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广州市广花盆地地下水自动化动态监测的探索研究

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 319次



 

摘要:地下水监测是一项长期性、基础性、公益性的工作,其动态监测的自动化为实时准确地获取地下水水文基本信息提供了更先进便捷的技术保障。本文介绍了2015年度广州市广花盆地地下水动态监测自动化建设的成果与现状,对广花盆地的地下水自动监测的建设与管理进行了研究与探讨。为今后继续推进地下水动态监测的自动化建设提供了有价值的参考。

关键词:广花盆地;地下水;自动监测;现状

Abstract: The automatization dynamic monitoring of groundwater is an important support for getting accurate groundwater information, processing research and management of water resources. This article introduce the current situation of development and application of auto-monitoring system in Guangzhou Guanghua Basin. 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.

Key words: groundwater, automatization dynamic monitoring, Guanghua Basin, current situation

中图分类号:P641.74        文献标识码:A

 

1.        引言

地下水是水资源的重要组成部分,不仅是我国城乡生活和工农业用水的重要供水水源,而且是维系生态系统的重要要素,是自然生态系统及环境的重要组成部分。地下水监测是一项长期性、基础性、公益性的工作,它作为直接获得地下水水质水量动态的唯一方法,对于科学合理配置地下水资源,合理开发利用、保护地下水,及为区域经济和社会发展提供了重要保障,因此,推进科学先进监测手段的应用,对于及时获取有效信息,实现对地下水的可持续开发利用和有效保护尤为必要。

地下水的监测方式可分为人工和自动监测两种。发达国家较早开展地下水水位和水质的自动监测,特别是地下水水位的自动监测比较普及,如美国的水位实时监测系统;国内虽然监测频次高,但是自动化程度要比发达国家低,主要还是依靠人工监测、人工报送。国外的地下水自动监测仪器比较先进,兼容性和数据传输的稳定性更强,对于仪器的维护管理方面国内的基础也比较薄弱。

广花盆地位于广州市区的西北部。其地下水动态监测是广东省最早启动的一个站点,监测工作自1959年开始,1972年因故中断,又从1979年恢复监测。目前广花盆地地下水监测手段单一、落后,至2013年底为止,地下水的水位仍靠原始手工量测(测绳、测钟等)监测,既增加工作难度,水位数据精度也受到一定影响。开展广花盆地地下水动态监测自动化建设,对于更好地掌握和获得广州(广花盆地)年度地下水水位、水温动态变化数据提供了技术支持,为科学开采地下水、减轻环境地质问题的影响,研究天然条件与开采条件下地下水动态变化规律、地下水开发利用和地下水资源评价提供了更及时准确的基础数据。

2.        监测区基本情况

2.1.     自然地理概况

广花盆地监测区位于广州市西北部,范围包括了广州市白云区石井街道办、新市街道办、江高镇、太和镇、人和镇和花都区新华街道办、雅瑶镇、花山镇、赤坭镇、炭步镇等地,监测面积约800km2。盆地内地表水系发育,水网密布,均属珠江水系。主要河流有流溪河、巴江河(又名白坭河)、天马河、新街水、官窑水,总汇水面积约840km2。地表水体不仅为当地提供了较丰富的水资源,也一定程度的渗入补给了地下水。

监测区北、东、西三面环山,中间为垄状低丘相间的广花盆地平原。呈北东南西向展布,略向西南倾斜,标高1225m,最高点为西部的雅髻岭,海拔408.6m。低山丘陵风化土层较厚,植被发育,水源涵养条件好。广花盆地地形由三角洲平原、河谷平原及湖(沼)平原构成。其中三角洲平原沿花都区雅瑶广州白云区江高镇呈片状分布,属海河侵蚀堆积而成;河谷平原为河谷阶地,一般沿河流蜿蜒展布,且常与三角洲平原相连而无明显界限;湖(沼)平原呈小面积分布于花都区的花山镇、炭步镇及白云区人和镇等地,地势较平坦,自然排水不畅,易被洪水淹没。

2.2.     水文地质概况

监测区地层于地表除出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系外,其余时代地层均缺失。其中以第四系分布最广,石炭系次之。前者岩性主要为粘土、粉细砂、中粗砂及砾石,厚度一般735m,最厚达61.02m,是监测区次主要的含水岩类;后者岩性主要为灰岩、生物灰岩、泥晶灰岩、白云岩,大多呈隐伏或埋藏型,是监测区主要的含水岩类。盆地边缘低山丘陵区良好的植被生态,为涵养水源提供了有利条件,成为广花盆地地下水的补给区之一。盆地内第四系发育,厚度一般735m,普遍沉积有砂、砾石含水层,为松散岩类孔隙水(潜水、微承压水)的贮存提供了良好的空间;碳酸盐岩隐伏于第四系覆盖层之下,呈带状分布于复式背(向)斜轴部,岩溶发育,溶洞、裂隙连通性较好,有利于岩溶水赋存和运移。

2.3.     地下水动态监测工作历史概况

广花盆地地下水水位监测包括地下水水位长观,以及塘贝、太盛一带及花都外围地区的每年丰水期(7月)、枯水期(12月)水位统测;水质监测枯水期为1月取样监测,丰水期为7月取样监测。2013年度监测区内共有动态监测点65个(比去年减少2个),其中有地下水水位监测点51个、地下水水质监测点9个,地表水水质监测点5个(表1)。全部为人工监测点。共有省级地下水监测点46个,国家级监测点19个(地下水水位监测点10个,地下水水质监测点5个)。

 

监测区监测历史基本情况表(截至2013年底)

监测区

监测面积

km2

监测点总数(个)

地下水监测点(个)

地表水监测点(个)

地下水水位监测点(个)

地下水水质监测点(个)

地下水水温监测点(个)

自动监测点(个)

人工监测点(个)

广州市(广花盆地)

800

65

60

5

51

9

0

0

65

 

3.        监测区地下水动态监测自动化建设现状

3.1.     地下水自动监测系统简介

广花盆地安装的地下水自动监测仪器均为国产品牌,选用的自动监测测报系统是一个应用于地下水监测领域的大型系统。该系统通过监测子站实时采集地下水的水位和水温数据,利用GSM无限通信方式将数据传送至监测主站,主站通过对数据的汇集、加工和整理生成各种监测数据列表、报表和曲线图等(图1)。地下水各级监测人员借助本系统可以方便、及时、准确和全面地掌握地下水的水位和水温的变化。迅速发现异常,及时采取相应措施避免或降低损失。硬件具有测量精度高、范围大、功耗小、智能供电、全天候无人值守等特点;软件功能强大、界面友好、操作简便。系统采用了无线通信技术、单片机技术及网络通讯技术等;实现了对监测数据的自动测报、汇集和处理,是地下水自动化监测和科学化管理的理想工具。

1 地下水自动监测系统拓扑示意图


 

3.2.     地下水动态监测工作现状

2014年,通过对广花盆地共33个监测地点,47个监测井(有14个监测地点是双管监测)的实地调研,选取了26个监测井进行了自动化升级改造(其中2个为新建井),通过下钻清淤、洗井、抽水试验、测量等系列工作使利用机井达到监测井建设标准,通过加装井台、井口保护装置、监测警示牌等工程建设,将花都区花山镇坪山圩北(A005)等26个监测点的水位和水温改为自动监测,其余监测井仍采用采用人工测绳、测钟监测。水位监测频率及日期按《DZ/T 0133—94地下水动态监测规程》(以下简称规程)及优化后的方案拟定,分别有3/月(上半年人工长观点)、1/月(下半年人工长观点)和6/天(自动长观点)。2015年在此基础上,对已有的监测井进行日常维护,包括井台、井管维修,自动监测仪更换电池和数据传输SIM卡,部分监测点更换新购置的自动监测仪。

通过2年的自动化改造,至2015年末,广花盆地共有动态监测点60个,其中有地下水水位监测点46个(孔隙水22个,岩溶水24个;自动水位监测点(水温监测点)26个,人工监测点21个),地下水水质监测点9个,地表水水质监测点5个(表2)。

 

监测区基本情况表(2014年)

监测区

监测面积

km2

监测点总数(个)

地下水监测点(个)

地表水监测点(个)

地下水水位监测点(个)

地下水水质监测点(个)

地下水水温监测点(个)

自动监测点(个)

人工监测点(个)

广州市(广花盆地)

800

60

55

5

46

9

26

26

34

 

3.3.     地下水动态监测频率

未安装自动监测仪之前,2013年度监测区内共有动态监测点65个,其中有地下水水位长观点26个,完成地下水位人工监测961次;地下水水位统测点25个,完成地下水位人工监测48次;地下水水质监测点9个,完成地下水质人工监测18次(表3)。20146月份开始,26个监测点改为自动监测后,监测区内所有监测点改为长观点,自动监测点的监测频率大大提高,2015年度监测区内共有动态监测点60个,其中有地下水水位监测点467个,水质监测点14个,水温监测点26个(包含在地下水水位监测点46个当中)。地下水水位自动监测井按照6/天的频率进行监测,共完成地下水水位自动监测47700次;20个人工监测井按照1/月的频率进行监测,共完成地下水位人工监测240次;即全年共完成地下水位监测(人工+自动)47940次。地下水水质监测点9个,完成地下水水质人工监测18次(表3)。


 

3  2013年、2014年、2015地下水动态监测频率对照表

年份

类别

按监测要素统计

水位监测(次)

水质监测(次)

水温监测(次)

小计

自动监测

人工监测

小计

自动监测

人工监测

小计

自动监测

人工监测

2015

人工监测点

单测水位长观

240

 

240

 

 

 

 

 

 

单测水质长观

 

 

 

28

 

18

 

 

 

自动监测点

单测水位长观

47700

47700

 

 

 

 

 

 

 

单测水温长观

 

 

 

 

 

 

47700

47700

 

合计

47940

47700

240

28

 

18

47700

47700

 

2014

人工监测点

单测水位长观

504

 

504

 

 

 

 

 

 

单测水质长观

 

 

 

18

 

18

 

 

 

自动监测点

长观

28080

28080

 

 

 

 

 

33600

 

合计

28584

28080

504

18

 

18

33600

33600

 

2013

Ⅰ长观点

单测水位长观

913

 

913

 

 

 

 

 

 

单测水质长观

 

 

 

18

 

18

 

 

 

Ⅱ统测点

单测水位统测

48

 

48

 

 

 

 

 

 

合计

961

 

 

18

 

18

 

 

 

 

从表中可以看出,安装地下水水位水温自动监测仪后,2015年度广花盆地的地下水动态监测频次为2013年度的50倍,并获得了地下水水温动态监测数据,不仅优化了监测频率,减轻了工作人员的工作量,而且更方便快捷地掌握了更多地下水水文动态信息。

4.        存在的主要问题及建议

(1)    监测设备选型的兼容性问题

目前在广花盆地安装的自动监测仪器不适用于受水淹的负地下安装,而个别监测井由于客观因素限制只能负地下安装自动监测仪,导致自动监测数据接收不稳定、仪器水淹损坏等问题,增加了维护工作量,水位数据的及时统计也受到一定影响,因此,建议在后续的自动化建设过程中选用其他型号的监测仪,或者重新规划监测点的布设。

(2)    监测网点布设不够合理

广花盆地现有的监测网络陈旧,不甚合理,基本上是延续了6070年代以来的布局,未能全面覆盖广花盆地,需要进一步更新、调整、完善。

(3)    监测内容不够完善

目前,广花盆地地下水环境监测主要是对水位与水质进行监测,监测内容单一,如水量等其他监测内容尚未开展,需要进一步拓展完善。

(4)    缺乏专门的地下水监测井

专门用作地下水监测的监测孔逐年减少,监测网点萎缩,建议政府在地下水监测点建设方面加大投入,保障地下水动态监测的观测精度和代表性。近年来,随着城市发展进程的加快,广花盆地地质环境的变化,如地形地貌、道路、城市及居民区的改变,建议监测点位置图需重新绘制。

5.        结论与展望

本文介绍了2015年度广花盆地地下水动态监测自动化建设的成果与现状,对地下水自动监测的建设与管理进行了研究与探讨。地下水自动监测网络运行是一项长期性、基础性的工作,借着国家地下水监测工程开展的契机,政府相关职能部门应该大力推进地下水动态自动化监测网络建设,提升监测能力;建设专项监测网络,培养专业的地下水监测专业人才团队,利用现代化监测手段方便快捷地掌握地下水水文动态信息,及时预警预报因地下水突变(主要为水位和水质等)可能引发的地质环境问题,及时采取有效措施防患地下水环境灾害的发生;最终实现及时、实时、全面获取准确的地下水动态信息,以更好地为政府决策和经济社会建设服务。

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作者个人简介:

叶珊,女,博士,工程师。

2006~2010年,博士,华南农业大学。

2010~2013年,博士后,中国科学院华南植物园。

2014~现在,工程师,广东省地质环境监测总站。

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