廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)現(xiàn)狀及問題分析

陳 綺，龐 園

(1.廣州市南沙區(qū)磨碟頭工程管理所，廣東 廣州 511480；2.廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220)

1 概述

近年來我國日益重視地下水的保護(hù)，先后出臺了《全國地下水污染防治規(guī)劃(2011—2020年)》(環(huán)發(fā)〔2011〕128號)《關(guān)于印發(fā)地下水污染防治實(shí)施方案的通知》(環(huán)土壤〔2019〕25號)《關(guān)于開展地下水管控指標(biāo)確定工作的通知》(辦資管〔2020〕30號)和《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃綱要(2020—2035年)》等文件。地下水監(jiān)測對于正確認(rèn)識和掌握地下水動態(tài)變化規(guī)律、科學(xué)評價(jià)和合理開發(fā)利用與保護(hù)地下水資源、減輕和防治地下水污染、避免出現(xiàn)由于過度開采產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境等問題具有重要作用，是地下水資源管理工作的重要內(nèi)容[1]。但由于忽視了對監(jiān)測井網(wǎng)科學(xué)性和完整性的評價(jià)以及信息需求、信息量化和信息獲取間的關(guān)系，導(dǎo)致在監(jiān)測井網(wǎng)建設(shè)過程中存在站點(diǎn)設(shè)置不合理、站網(wǎng)密度不足或過密、監(jiān)測頻率不合理、監(jiān)測手段落后等問題[2-3]。對地下水監(jiān)測井網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，用最少的監(jiān)測井以及最小的人力和物力獲取滿足一定精度要求的地下水動態(tài)信息，已成為當(dāng)前地下水管理部門的一個重要任務(wù)。目前，地下水監(jiān)測井網(wǎng)的優(yōu)化方法主要有水文地質(zhì)分析法[4-5]、克里格法[5-6]、信息熵法[7]、聚類分析法[8]以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[9]等。對廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)存在的問題進(jìn)行分析并提出優(yōu)化的建議，對于管理和保護(hù)地下水具有重要意義，可為相關(guān)管理部門提供參考。

2 廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

目前，廣州市共有280個地下水監(jiān)測井，分別由廣州市和國家分別建設(shè)和管理，其中國家建設(shè)的地下水監(jiān)測井分為水利和國土兩部分，監(jiān)測井的分布見圖1所示。

圖1 廣州市地下水監(jiān)測井分布示意

2.1 廣州建設(shè)和管理的地下水監(jiān)測井

廣州于2010年開始建設(shè)地下水監(jiān)測井，至今共建有206個地下水監(jiān)測井，分別由市水務(wù)局和市規(guī)劃和自然資源局建設(shè)和管理。其中146個地下水監(jiān)測井可實(shí)現(xiàn)水位在線自動監(jiān)測，監(jiān)測頻率由各部門根據(jù)監(jiān)測需要自行設(shè)置，目前均按6次/d設(shè)置，其余地下水監(jiān)測井的水位均由人工監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/月，監(jiān)測精度均為cm；46個地下水監(jiān)測井可實(shí)現(xiàn)水溫在線自動監(jiān)測，監(jiān)測頻率為6次/d；160個地下水監(jiān)測井按2次/a的頻率采集水樣并檢測水質(zhì)，監(jiān)測指標(biāo)共19項(xiàng)。同時，廣州市共有29個地下水取水戶，均按月監(jiān)測開采量。其中有17個地下水取水戶已安裝智能流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線計(jì)量取水量。

2.2 國家建設(shè)和管理的地下水監(jiān)測井

國家地下水監(jiān)測井分為水利部分和國土部分，水利部分的國家地下水監(jiān)測井由廣東省水文局廣州水文分局建設(shè)完成，共12個地下水監(jiān)測井；國土部分的國家地下水監(jiān)測井由廣東省環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測總站建設(shè)完成，共33個地下水監(jiān)測井。目前，全市共設(shè)有國家地下水監(jiān)測井45個，均已實(shí)現(xiàn)水位、水溫在線自動監(jiān)測，水質(zhì)則需人工采樣進(jìn)行檢測，2 a覆蓋監(jiān)測1次。

3 廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)問題分析及建議

根據(jù)《地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 51040—2014)[10]關(guān)于站網(wǎng)規(guī)劃與布設(shè)、監(jiān)測站建設(shè)與管理、信息監(jiān)測、信息服務(wù)系統(tǒng)等方面的規(guī)定，對廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)的問題進(jìn)行分析并提出相關(guān)建議。

3.1 地下水監(jiān)測井網(wǎng)的布設(shè)問題分析及建議

采用水文地質(zhì)法對廣州市的地下水監(jiān)測井的布設(shè)進(jìn)行評價(jià)。首先劃分地下水基本類型區(qū)，其次計(jì)算各分區(qū)的地下水開發(fā)強(qiáng)度，第三根據(jù)《地下水監(jiān)測工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 51040—2014)規(guī)定的布設(shè)密度，計(jì)算各分區(qū)的水位、水質(zhì)、水溫和水量監(jiān)測井?dāng)?shù)量，最后與各分區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測井?dāng)?shù)量進(jìn)行對比，提出優(yōu)化建議。

1) 劃分地下水基本類型區(qū)

首先將廣州市劃分為平原區(qū)和山丘區(qū)兩個1級基本類型區(qū)；再根據(jù)次級地形地貌特征、地層巖性及地下水類型，將山丘區(qū)劃分為一般山丘區(qū)、巖溶山丘區(qū)，平原區(qū)則按基底構(gòu)造、含水層成因條件結(jié)合行政分區(qū)和供水特點(diǎn)進(jìn)一步分為一般平原區(qū)、山間河谷平原區(qū)、山間盆地平原區(qū)；根據(jù)水文地質(zhì)條件，將各2級基本類型區(qū)進(jìn)一步劃分為10個水文地質(zhì)單元(各基本類型區(qū)見圖1)。

2) 計(jì)算各分區(qū)的地下水開發(fā)強(qiáng)度

首先，計(jì)算各3級基本類型分區(qū)的多年平均地下水資源量和可開采量；其次，調(diào)查全市地下水開采量；第三，分別計(jì)算各基本類型區(qū)的地下水開采系數(shù)。按照地下水開采系數(shù)小于0.3的分區(qū)屬于弱開采區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算，廣州市10個3級基本類型分區(qū)均屬于弱開采區(qū)。

3) 計(jì)算各分區(qū)的水位、水質(zhì)、水溫和水量監(jiān)測井布設(shè)數(shù)量

基于各分區(qū)的面積及水位監(jiān)測井布設(shè)密度要求，同時考慮部分分區(qū)存在巖溶塌陷區(qū)、海(咸)水入侵區(qū)等特殊類型區(qū)，確定各分區(qū)的水位監(jiān)測井布設(shè)數(shù)量為72～124個。水質(zhì)監(jiān)測井的布設(shè)密度，應(yīng)控制在同一地下水類型區(qū)內(nèi)水位監(jiān)測井布設(shè)密度的20%，地下水化學(xué)成分復(fù)雜的區(qū)域可適當(dāng)加密。由于咸水區(qū)地下水化學(xué)成分較內(nèi)陸地區(qū)更為復(fù)雜，因此，適當(dāng)加密，按水位監(jiān)測井?dāng)?shù)量的50%布設(shè)，由此可得到各分區(qū)水質(zhì)監(jiān)測井的布設(shè)數(shù)量為26～42個。水溫監(jiān)測井的布設(shè)數(shù)量宜占同一區(qū)域水位監(jiān)測井的10%～20%，由此可得到各分區(qū)的水溫監(jiān)測井的布設(shè)數(shù)量為12～23個。所有29個地下水開采井的開采量都應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測。各分區(qū)監(jiān)測井布設(shè)數(shù)量見表1。

4) 評價(jià)及建議

結(jié)合各分區(qū)現(xiàn)有水位、水質(zhì)和水溫監(jiān)測井?dāng)?shù)量可知，山間河谷平原區(qū)Ⅰ、山間河谷平原區(qū)Ⅱ、山間盆地平原區(qū)、塊狀巖類裂隙水Ⅰ、塊狀巖類裂隙水Ⅱ等5個分區(qū)的水位監(jiān)測井?dāng)?shù)量超過布設(shè)數(shù)量要求，應(yīng)分別減少至21個、27個、16個、2個和8個，共減少137個水位監(jiān)測井；咸水區(qū)、山間河谷平原區(qū)Ⅰ、山間河谷平原區(qū)Ⅱ、山間盆地平原區(qū)、塊狀巖類裂隙水Ⅰ、塊狀巖類裂隙水Ⅱ等6個分區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測井?dāng)?shù)量超過布設(shè)數(shù)量要求，應(yīng)分別減少至23個、4個、5個、3個、1個和2個，共減少208個水質(zhì)監(jiān)測井；咸水區(qū)、山間河谷平原區(qū)Ⅰ、山間河谷平原區(qū)Ⅱ、山間盆地平原區(qū)、塊狀巖類裂隙水Ⅰ、塊狀巖類裂隙水Ⅱ等6個分區(qū)的水溫監(jiān)測井?dāng)?shù)量超過布設(shè)數(shù)量要求，應(yīng)分別減少至5個、4個、5個、3個、1個、1個，共減少72個水溫監(jiān)測井，層狀巖類裂隙水Ⅰ、層狀巖類裂隙水Ⅱ、層狀巖類裂隙水Ⅲ、巖溶山丘區(qū)等4個區(qū)的水溫監(jiān)測井?dāng)?shù)量未達(dá)到布設(shè)數(shù)量要求，應(yīng)分別增加至1個，共增加4個水溫監(jiān)測井。

表1 地下水監(jiān)測井布設(shè)數(shù)量

3.2 監(jiān)測井建設(shè)與管理問題分析及建議

1) 未建設(shè)站房、受損風(fēng)險(xiǎn)高

由于廣州市城市化水平較高，征地成本較大，目前監(jiān)測井的建設(shè)用地均采用租用或借用的形式，不具備建設(shè)站房的條件，因此所有監(jiān)測井均未建設(shè)站房，由此導(dǎo)致監(jiān)測井被損毀的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

2) 布局不合理、代表性差

受建設(shè)場地的限制，大部分監(jiān)測井無法按照監(jiān)測目的進(jìn)行布設(shè)，選址優(yōu)先考慮施工的可行性，因此，在布局上受限，代表性不足。

3) 施工不規(guī)范、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足

大部分監(jiān)測井屬于借用的勘探孔，非專門建設(shè)的地下水監(jiān)測井，前期施工不規(guī)范，建設(shè)質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致目前無法準(zhǔn)確得到目標(biāo)層位的水位、水質(zhì)數(shù)據(jù)。且大部分監(jiān)測井未設(shè)置水準(zhǔn)標(biāo)石，高程測量精度不高，影響水位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4) 建議

在優(yōu)化地下水監(jiān)測井網(wǎng)的基礎(chǔ)上，改造井深、井徑、井壁管、過濾管、沉淀管等未達(dá)到規(guī)范要求的地下水監(jiān)測井，并建設(shè)站房和設(shè)置水準(zhǔn)標(biāo)石。

3.3 信息監(jiān)測與服務(wù)問題分析及建議

目前，廣州市有60個由人工監(jiān)測的水位監(jiān)測井，監(jiān)測頻率為1次/月。由于每月監(jiān)測時間不固定，導(dǎo)致測得的水位數(shù)據(jù)隨機(jī)性較大，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的使用。此外，有251個水質(zhì)監(jiān)測井由人工采樣檢測水質(zhì)，由不同的部門建設(shè)和管理，監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測頻次也由相應(yīng)管理部門根據(jù)自身需要制定，未能統(tǒng)一。且部分監(jiān)測井的水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目偏少，監(jiān)測頻次偏低，未達(dá)到規(guī)范要求。其他在線監(jiān)測的監(jiān)測井僅實(shí)現(xiàn)了自動監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)傳輸和存儲功能，尚未實(shí)現(xiàn)地下水監(jiān)測信息管理、分析評價(jià)、預(yù)測分析、信息共享功能，自動化水平不高。因此，有必要建設(shè)由信息采集、信息傳輸、信息接收和處理、地下水自動監(jiān)測井、地下水監(jiān)測信息中心、地下水動態(tài)數(shù)據(jù)庫、地下水應(yīng)用服務(wù)體系組成的地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)，供各級政府及相關(guān)部門依職責(zé)查詢和使用地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4 結(jié)論與展望

本文介紹了廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，分析了廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)在監(jiān)測井布設(shè)、監(jiān)測井建設(shè)與管理、信息監(jiān)測與服務(wù)等方面的問題，并提出了建議。隨著水資源管理對地下水監(jiān)測信息要求的提高，廣州市地下水監(jiān)測井網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以更好監(jiān)控地下水動態(tài)變化，提高地下水監(jiān)測的代表性、有效性，提高地下水監(jiān)測服務(wù)能力，為各級政府和相關(guān)部門決策提供及時準(zhǔn)確的地下水信息。