響，形成了復(fù)雜的水文地質(zhì)條件。地下水的分布、補給和流動具有一定的復(fù)雜性，需要進行綜合地質(zhì)調(diào)查和水文地質(zhì)分析；三是緩沖性和穩(wěn)定性。地下水具有一定的緩沖作用，可以調(diào)節(jié)降水和干旱期的地表徑流和水文循環(huán)。同時，地下水相對穩(wěn)定，不會受到氣候變化和季節(jié)波動的直接影響，能夠保持較為恒定的水量供應(yīng)；四是水質(zhì)優(yōu)良性。通常情況下，地下水的水質(zhì)相對較好，因為地下層中的土壤和巖石能夠過濾和吸附一些污染物質(zhì)。相比之下，地下水比地表水更加清潔，適合作為飲用水和其他生活用水的供應(yīng)來源；此外，地下水還具有脆弱性，易受污染。盡管地下水相對穩(wěn)定和優(yōu)良，但它也具有一定的脆弱性。由于地下水的流動速度相對較慢，如果受到污染源的影響，清理和恢復(fù)地下水環(huán)境將變得十分困難[1]。因此，對地下水環(huán)境的保護是非常重要的。所以從實際來看，地下水環(huán)境是一個復(fù)雜而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，需要加強保護和管理，避免人類活動對其造成污染和破壞。只有保護地下水資源，才能保障人類的飲用水安全，維護生態(tài)平衡和可持續(xù)展。

2 地下水環(huán)境監(jiān)測的必要性以及難點

2.1 地下水環(huán)境監(jiān)測的必要性

地下水環(huán)境監(jiān)測具有重要的功能。通過監(jiān)測能夠?qū)Φ叵滤h(huán)境進行深入分析，并進一步加強對地下水環(huán)境的保護和管理。一是確保飲用水安全。地下水是許多地區(qū)的重要飲用水源，通過對地下水進行定期監(jiān)測，可以及早發(fā)現(xiàn)和評估潛在的污染源，確保飲用水的安全性，保護公眾健康；二是提供環(huán)境保護依據(jù)。地下水環(huán)境監(jiān)測可以提供科學(xué)數(shù)據(jù)和信息，為制定和實施環(huán)境保護政策和措施提供基礎(chǔ)依據(jù)。對地下水質(zhì)量和水量進行監(jiān)測分析，可以及時發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題，減少環(huán)境風(fēng)險；三是監(jiān)測地下水資源狀況。地下水資源是寶貴的自然資源，對于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。通過監(jiān)測地下水位、水質(zhì)和水量變化等指標，可以了解地下水資源的狀況和利用情況，為有效管理和合理利用地下水資源提供依據(jù)。通過對地下水環(huán)境的有效監(jiān)測，可以實現(xiàn)對地下水環(huán)境的全面了解和有效管理，保障人類和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 地下水環(huán)境監(jiān)測的難點

由于地下水環(huán)境的復(fù)雜性，對其的監(jiān)測也就存在一些難點，需要相關(guān)人員加強對其的重視。一是隱藏性和不可見性。地下水位于地下深處，無法直接觀測到，其變化和污染情況往往不可見。監(jiān)測設(shè)備需要通過井筒或其他方式進入地下水層進行監(jiān)測，增加了監(jiān)測的難度和復(fù)雜性；二是采樣困難。地下水的采樣相對表層水體更為困難。采樣點位于較深位置，采樣過程中可能受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水力梯度、水井結(jié)構(gòu)等因素的影響，導(dǎo)致采集到的樣品可能缺乏代表性，現(xiàn)階段地下水采樣還需進行洗井，進一步增加了采樣難度和不確定性。同時，采樣過程還需要注意避免人為污染和樣品交叉污染；三是數(shù)據(jù)解讀和評估難度大。地下水環(huán)境監(jiān)測涉及大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括地下水位、水質(zhì)和水量等多項指標，對這些數(shù)據(jù)進行準確解讀、分析和評估，需要綜合運用地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科知識，具有一定的專業(yè)性和難度；四是監(jiān)測成本高昂。地下水環(huán)境監(jiān)測需要投入大量的預(yù)算和人力資源。建立和維護監(jiān)測井網(wǎng)、采集樣品、進行實驗室分析和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)都需要相應(yīng)的經(jīng)費和技術(shù)支持。特別是如果監(jiān)測范圍廣泛、監(jiān)測頻率高，監(jiān)測成本會進一步增加，對監(jiān)測單位和管理機構(gòu)提出了較高要求。

3 地下水環(huán)境監(jiān)測方法

3.1 水位監(jiān)測技術(shù)

地下水環(huán)境的水位監(jiān)測技術(shù)能夠測量和記錄地下水位的變化情況，用以了解地下水系統(tǒng)的水文動態(tài)和變化趨勢，該環(huán)節(jié)需要運用以下技術(shù)開展作業(yè)：一是水位計，水位計是一種常用的地下水位監(jiān)測儀器，通過測量水壓的變化來間接確定地下水位的高度。它通常由一個封閉的管道和一個測量裝置組成，可以將地下水位轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的水壓讀數(shù)；二是壓力傳感器，壓力傳感器是一種使用壓力傳感器元件來測量地下水位的設(shè)備。它可以直接測量地下水的壓力變化，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的水位讀數(shù)。壓力傳感器一般采用應(yīng)變片、電容或壓阻等傳感元件，配合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)記錄和分析；此外還有潛水腦蓋，潛水腦蓋是一種安裝在井孔內(nèi)部，以測量井孔水位的設(shè)備。它包括一個浮子或浸泡式傳感器，可以直接測量井底或井眼處的地下水位。潛水腦蓋通常與數(shù)據(jù)記錄儀或自動檢測系統(tǒng)配合使用，以實現(xiàn)長期、連續(xù)的水位監(jiān)測。這些地下水位監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)具體需要靈活選擇和組合使用。例如，對于需要實時監(jiān)測和遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，可以采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；對于長期穩(wěn)定的水位監(jiān)測，可以選擇潛水腦蓋或機械式水位計。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)

地下水環(huán)境的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)用于評估地下水中各種物質(zhì)的濃度和組成，以確定地下水的水質(zhì)狀況和污染程度，常見的地下水水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)主要有以下幾種：一是現(xiàn)場測試儀器?，F(xiàn)場測試儀器是一種便攜式的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，可以直接在野外或?qū)嵉剡M行水質(zhì)參數(shù)的快速測試。這些儀器通常具有多參數(shù)測量功能，如pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、溫度、氨氮和硝酸鹽等，可以提供即時的水質(zhì)檢測結(jié)果；二是實驗室分析方法。實驗室分析方法通過采集地下水樣品并運回實驗室進行分析，可以得到更詳細和準確的水質(zhì)數(shù)據(jù)。常用的實驗室分析方法包括色譜法、質(zhì)譜法、光譜法（如紫外－可見光譜和熒光光譜）、原子吸收光譜和離子選擇電極等。這些方法可以測定不同物質(zhì)的濃度，包括有機物、無機鹽類和重金屬等；三是微生物監(jiān)測技術(shù)。微生物監(jiān)測技術(shù)用于評估地下水中微生物數(shù)量和種類的變化，以判斷水體是否受到微生物污染。常見的微生物監(jiān)測方法包括培養(yǎng)法、分子生物學(xué)技術(shù)（如聚合酶鏈式反應(yīng)PCR和測序技術(shù)）和生物傳感器等；此外還有飲用水指標分析，飲用水指標分析是根據(jù)國家和地區(qū)相關(guān)的飲用水標準，對地下水樣品進行一系列指標的測試，以評估地下水是否符合飲用水標準要求[2]。常見的飲用水指標包括總大腸菌群、總氮、總磷、揮發(fā)性有機物、重金屬等。選擇適合的地下水水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)需要考慮監(jiān)測目的、監(jiān)測頻率、監(jiān)測區(qū)域和預(yù)算等因素。結(jié)合多種水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)可以獲得更全面、準確的地下水水質(zhì)信息，為地下水資源的管理和保護提供有效依據(jù)。

3.3 遙感監(jiān)測技術(shù)

地下水環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)是利用遙感衛(wèi)星、航空影像和地面遙感儀器獲取地下水環(huán)境信息的方法，該技術(shù)較為先進，需要相關(guān)人員進行深入分析。一是熱紅外遙感。熱紅外遙感技術(shù)可以檢測地下水對地表溫度的影響。地下水具有一定的溫度穩(wěn)定性，通過測量地表溫度的變化可以推測地下水流動的位置和路徑。熱紅外遙感圖像可以提供地下水濕潤區(qū)域的空間分布和變化情況；二是雷達遙感。雷達遙感技術(shù)可以穿透地表，獲取地下水含水層的信息。通過測量雷達波在地下的反射和散射特性，可以估計地下水埋深、含水層的厚度和地下水位的高程等參數(shù)。這些信息對于地下水資源管理和水文模型建立非常重要；三是遙感熱像儀。遙感熱像儀可以測量地表和地下水的熱輻射，通過分析地表和地下水的熱紅外輻射特征，可以得到地下水的溫度分布、地下水流動的方向和速度等信息。這種技術(shù)對于地下水補給區(qū)域和污染區(qū)域的定位和監(jiān)測很有幫助；此外還有激光雷達技術(shù)，激光雷達通過發(fā)射激光脈沖并測量其返回的時間和強度，可以得到地下地貌的三維信息，包括地下水埋深、地下水位高程以及地下水與地表之間的界面[3]。

3.4 地球物理勘探技術(shù)

地下水環(huán)境地球物理勘探監(jiān)測技術(shù)是利用地球物理儀器和方法獲取地下水環(huán)境信息的一種方法，涉及面較廣。一是電阻率法，電阻率法通過測量地下材料對電流的阻抗來推測地下水區(qū)域的分布情況。地下水通常具有較高的電導(dǎo)率，相對于周圍的巖石和土壤，電阻率較低。通過測量地下電阻率的變化，可以得到地下水的分布、深度和流動方向等信息；二是自然場磁法，自然場磁法是通過測量地球自然磁場的變化來推測地下水體的存在和賦存狀態(tài)。地下水和地下巖石具有不同的磁導(dǎo)率特性，這些特性可以在地面上觀測到。通過對地下磁場的測量和分析，可以間接推測地下水的分布和流動情況；此外還有聲波法，聲波法主要利用聲波在地下介質(zhì)中的傳播特性來推測地下水體的存在和分布情況。地下水通常具有較高的聲波傳播速度和較低的衰減特性，通過測量聲波在地下介質(zhì)中的傳播時間和強度的變化，可以推測地下水的分布和儲存情況。在數(shù)據(jù)采集和解釋過程中，需要結(jié)合其他輔助數(shù)據(jù)和實地觀察進行綜合分析，以確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性和準確性。

3.5 生物監(jiān)測技術(shù)

地下水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)是利用生物指標來評估地下水環(huán)境質(zhì)量和生物多樣性的一種方法。通過對地下水中生物群落的組成、結(jié)構(gòu)和功能進行分析，可以獲取地下水環(huán)境的健康狀況和污染程度相關(guān)信息。首先需要進行水生生物樣品采集與分析，通過對地下水中水生生物樣本（如浮游生物、底棲生物）進行分類、計數(shù)和鑒定，可以確定地下水中生物群落的組成和豐富度。這些信息可以反映地下水環(huán)境的生物多樣性和受到的污染壓力；其次是進行生物多樣性評估，通過對地下水樣本中的生物群落進行多樣性指標分析，如物種豐富度、均勻度、優(yōu)勢度等，可以評估地下水環(huán)境的生物多樣性。生物多樣性的變化可以被視為地下水環(huán)境質(zhì)量的指標之一，較低的生物多樣性可能暗示著環(huán)境受到了污染或破壞。除此之外，還有生物標志物監(jiān)測。某些生物物種對特定環(huán)境條件或污染物具有較強的響應(yīng)能力，可以作為地下水環(huán)境污染的生物標志物[4]。監(jiān)測這些生物標志物的存在和豐度變化，可以評估地下水環(huán)境中特定污染物的存在和影響程度。

4 結(jié)語

綜上所述，地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，能夠為我國實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展提供支持，做好地下水環(huán)境監(jiān)測工作可以有效促進社會的健康發(fā)展。各種專業(yè)技術(shù)的運用，不僅能夠保證地下水環(huán)境監(jiān)測作業(yè)的順利開展，實現(xiàn)對地下水環(huán)境信息的獲取，還能夠進一步對環(huán)境管理、水資源利用提供有力支撐。