基于GIS技術(shù)的煉化企業(yè)地下水監(jiān)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(shù)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(guī)定，化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)以及工業(yè)集聚區(qū)等的運營、管理單位，應(yīng)當(dāng)采取防滲漏等措施，并建設(shè)地下水水質(zhì)監(jiān)測井進行監(jiān)測，防止地下水污染。近年來，各煉化企業(yè)在廠區(qū)及周邊建成的地下水監(jiān)測井，是企業(yè)對屬地區(qū)域內(nèi)地下水進行監(jiān)測的重要設(shè)施。利用監(jiān)測井對地下水污染情況進行監(jiān)測具有操作方便、成本低、及時準(zhǔn)確等優(yōu)勢，還可以用于環(huán)境抽樣檢查環(huán)節(jié)，以此對污染物實現(xiàn)實時監(jiān)控[1]。為了實時掌握地下水水質(zhì)情況，有針對性地開展保護工作，需要對這些監(jiān)測井進行有效的管理、維護。

地理信息系統(tǒng)（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(tǒng)，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(guī)劃、交通、采礦、地學(xué)、農(nóng)林業(yè)等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

蘭州石化公司通過多年的地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用，開發(fā)了廠區(qū)地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，可瀏覽與查詢地下管網(wǎng)、裝置、罐區(qū)、廠房、道路等的空間和屬性信息，實現(xiàn)了管網(wǎng)管理的可視化與動態(tài)管理。地下水監(jiān)測井作為企業(yè)重要的安全環(huán)?；A(chǔ)設(shè)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(tǒng)技術(shù)在管網(wǎng)管理中經(jīng)驗，探索GIS技術(shù)在煉化企業(yè)地下水監(jiān)測井管理的應(yīng)用，對于提升監(jiān)測井管理具有積極意義。

2 煉化企業(yè)地下水監(jiān)測井概述

根據(jù)《石油化工環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》（SH/T 3024—2017）規(guī)定，石化企業(yè)應(yīng)對生產(chǎn)廠區(qū)及周邊的土壤和地下水潛水實施監(jiān)控。在廠區(qū)地下水上、中、下游設(shè)置長期觀測井，并按照規(guī)范要求的檢測頻率對地下水水質(zhì)進行檢測，通過實時掌握地下水水質(zhì)情況，運用水質(zhì)檢測結(jié)果，有針對性地開展廠區(qū)環(huán)境保護，提高生產(chǎn)的安全環(huán)保性[2]。

按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 164—2020）規(guī)定，地下水監(jiān)測井的日常管理與維護應(yīng)滿足以下5個要求：

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

（2）指派專人對監(jiān)測井進行定期巡檢，發(fā)現(xiàn)井及附屬設(shè)施損壞，應(yīng)當(dāng)及時修復(fù)。

（3）每年應(yīng)對監(jiān)測井的井深進行1次測量，當(dāng)井內(nèi)淤積物淤沒濾水管，應(yīng)及時組織清淤。

（4）每2年對監(jiān)測井進行1次透水靈敏度試驗。當(dāng)向井內(nèi)注入灌水段1 m井管容積的水量，水位復(fù)原時間超過15 min時，應(yīng)組織洗井。

（5）當(dāng)井口固定標(biāo)識、孔口保護帽等發(fā)生損壞或移位時，必須及時組織修復(fù)。

蘭州某煉化企業(yè)在國家重點行業(yè)企業(yè)用地土壤污染狀況調(diào)查工作中，企業(yè)生產(chǎn)區(qū)建成了地下水監(jiān)測井共80多口，充分利用這些監(jiān)測井，建立完善的監(jiān)測制度，實現(xiàn)對地下水質(zhì)量和污染情況的監(jiān)測和報告，及時發(fā)現(xiàn)污染傾向，有效預(yù)防地下水突發(fā)事件，防止對地下水環(huán)境造成不利影響，同時為制定、完善突發(fā)事件應(yīng)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(yè)安全環(huán)保管理具有積極意義。

但是由于這些地下水監(jiān)測井分布在煉油、化工廠區(qū)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(jiān)測井會出現(xiàn)井體、標(biāo)牌損壞等現(xiàn)象，給管理和維護帶來困難。

GIS數(shù)據(jù)庫由大量的空間數(shù)據(jù)層及屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成，每個數(shù)據(jù)層都存放著邏輯上統(tǒng)一、類型上一致的空間對象，所有空間對象都有相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。使用GIS可以方便地管理地下水監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)，疊加地下水監(jiān)測井周邊的地物、地下管網(wǎng)等圖層，既能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行管理，也可以對監(jiān)測井的變化進行管理，有利于對地下水監(jiān)測井的實時情況進行動態(tài)更新和科學(xué)管理。建立地下水監(jiān)測井信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地下水監(jiān)測井的可視化管理可有效解決監(jiān)測井的管理和維護問題。

3 煉化企業(yè)地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)功能設(shè)計與建設(shè)

3.1 地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)設(shè)計

選擇地理信息系統(tǒng)平臺軟件，通過對廠區(qū)地下水監(jiān)測井、地物、裝置、設(shè)備、安全環(huán)保相關(guān)的設(shè)備設(shè)施的地理信息數(shù)據(jù)采集，建成企業(yè)地下水監(jiān)測專題地理空間數(shù)據(jù)庫，建設(shè)企業(yè)地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地下水監(jiān)測井的信息查詢、專題圖繪制等，實現(xiàn)地下水監(jiān)測井的可視化，為企業(yè)安全環(huán)保管理提供技術(shù)保障。地理信息系統(tǒng)主要功能如下：

（1）圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化管理。系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)類型如GML、DWG/DXF、MapInfo MID/MIF和TAB文件。支持在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)表中存儲和管理地理信息，具備防止數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)訪問效率高等功能[3]。

（2）分層組織、專題顯示。按照建筑物、監(jiān)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(tǒng)編輯功能?？梢詫D形、數(shù)據(jù)庫內(nèi)容按需求做增加、修改、刪除等編輯工作，使系統(tǒng)動態(tài)維護易于實現(xiàn)。例如實現(xiàn)建筑物、各類井的添加、修改及刪除。

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

（5）信息統(tǒng)計。系統(tǒng)通過GIS空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將地圖、各類資源統(tǒng)一管理，根據(jù)各種查詢結(jié)果，實現(xiàn)地下水樣品檢測數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)地統(tǒng)計和分析功能。

3.2 地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)，首先要進行井、相關(guān)地物等的空間信息采集，然后通過數(shù)據(jù)處理將這些成果集成在地理信息系統(tǒng)軟件中，并將收集的屬性信息輸入系統(tǒng)中。

地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)建設(shè)步驟：

（1）現(xiàn)場調(diào)研，需求分析和方案制定

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

（2）數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集包括空間和屬性數(shù)據(jù)采集，主要包括實物的空間位置（圖形）及其有關(guān)屬性的采集，作為地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)采集需要對井及相關(guān)地物進行定位、測量，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠?？臻g位置測量使用儀器主要有全站儀、GPS等。屬性數(shù)據(jù)由建設(shè)過程的基礎(chǔ)資料獲取，通過查閱圖紙、現(xiàn)場搜集完成，由相關(guān)部門配合，進行完整規(guī)范的記錄，錄入屬性數(shù)據(jù)庫中。

（3）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是將現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成GIS軟件可讀寫的格式類型。數(shù)據(jù)處理主要包括圖形處理和屬性處理兩部分?？臻g數(shù)據(jù)處理主要對原始數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換與處理，如投影變換，不同數(shù)據(jù)格式之間的相互轉(zhuǎn)換，以及數(shù)據(jù)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(shè)置，如果該圖形是新增類型的屬性，需要先設(shè)置屬性字段內(nèi)容，如果屬于已有屬性類型，只需要完成屬性的內(nèi)容填充。內(nèi)容填充包括2個方面：一是取該實物的空間參數(shù)值，例如該實物的坐標(biāo)、長度、面積等信息的數(shù)值等；二是取其基本參數(shù)值，例如井深、水位高度、建設(shè)時間、管理部門等。

（4）系統(tǒng)開發(fā)與數(shù)據(jù)集成

地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)開發(fā)選擇ArcGIS地理信息平臺軟件，集成數(shù)據(jù)庫技術(shù)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，采取功能控制流和數(shù)據(jù)流交叉組織的方式，實現(xiàn)GIS瀏覽、管理、分析等功能。

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層3層架構(gòu)完成。數(shù)據(jù)層由地面實物、監(jiān)測井、地下管線等二維、三維數(shù)據(jù)構(gòu)成，采用分布式的存儲與管理模式。服務(wù)層面向客戶提供基本的地圖操作，如瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、屬性查詢、數(shù)據(jù)的增、刪、改等基本功能以及緩沖分析等空間分析功能。應(yīng)用層針對數(shù)據(jù)中心管理端，采用C/S方式建設(shè)；結(jié)合地下井?dāng)?shù)據(jù)的特點，開發(fā)系統(tǒng)各功能模塊，集成廠區(qū)數(shù)據(jù)，完成地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。

地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)，可以為企業(yè)相關(guān)部門提供地下水監(jiān)測井信息查詢及相關(guān)技術(shù)支持。包括地下水監(jiān)測井分布查詢、統(tǒng)計、分析和相關(guān)的出圖服務(wù)。

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

4 地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)維護與服務(wù)

地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的實時更新，對地下水監(jiān)測井信息的動態(tài)維護非常重要。

（1）定期數(shù)據(jù)更新。為了保持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，系統(tǒng)維護人員需要定期對監(jiān)測井進行巡檢，進行地下水監(jiān)測井地理信息系統(tǒng)維護，根據(jù)監(jiān)測井和抽水井巡檢情況，對地下水監(jiān)測井進行數(shù)據(jù)采集和處理，每周進行一次數(shù)據(jù)維護，更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（2）新建監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)更新。對新建設(shè)的地下水監(jiān)測井，從建設(shè)開始到結(jié)束進行跟蹤，等監(jiān)測井建設(shè)完成后，對新建的地下水監(jiān)測井及周邊實物完成數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，完成系統(tǒng)中相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的實物數(shù)據(jù)和監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)更新。

5 基于GIS技術(shù)的地下水監(jiān)測井日常管理與維護

（1）地下水監(jiān)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(dǎo)率、氧化還原電位、嗅和味、渾濁度、肉眼可見物等現(xiàn)場監(jiān)測（采用手持監(jiān)測設(shè)備）。另外，對所有監(jiān)測井和抽水井進行日常巡檢，主要包括井臺、井蓋、標(biāo)牌等進行巡檢，若日常巡檢中發(fā)現(xiàn)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(jiān)測井地理信息系統(tǒng)。巡檢周期為每周1次，可根據(jù)實際情況調(diào)整。若巡檢常規(guī)指標(biāo)出現(xiàn)異常，則根據(jù)情況加大特征污染物監(jiān)測頻次。

（2）年度洗井及清淤工作

按照要求每2年對監(jiān)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(fù)交替洗井，洗井后進行透水靈敏度試驗，達到要求后結(jié)束洗井工作。

靈敏度試驗方法為：向監(jiān)測井內(nèi)注入1 m井管容積的水量，當(dāng)水位恢復(fù)時間超過10 min時，應(yīng)進行洗井。

（3）應(yīng)急管理

當(dāng)出現(xiàn)地下水環(huán)境污染事故或水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果異常時，及時上報企業(yè)，開展應(yīng)急抽水工作、地下水應(yīng)急監(jiān)測，制定應(yīng)急抽水方案和進行專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)。在應(yīng)急狀況下，應(yīng)急監(jiān)測水質(zhì)取樣及分析工作應(yīng)優(yōu)先于正常水質(zhì)監(jiān)測取樣及分析工作，但正常水質(zhì)監(jiān)測取樣及分析工作應(yīng)照常開展。

6 結(jié)論

采用ArcGIS地理信息平臺軟件，開發(fā)地下水監(jiān)測井地理信息應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)廠區(qū)地下水監(jiān)測井及地物、裝置、設(shè)備、安全環(huán)保相關(guān)的設(shè)備設(shè)施的信息等要素的管理、存儲、處理、顯示、分析，系統(tǒng)具有圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化管理優(yōu)勢和分層組織、專題顯示的特點，具有方便、快捷的系統(tǒng)編輯、信息查詢功和信息統(tǒng)計功能。通過企業(yè)地下水監(jiān)測井及相關(guān)地物地理信息數(shù)據(jù)采集，建設(shè)企業(yè)地下水監(jiān)測專題地理空間數(shù)據(jù)庫，為地下水監(jiān)測井管理提供服務(wù)，要定期進行數(shù)據(jù)更新，及時增加新建監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)，為企業(yè)相關(guān)部門提供準(zhǔn)確的地下水監(jiān)測井信息，對地下水監(jiān)測井日常巡檢管理、年度洗井及清淤、應(yīng)急管理等方面具有積極意義。