巖溶地區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)難點(diǎn)及解決思路

江 川，肖德安

貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，貴州貴陽550081

地下水監(jiān)測(cè)是獲取地下水信息的重要途徑，在地下水資源管理和環(huán)境保護(hù)工作中至關(guān)重要，是一項(xiàng)必不可少的基礎(chǔ)性工作。中國的地下水監(jiān)測(cè)工作主要由國土部門和水利部門負(fù)責(zé)開展，更多的是出于地下水資源管理和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的目的監(jiān)測(cè)地下水水位和水量，對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)較少。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、人口數(shù)量的增長，地下水污染問題逐漸突出。尤其在巖溶地區(qū)，由于巖溶地貌較為發(fā)育，巖溶地下水與地表聯(lián)系緊密，極易受地表污染物的污染［1-2］，面臨巖溶洼地變成“垃圾坑”，巖溶管道變成“排污通道”的威脅［3］。因此，水質(zhì)監(jiān)測(cè)在巖溶地下水監(jiān)測(cè)中顯得更為迫切和重要。然而，針對(duì)特殊的含水層性質(zhì)、復(fù)雜的水文地質(zhì)條件、極不均勻的地下水分布等特征，巖溶地區(qū)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作要求更高，難度更大。如何在巖溶地區(qū)布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如何建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，如何確保樣品代表性，都是巖溶地區(qū)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作面臨的實(shí)際困難，而且鮮有針對(duì)性的研究資料供參考?；诖?，綜合考慮巖溶地區(qū)地下水的特征，結(jié)合巖溶地下水監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前巖溶地下水監(jiān)測(cè)工作中存在的問題，提出了科學(xué)的建議，以期為巖溶地區(qū)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)參考。

1 巖溶地下水特征

1.1 含水層特征

碳酸鹽巖在中國廣泛分布，主要以云南、貴州、廣西為主體，包括川南、渝、鄂西、湘西、桂西、粵北、滇東地區(qū)，總面積約54萬平方千米，其分布區(qū)主要賦存碳酸鹽巖類巖溶地下水，含水介質(zhì)為溶蝕裂隙、溶蝕管道、溶孔溶洞等。根據(jù)巖性、含水介質(zhì)及地下水動(dòng)力條件，可將碳酸鹽巖巖溶水劃分為碎屑巖及碳酸鹽巖巖溶-裂隙水、碳酸鹽巖及碎屑巖類裂隙-巖溶水、以白云巖為主的溶洞-裂隙水、以石灰?guī)r為主的裂隙-溶洞水4個(gè)亞類［4］。該含水巖組巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶洼地、落水洞、漏斗、天窗、豎井、地下河、溶洞等巖溶個(gè)體形態(tài)齊全。該類含水巖組富水性總體較強(qiáng)，但是含水極不均勻。相對(duì)于均一的含水層，巖溶含水層的本質(zhì)脆弱性和含水不均勻性使巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作比普通地下水區(qū)域的監(jiān)測(cè)復(fù)雜得多。

1.2 地下水分布特征

巖溶地下水最明顯的特征是分布極不均勻，表現(xiàn)為富水性的差異性和水力聯(lián)系的各向異性。在巖溶地區(qū)，由于受構(gòu)造和溶蝕雙重作用的影響，裂隙、管道等縱橫多層位分布，導(dǎo)致含水介質(zhì)具有非均質(zhì)性和滲透各向異性，形成地下水空間分布的極不均勻性［5］。因此，巖溶地下水并不是均勻地遍及整個(gè)可溶巖的分布范圍內(nèi)，而是賦存于可溶巖的溶蝕裂隙和溶洞中。往往同一巖溶含水層同一標(biāo)高范圍內(nèi)，或者同一地段相距不遠(yuǎn)的范圍內(nèi)，富水性可相差數(shù)十倍至數(shù)百倍。江成鑫等的建井案例也證實(shí)了在同一水文地質(zhì)單元內(nèi)巖溶地下水在水平和垂直方向上的富水性及水力聯(lián)系具有明顯差異［6］。巖溶地下水分布的不確定性，加大了巖溶地下水監(jiān)測(cè)工作的難度。

1.3 地下水易受污性

巖溶水文系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)育于可溶巖含水層中的獨(dú)特水文系統(tǒng)，它與別的水文系統(tǒng)相比具有高度的敏感性和脆弱性［4］。它的敏感性和脆弱性主要是由巖溶系統(tǒng)的獨(dú)特性造成的，與巖溶作用的動(dòng)力——水文學(xué)特征變化有關(guān)［1，5］。在巖溶作用下，豎井、落水洞、巖溶漏斗、巖溶管道、地下暗河等強(qiáng)烈發(fā)育，形成巖溶地區(qū)特有的地表、地下雙層結(jié)構(gòu)［7］;特殊的結(jié)構(gòu)使得巖溶地區(qū)降水入滲系數(shù)高、留存難、漏失快，形成巖溶地區(qū)水土分離格局［8-9］，使巖溶水文系統(tǒng)中降水、地表水、土壤水與地下水之間轉(zhuǎn)化快速，溝谷交錯(cuò)，明流暗河交替，地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化補(bǔ)給，水文情勢(shì)相對(duì)復(fù)雜。因此，巖溶地區(qū)地下水與地表水聯(lián)系密切，地下水環(huán)境受地表水的影響較大，污染物常以地表水作為載體，通過巖溶通道快速遷移污染地下水。穩(wěn)定同位素示蹤研究的結(jié)果證實(shí)了巖溶地下水對(duì)地表水的響應(yīng)明顯，地下水與地表水之間的交換活躍，地下水極易受地表污染物的污染［2］。正是巖溶地下水易受污染的特性，突顯出地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的必要性和重要性。只有實(shí)時(shí)掌握地下水環(huán)境信息，才能科學(xué)有效推進(jìn)地下水環(huán)境保護(hù)工作。

2 地下水監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

2.1 國外地下水監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

國外地下水監(jiān)測(cè)的歷史較為悠久，早在19世紀(jì)中葉，英格蘭與威爾士就建立了第一個(gè)地下水水位監(jiān)測(cè)網(wǎng);歐美多數(shù)國家地下水水位監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)初，美國20世紀(jì)60年代末建立國家地下水水位監(jiān)測(cè)網(wǎng)，歐盟20世紀(jì)80年代建立國家地下水水位監(jiān)測(cè)網(wǎng)，主要目的是為地下水資源管理及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。然而，地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作相對(duì)滯后，歐盟多數(shù)國家從20世紀(jì)70～80年代開始，美國從20世紀(jì)90年代初開始執(zhí)行國家水質(zhì)評(píng)價(jià)計(jì)劃，監(jiān)測(cè)地下水水質(zhì)狀況和水質(zhì)變化趨勢(shì)［10］。日本地下水監(jiān)測(cè)始于1989年，并被列入日本水環(huán)境行政的基本構(gòu)成內(nèi)容之一，有明確的法律規(guī)定，主要有概況調(diào)查監(jiān)測(cè)、污染源調(diào)查監(jiān)測(cè)和跟蹤調(diào)查監(jiān)測(cè)3種形式;其目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染狀況，掌握水環(huán)境變化趨勢(shì)，制定相關(guān)的保護(hù)對(duì)策，以保護(hù)居民健康和維護(hù)地下水質(zhì)量［11］。

2.2 國內(nèi)地下水監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

中國自20世紀(jì)50年代開始監(jiān)測(cè)地下水，經(jīng)歷了20世紀(jì)50～60年代的全面起步，20世紀(jì)70～80年代的快速發(fā)展，20世紀(jì)90年代的總結(jié)探索和21世紀(jì)初的穩(wěn)步提高等4個(gè)主要發(fā)展階段［12］，初步建成地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，涵蓋水位、水溫、水量、水質(zhì)等要素。但是，當(dāng)前大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分屬于水利部門和國土部門(原地礦部門)，其中水利部門建立以水資源管理為主的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)24 515個(gè)［13］;截至2011年底，國土部門建立以地質(zhì)環(huán)境保護(hù)為主的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)16 464個(gè)［14］，監(jiān)控面積約110萬平方千米;這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)集中分布在北方平原區(qū)。2011年10月10日國務(wù)院批復(fù)《全國地下水污染防治規(guī)劃(2011—2020年)》，由環(huán)保部門牽頭開展全國地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估工作，重點(diǎn)建設(shè)以地下水質(zhì)量為主的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)［15］;同年11月17日，《國家地下水監(jiān)測(cè)工程可行性研究報(bào)告》通過專家評(píng)審，水利部和國土資源部聯(lián)合啟動(dòng)國家地下水監(jiān)測(cè)工程，將新建或修復(fù)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位20 135個(gè)，監(jiān)控國土面積達(dá)350萬平方千米，基本實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)的有效監(jiān)控［16］。但是，水利、國土部門聯(lián)合新建的監(jiān)測(cè)網(wǎng)仍以水位、水量等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和周邊地質(zhì)環(huán)境次生災(zāi)害的監(jiān)測(cè)為主，水質(zhì)監(jiān)測(cè)剛剛起步。

2.3 巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

從1965年啟動(dòng)巖溶地下水研究開始，至1975年巖溶水首次作為“國際水文地質(zhì)大會(huì)”的主題，10年間巖溶地下水成為非常重要的研究內(nèi)容，相關(guān)學(xué)者系統(tǒng)研究了巖溶地區(qū)的水文地質(zhì)學(xué)問題［17］，隨之開始了巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作。其目的主要是為了滿足科研的需要，側(cè)重于從水文學(xué)的角度對(duì)典型巖溶場地地下水位動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)研究［9，18］。中國巖溶集中分布的西南 8省(市、區(qū))——西南巖溶山區(qū)，從20世紀(jì)70年代開始地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，至今已初步建立了地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，地下水監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)見表1［19］。

表1 西南巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

相對(duì)于北方平原地區(qū)，西南巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位少、監(jiān)控面積小，且集中分布在城區(qū)。此外，中國建立了廣西桂林丫吉、廣西馬山弄拉、貴州荔波茂蘭、湖南龍山洛塔、重慶金佛山等試驗(yàn)場，主要對(duì)巖溶地下水的pH、電導(dǎo)率、水溫、水位、HCO3－和Ca2+等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)研究巖溶地下水時(shí)間尺度上的變化規(guī)律及對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)關(guān)系［20-25］，但較少關(guān)注巖溶地下水的水質(zhì)變化。

3 問題與困難

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位少，布局不合理

經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，中國的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位建設(shè)已初具規(guī)模，但是監(jiān)測(cè)點(diǎn)位仍較少，監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))密度低，而且點(diǎn)位分布極不平衡［26］。目前總體上呈現(xiàn)北方平原區(qū)多、南方石山區(qū)少的布局;國土部門所屬監(jiān)測(cè)點(diǎn)多集中在城區(qū)，水利部門所屬監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要在農(nóng)灌區(qū);重區(qū)域尺度的監(jiān)測(cè)，輕場地尺度的監(jiān)測(cè);水位、水量監(jiān)測(cè)井多，水質(zhì)監(jiān)測(cè)井少。因此，現(xiàn)有的地下水監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))分布不能全面真實(shí)地反映地下水狀況，更不能滿足復(fù)雜的巖溶地下水監(jiān)測(cè)。

3.2 專用監(jiān)測(cè)井少，數(shù)據(jù)代表性差

現(xiàn)有的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位多數(shù)以抽水機(jī)井、農(nóng)用灌溉井、自然泉點(diǎn)為主，專用地下水監(jiān)測(cè)井較少［12，27］。多數(shù)監(jiān)測(cè)井沒有按照規(guī)范設(shè)計(jì)，只能根據(jù)實(shí)際情況人為調(diào)整監(jiān)測(cè)方法，無法獲取合理的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。其次，受人為活動(dòng)的影響大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代表性差。再者，缺乏統(tǒng)一完整的檔案資料，管理和維護(hù)難度大，繼承性較差。

3.3 側(cè)重水位水量監(jiān)測(cè)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)較少

現(xiàn)有的大多數(shù)監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))分屬水利部門和國土部門［16］，其中水利部門以水資源管理為目的，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)水量;國土部門以地質(zhì)環(huán)境保護(hù)為目的，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)水位及由于地下水開采引起的次生地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害。水質(zhì)監(jiān)測(cè)井(點(diǎn))少，并且多數(shù)井(點(diǎn))達(dá)不到水質(zhì)監(jiān)測(cè)井的要求。在巖溶地區(qū)，地下水極易受污染，水質(zhì)監(jiān)測(cè)顯得更為重要。

3.4 缺乏標(biāo)準(zhǔn)制度，監(jiān)測(cè)管理困難

首先，巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)缺乏統(tǒng)一的建井標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)井的設(shè)計(jì)、孔徑、井管、濾管、止水、井臺(tái)、井口保護(hù)裝置和井口標(biāo)識(shí)等差別較大。其次，現(xiàn)有的地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)滯后，不能適應(yīng)巖溶地區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)工作需要。再次，缺乏相應(yīng)的管理制度和機(jī)制，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)井得不到有效的后續(xù)管理和維護(hù)，被占用、損毀、淤堵等現(xiàn)象較多，并可能成為污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)源。第四，缺乏現(xiàn)代化的地下水監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，建井資料、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息難以有效管理，歷史延續(xù)性差。對(duì)此，當(dāng)務(wù)之急是要加強(qiáng)自上而下的環(huán)境監(jiān)測(cè)頂層設(shè)計(jì)，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，建立可行的管理制度和機(jī)制，建立現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作科學(xué)、健康、永續(xù)發(fā)展［27］。

3.5 缺乏共享協(xié)作機(jī)制，部門共推工作困難

地下水監(jiān)測(cè)工作早期由國土部門管理，后期轉(zhuǎn)移至水利部門，現(xiàn)今環(huán)保部門也開始介入，呈現(xiàn)均有職責(zé)、各自為政的局面。一方面，各部門以各自的目的、任務(wù)開展工作，在點(diǎn)位布設(shè)、監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)內(nèi)容上相對(duì)獨(dú)立，相互間溝通協(xié)作較少，實(shí)際協(xié)作配合困難;另一方面，部門保護(hù)主義導(dǎo)致部門間的資源信息共享難，不能實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)充，造成工作重復(fù)和資源浪費(fèi)。

3.6 巖溶條件復(fù)雜，布點(diǎn)建井困難

在巖溶地區(qū)，特殊的含水層性質(zhì)、復(fù)雜的水文地質(zhì)條件、極不均勻的地下水分布等特征，使得地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)要求更高，難度更大;其次，巖溶含水層通常不具有統(tǒng)一的地下水位面，很難做到不同監(jiān)測(cè)井間的監(jiān)測(cè)層位統(tǒng)一［6］。因此，在巖溶地區(qū)建設(shè)具有代表性的監(jiān)測(cè)井，是獲取可靠數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

3.7 監(jiān)測(cè)手段落后，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

目前，地下水監(jiān)測(cè)手段落后，以人工監(jiān)測(cè)為主;采樣設(shè)備落后，仍然采用人工提水、抽水管口接水等方式采樣;采樣過程中對(duì)地下水的擾動(dòng)較大，所獲數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性差。其次，缺乏地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳輸系統(tǒng)，自動(dòng)化程度低，無法實(shí)現(xiàn)地下水水質(zhì)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能適應(yīng)當(dāng)前信息時(shí)代發(fā)展的要求和現(xiàn)代化管理的需求［28］。

4 解決思路與建議

4.1 統(tǒng)一規(guī)劃，共同推進(jìn)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

地下水監(jiān)測(cè)井的建設(shè)涉及環(huán)保、國土和水利部門，應(yīng)整合各部門的需要，統(tǒng)一規(guī)劃，部門聯(lián)動(dòng)，摒除部門間各自為政、服務(wù)自我的局面;科學(xué)布局，平臺(tái)共享，共同推進(jìn)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

4.2 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)建設(shè)地下水監(jiān)測(cè)井

環(huán)保、國土和水利部門應(yīng)加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，共同設(shè)計(jì)研究，統(tǒng)一建井標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，按照標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和修復(fù)地下水監(jiān)測(cè)井，不斷完善監(jiān)測(cè)井洗井維護(hù)和管理機(jī)制，健全監(jiān)測(cè)井檔案資料，切實(shí)保障地下水監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)功能。

4.3 加強(qiáng)部門協(xié)作，有序推進(jìn)地下水監(jiān)測(cè)工作

在頂層設(shè)計(jì)上，強(qiáng)化政府責(zé)任主體意識(shí)，自上而下做好部門協(xié)作。建立聯(lián)合工作機(jī)制，分工明確，密切配合，充分發(fā)揮各部門在地下水保護(hù)中的部門或技術(shù)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)解決工作中存在的問題，共同推進(jìn)地下水監(jiān)測(cè)工作。

4.4 加大投入，全面推進(jìn)巖溶地下水監(jiān)測(cè)

加大經(jīng)費(fèi)投入是推動(dòng)地下水監(jiān)測(cè)工作的優(yōu)先保障。過去，由于國家資金匱乏，對(duì)地下水監(jiān)測(cè)工作實(shí)行差別優(yōu)先推進(jìn)政策，導(dǎo)致西南巖溶地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作滯后，技術(shù)水平落后。因此，國家應(yīng)對(duì)工作滯后、條件復(fù)雜的地方傾斜支持，全面推進(jìn)巖溶地下水監(jiān)測(cè)工作。

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