廣花盆地地下水動態(tài)自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)

葉 珊

(廣東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,廣東 廣州 510510)

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廣花盆地地下水動態(tài)自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)

葉 珊

(廣東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,廣東 廣州 510510)

地下水監(jiān)測是一項長期性、基礎(chǔ)性、公益性的工作,其動態(tài)監(jiān)測的自動化為實時準確地獲取地下水水文基本信息提供了更先進便捷的技術(shù)保障。該文介紹了廣花盆地地下水監(jiān)測工作的歷史與現(xiàn)狀,以及2013年至2015年監(jiān)測區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測成果；分析比較自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前后的監(jiān)測數(shù)據(jù)量,對廣花盆地的地下水自動監(jiān)測的建設(shè)與管理進行了研究與探討。為今后繼續(xù)推進地下水動態(tài)監(jiān)測的自動化建設(shè)提供了有價值的參考。

廣花盆地；地下水；自動監(jiān)測；現(xiàn)狀

地下水是水資源的重要組成部分,不僅是我國城鄉(xiāng)生活和工農(nóng)業(yè)用水的重要供水水源,而且是維系生態(tài)系統(tǒng)的重要要素,是自然生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境的重要組成部分[1]。地下水監(jiān)測是一項長期性、基礎(chǔ)性、公益性的工作,它作為直接獲得地下水水質(zhì)水量動態(tài)的唯一方法,對于科學(xué)合理配置地下水資源,合理開發(fā)利用、保護地下水,為區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展提供了重要保障。推進科學(xué)先進監(jiān)測手段的應(yīng)用,對于及時獲取有效信息,實時監(jiān)測地下水動態(tài)尤為必要。

地下水的監(jiān)測方式主要采用人工和自動監(jiān)測[2]。發(fā)達國家較早開展地下水水位和水質(zhì)的自動監(jiān)測,特別是地下水水位的自動監(jiān)測比較普及,如美國的水位實時監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測儀器比較先進,兼容性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性更強；國內(nèi)雖然監(jiān)測頻次高,但是自動化程度低,主要還是依靠人工監(jiān)測、人工報送[3]。

廣花盆地位于廣州市區(qū)的西北部,地下水監(jiān)測工作自1959年開始,1972年因故中斷,又從1979年恢復(fù)監(jiān)測,是廣東省最早啟動的一個地下水動態(tài)監(jiān)測站點。目前廣花盆地地下水監(jiān)測手段單一落后,至2013年底為止,地下水位仍靠原始手工量測(測繩、測鐘等),既增加工作難度,精度也不高。開展廣花盆地地下水動態(tài)監(jiān)測自動化建設(shè),對于更好地掌握和獲得廣州(廣花盆地)地下水水位、水溫動態(tài)數(shù)據(jù)提供了技術(shù)支持,為科學(xué)開采地下水、改善環(huán)境地質(zhì)問題,查明地下水動態(tài)變化規(guī)律提供了翔實準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[4]。

1 監(jiān)測區(qū)基本情況

1.1 自然地理概況

廣花盆地監(jiān)測區(qū)范圍包括了廣州市白云區(qū)石井街道辦、新市街道辦、江高鎮(zhèn)、太和鎮(zhèn)、人和鎮(zhèn)和花都區(qū)新華街道辦、雅瑤鎮(zhèn)、花山鎮(zhèn)、赤坭鎮(zhèn)、炭步鎮(zhèn)等地,監(jiān)測面積約800 km2。盆地內(nèi)地表水系發(fā)育,水網(wǎng)密布,均屬珠江水系。主要河流有流溪河、巴江河(又名白坭河)、天馬河、新街水、官窯水,總匯水面積約840 km2。

監(jiān)測區(qū)北、東、西三面環(huán)山,中間為壟狀低丘相間的廣花盆地平原。呈北東—南西向展布,略向西南傾斜,標高12～25 m,最高點為西部的雅髻嶺,海拔408.6 m。低山丘陵風(fēng)化土層較厚,植被發(fā)育,水源涵養(yǎng)條件好[5]。廣花盆地地貌單元由三角洲平原、河谷平原及湖(沼)平原構(gòu)成。其中三角洲平原沿花都區(qū)雅瑤—廣州白云區(qū)江高鎮(zhèn)呈片狀分布,屬海河侵蝕堆積而成；河谷平原為河谷階地,一般沿河流蜿蜒展布,且常與三角洲平原相連而無明顯界限；湖(沼)平原呈小面積分布于花都區(qū)的花山鎮(zhèn)、炭步鎮(zhèn)及白云區(qū)人和鎮(zhèn)等地,地勢較平坦,自然排水不暢,易被洪水淹沒。

1.2 水文地質(zhì)概況

監(jiān)測區(qū)地層于地表出露泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系和第四系外,其余時代地層缺失。第四系區(qū)內(nèi)分布最廣,石炭系次之。前者巖性主要為粘土、粉細砂、中粗砂及礫石,厚度一般在7～35 m之間,最厚達61.02 m,普遍沉積有砂、礫石含水層,為松散巖類孔隙水(潛水、微承壓水)的貯存提供了良好的空間,是監(jiān)測區(qū)主要的孔隙含水層巖類；后者巖性主要為灰?guī)r、生物灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、白云巖,大多呈隱伏或埋藏型,巖溶發(fā)育,溶洞、裂隙連通性較好,有利于巖溶水賦存和運移,是監(jiān)測區(qū)主要的巖溶含水層巖類。盆地邊緣低山丘陵區(qū)良好的植被生態(tài),為涵養(yǎng)水源提供了有利條件,成為廣花盆地地下水的補給區(qū)之一。

1.3 地下水動態(tài)監(jiān)測工作歷史概況

廣花盆地地下水水位監(jiān)測包括地下水水位長觀,以及塘貝、太盛一帶及花都外圍地區(qū)的每年豐水期(7月)、枯水期(12月)水位統(tǒng)測；水質(zhì)監(jiān)測枯水期1月取樣,豐水期7月取樣。2013年度監(jiān)測區(qū)內(nèi)共有動態(tài)監(jiān)測點65個(比去年減少2個),其中地下水水位監(jiān)測點51個、地下水水質(zhì)監(jiān)測點9個,地表水水質(zhì)監(jiān)測點5個(表1)。均為人工監(jiān)測點。有省級地下水監(jiān)測點46個,國家級監(jiān)測點19個(地下水水位監(jiān)測點10個,地下水水質(zhì)監(jiān)測點5個)。

表1 監(jiān)測區(qū)監(jiān)測歷史基本情況表(截至2013年底)

2 監(jiān)測區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測自動化建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)簡介

廣花盆地安裝的地下水自動監(jiān)測儀器均為國產(chǎn)品牌,選用的自動監(jiān)測測報系統(tǒng)是一個應(yīng)用于地下水監(jiān)測領(lǐng)域的大型系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過監(jiān)測子站實時采集地下水水位和水溫數(shù)據(jù),利用GSM無線通信方式將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測主站,主站匯總匯集,加工整理生成各種監(jiān)測數(shù)據(jù)列表、報表和曲線圖等(見圖1)。系統(tǒng)可以實時采集地下水的水位和水溫數(shù)據(jù),迅速發(fā)現(xiàn)異常,及時采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)硬件具有測量精度高、范圍大、功耗小、智能供電、全天候無人值守等特點；系統(tǒng)軟件功能強大、界面友好、操作簡便。整合無線通信技術(shù)、單片機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),實現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動測報、匯集和處理,是地下水自動化監(jiān)測和科學(xué)化管理的有力工具。

圖1 地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)拓撲示意

2.2 地下水動態(tài)監(jiān)測工作現(xiàn)狀

2014年,通過對廣花盆地共33個監(jiān)測點,47個監(jiān)測井(有14個監(jiān)測地點是雙管監(jiān)測)的實地調(diào)研,選取了26個監(jiān)測井進行了自動化升級改造(其中2個為新建井),通過下鉆清淤、洗井、抽水試驗、測量等系列工作使機井達到監(jiān)測井建設(shè)標準,通過加裝井臺、井口保護裝置、監(jiān)測警示牌等工程建設(shè),將花都區(qū)花山鎮(zhèn)坪山圩北(A005)等26個監(jiān)測點的水位和水溫改為自動監(jiān)測,其余監(jiān)測井仍采用人工測繩、測鐘監(jiān)測。水位監(jiān)測頻率及日期按《DZ/T 0133—94地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程》(以下簡稱規(guī)程)及優(yōu)化后的方案擬定,分別有3次/月(上半年人工長觀點)、1次/月(下半年人工長觀點)和6次/d(自動長觀點)。2015年在此基礎(chǔ)上,對已有的監(jiān)測井進行日常維護,包括井臺、井管維修,自動監(jiān)測儀更換電池和數(shù)據(jù)傳輸SIM卡,部分監(jiān)測點更換新購置的自動監(jiān)測儀。

通過2 a的自動化改造,至2015年末,廣花盆地共有動態(tài)監(jiān)測點60個,其中有地下水水位監(jiān)測點46個(孔隙水22個,巖溶水24個；自動水位監(jiān)測點(水溫監(jiān)測點)26個,人工監(jiān)測點21個),地下水水質(zhì)監(jiān)測點9個,地表水水質(zhì)監(jiān)測點5個(表2),監(jiān)測區(qū)的地理位置處于全省地下水監(jiān)測站網(wǎng)的中心(見圖2)。

圖2 廣東省地下水動態(tài)監(jiān)測區(qū)分布

表2 廣花盆地監(jiān)測區(qū)基本情況表(2014年)

2.3 地下水動態(tài)監(jiān)測頻率

未安裝水位、水溫自動監(jiān)測儀之前,2013年度監(jiān)測區(qū)內(nèi)僅依靠人工測量地下水水位,全年測得961條水位數(shù)據(jù),沒有監(jiān)測水溫。2014年6月開始,監(jiān)測區(qū)內(nèi)選取了26個監(jiān)測點升級改造,安裝了自動監(jiān)測儀,監(jiān)測頻率大大提高,全年測得28 584條水位數(shù)據(jù)和33 600條水溫數(shù)據(jù)。 2015年全年共完成地下水位監(jiān)測(人工+自動)47 940次和水溫監(jiān)測47 700次。監(jiān)測區(qū)內(nèi)共有地下水水質(zhì)監(jiān)測點9個,均為人工取樣監(jiān)測,這3 a以來監(jiān)測次數(shù)均為18次/a(表3)。

表3 2013年、2014年、2015年地下水動態(tài)監(jiān)測頻率對照

從表3可知,安裝地下水水位水溫自動監(jiān)測儀后,2015年度廣花盆地的地下水動態(tài)監(jiān)測頻次為2013年度的50倍,并獲得了地下水水溫動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),不僅優(yōu)化了監(jiān)測頻率,減輕了工作人員的工作量,而且更方便快捷地掌握了更多地下水水文動態(tài)信息。

3 存在的主要問題及建議

3.1 監(jiān)測設(shè)備選型的兼容性問題

目前，在廣花盆地安裝的自動監(jiān)測儀器不適用于受水淹的負地下安裝,而個別監(jiān)測井由于客觀因素限制只能負地下安裝自動監(jiān)測儀,導(dǎo)致自動監(jiān)測數(shù)據(jù)接收不穩(wěn)定、儀器水淹損壞等問題,增加了維護工作量,水位數(shù)據(jù)的及時統(tǒng)計也受到一定影響,因此,建議在后續(xù)的自動化建設(shè)過程中選用其他型號的監(jiān)測儀,或者重新規(guī)劃監(jiān)測點的布設(shè)。

3.2 監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)不夠合理

廣花盆地現(xiàn)有的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)陳舊,不甚合理,基本上是延續(xù)了20世紀六七十年代以來的布局,未能全面覆蓋廣花盆地,需要進一步更新、調(diào)整、完善。

3.3 監(jiān)測內(nèi)容不夠完善

目前,廣花盆地地下水環(huán)境監(jiān)測主要是對水位與水質(zhì)進行監(jiān)測,監(jiān)測內(nèi)容單一,如水量等其他監(jiān)測內(nèi)容尚未開展,需要進一步拓展完善。

3.4 缺乏專門的地下水監(jiān)測井

專門用作地下水監(jiān)測的監(jiān)測孔逐年減少,監(jiān)測網(wǎng)點萎縮,建議政府在地下水監(jiān)測點建設(shè)方面加大投入,保障地下水動態(tài)監(jiān)測的觀測精度和代表性。近年來,隨著城市發(fā)展進程的加快,廣花盆地地質(zhì)環(huán)境的變化,如地形地貌、道路、城市及居民區(qū)的改變,建議監(jiān)測點位置圖需重新繪制。

4 結(jié)論與展望

本文介紹了2015年度廣花盆地地下水動態(tài)監(jiān)測自動化建設(shè)的成果與現(xiàn)狀,對地下水自動監(jiān)測的建設(shè)與管理進行了研究與探討。地下水自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運行是一項長期性、基礎(chǔ)性的工作,借著國家地下水監(jiān)測工程開展的契機,政府相關(guān)職能部門應(yīng)該大力推進地下水動態(tài)自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè),提升監(jiān)測能力；建設(shè)專項監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),培養(yǎng)專業(yè)的地下水監(jiān)測專業(yè)人才團隊,利用現(xiàn)代化監(jiān)測手段方便快捷地掌握地下水水文動態(tài)信息,及時預(yù)警預(yù)報因地下水突變(主要為水位和水質(zhì)等)可能引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題,及時采取有效措施防患地下水環(huán)境災(zāi)害的發(fā)生[6-8]；最終實現(xiàn)及時、實時、全面獲取準確的地下水動態(tài)信息,以更好地為政府決策和經(jīng)濟社會建設(shè)服務(wù)。

[1] 王愛平,楊建青,楊桂蓮，等.我國地下水監(jiān)測現(xiàn)狀分析與展望[J].水文,2010,30(6)：53-56．

[2] 姚永熙.地下水監(jiān)測方法和儀器概述[J].水利水文自動化,2010(1):6-13．

[3] 楊建清,章樹安,陳喜，等.國內(nèi)外地下水監(jiān)測技術(shù)與管理比較研究[J].水文,2013,33(3):18-24．

[4] 劉畫眉,黃武平,黃東，等. 廣東省地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀及特點[J].廣東水利水電,2014(12):64-67．

[5] 高可華. 廣東地下水年際變化淺析[J].廣東水利水電,2002(5):37-38．

[6] 吳偉偉.晉中地下水自動監(jiān)測及控制的現(xiàn)狀與研究[J].陜西水利科技,2008(4):81-83．

[7] 唐立強.河北地下水動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀、規(guī)劃和前景分析[J].中國水利,2014(9):21-23．

[8] 蘭建梅,梅金華,潘卓.益陽市區(qū)地下水自動監(jiān)測井網(wǎng)部署及建設(shè)概況[J].國土資源導(dǎo)刊,2013(7):94-96．

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Design and Implementation of Groundwater Dynamic Automatic Monitoring Network in Guanghua Basin

YE Shan

(Geo-Environmental Monitoring Central Station of Guangdong Province, Guangzhou 510510，China)

The automatization dynamic monitoring of groundwater is an important support for getting accurate groundwater information, processing research and management of water resources. History and current situation of groundwater dynamic monitoring in Guanghua Basin and the progress of dynamic monitoring of groundwater in the monitoring area from 2013 to 2015 are introduced. On the basis of analyzing the amount of monitoring data before and after automatic monitoring network building, the construction and management of the groundwater automatic monitoring in Guanghua Basin is discussed.In addition, some problems existing in groundwater auto -monitoring are also analyzed and summarized. Finally, experienced advice on the professional auto-monitoring network and construction is provided, which give a reference for the construction projects of dynamic monitoring network of groundwater in the future.

groundwater；automatization dynamic monitoring；Guanghua Basin； current situation

2016-05-09;

2016-05-24

葉珊(1982),女,博士,工程師,從事地下水動態(tài)監(jiān)測工作。

P641.74

B

1008-0112(2016)06-0053-04