???,郭 昆,李 寅,范 威
(1.湖北省地質環(huán)境總站,湖北 武漢 430034; 2.資源與生態(tài)環(huán)境地質湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430034)
地下水監(jiān)測工作是一項長期的基礎性、公益性事業(yè),為認識和掌握地下水動態(tài)變化特征、科學評價地下水資源、了解地下水數量和質量的時空分布和變化規(guī)律、全面加強地下水管理、科學合理配置地下水資源、開展生態(tài)環(huán)境保護等提供數據支撐和決策依據[1-4]。
早在19世紀,西方發(fā)達國家就開始建立地下水監(jiān)測網[5-7],中國地下水監(jiān)測工作開始于20世紀50年代[8-9],湖北省地下水監(jiān)測最早開始于1973年。截至目前,省內平原及周邊重點城市與地區(qū)的地下水監(jiān)測網基本形成,并開始向丘陵山區(qū)地帶部署,但監(jiān)測網仍存在布局不合理、監(jiān)測層位不全、監(jiān)測點保護不力、監(jiān)測內容不全面等問題,不能全面掌握地下水區(qū)域動態(tài),服務生態(tài)文明建設能力仍顯不足,還需不斷完善地下水監(jiān)測網絡、豐富監(jiān)測內容、提升監(jiān)測服務效能。
湖北省早期的地下水監(jiān)測以水質監(jiān)測為主,在武漢市選取了18個供水井作為監(jiān)測井。20世紀80年代中后期,在省內各主要城市供水水文地質勘查過程中同步建設了地下水監(jiān)測井,開展了系統的地下水監(jiān)測工作,以區(qū)域地下水動態(tài)監(jiān)測為主。1990年底形成覆蓋武漢、咸寧、孝感、黃石、襄陽、荊州地區(qū)(含天門、潛江、仙桃)等6個城市和地區(qū)的監(jiān)測網,共有監(jiān)測點262個,至2016年底監(jiān)測點發(fā)展為300個。2016—2017年,自然資源部與水利部聯合實施的國家地下水監(jiān)測工程(湖北省部分)建設完成并啟動運行,425個監(jiān)測點主要分布于南襄盆地—漢江夾道—江漢平原—黃廣平原地區(qū),其中自然資源部門新建監(jiān)測點170個、改建監(jiān)測點60個,水利部門新建監(jiān)測點195個,同時省級地下水監(jiān)測工作開始在宜昌、恩施、十堰、隨州、黃岡等丘陵山區(qū)部署了少量監(jiān)測點。至2020年底全省共有地下水監(jiān)測點976個,其中國家監(jiān)測工程點425個、省級監(jiān)測點551個。
從行政區(qū)域上來看,地下水監(jiān)測點分布于省內16個地市州(表1)、79個縣區(qū),地市州覆蓋率達94.12%,縣區(qū)覆蓋率為76.70%,平均點密度為0.53個/100 km2,達到全省平均監(jiān)測站點密度的有9個地市,武漢、孝感、荊州、天門、潛江、仙桃、鄂州等地監(jiān)測點密度相對較大,均超過了1個/100 km2,神農架林區(qū)沒有監(jiān)測點覆蓋,十堰市點密度僅為0.02個/100 km2。
表1 各行政區(qū)域地下水監(jiān)測點分布表
省內地下水分為松散巖類孔隙水(可細分為孔隙潛水、孔隙承壓水、裂隙孔隙水)、碎屑巖孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水四個基本類型[10],四類地下水分布面積分別為54 700 km2、12 761 km2、44 986 km2、66 809 km2。從地下水監(jiān)測層位看,現有的地下水監(jiān)測點已覆蓋全部四類地下水(圖1),但以平原區(qū)分布的孔隙水監(jiān)測點最多,達764個(孔隙潛水監(jiān)測點106個、孔隙承壓水監(jiān)測點568個、裂隙孔隙水監(jiān)測點90個),監(jiān)測點密度達1.40個/100 km2,其它三類水監(jiān)測點分布較少,監(jiān)測點密度為0.13~0.20個/100 km2。另外平原地區(qū)多分布有多層含水層,但現有的監(jiān)測點多為單層監(jiān)測點,僅個別點監(jiān)測了兩層地下水。
圖1 監(jiān)測點監(jiān)測地下水類型圖
湖北省分為4個一級地下水系統、7個二級地下水系統、14個三級地下水系統和70個四級地下水系統[11-12]。現有地下水監(jiān)測點已覆蓋2個一級地下水系統、5個二級地下水系統、9個三級地下水系統及47個四級地下水系統(圖2),但大部分點主要集中在平原崗地地下水系統中,共計824個監(jiān)測點,其它地下水系統未覆蓋或僅有少量監(jiān)測點。
圖2 四級地下水系統地下水監(jiān)測點分布圖
國家地下水監(jiān)測工程集中建設于2016—2017年,均為專門監(jiān)測井。省級地下水監(jiān)測點從20世紀80年代開始分批逐步建立,主要來源于水文地質調(勘)查項目水文地質鉆孔、供水井、居民自建民井,部分直接選用泉點進行監(jiān)測,按其來源分為專門監(jiān)測井、機井、民井、泉點等,其中專門監(jiān)測井238個(占省級監(jiān)測點總數的43.2%)、機井161個(占省級監(jiān)測點總數的29.2%)、民井116個(占省級監(jiān)測點總數的21.1%)、泉點36個(占省級監(jiān)測點總數的6.5%)。
地下水監(jiān)測內容主要為水位、流量、水溫、水質。其中水位監(jiān)測點878個、水質監(jiān)測點906個、水溫監(jiān)測點568個、流量監(jiān)測點29個,或統計為水位水溫監(jiān)測點37個、水位水溫水質監(jiān)測點531個、水位水質監(jiān)測點248個、流量水質監(jiān)測點29個、水位監(jiān)測點62個、水質監(jiān)測點98個。
監(jiān)測手段主要為人工監(jiān)測與自動監(jiān)測。水位、流量、水溫監(jiān)測分為人工監(jiān)測和自動監(jiān)測兩種方式。人工監(jiān)測水位采用測鐘或電測繩,監(jiān)測水溫采用溫度計,監(jiān)測流量采用堰流法;自動監(jiān)測水位、水溫主要采用壓力水位儀及溫度傳感器。國家地下水監(jiān)測工程點均為自動監(jiān)測,監(jiān)測水位、水溫頻率為12次/d。省級地下水監(jiān)測點多為人工監(jiān)測點(共330個),人工監(jiān)測水位頻率多為按5日觀測,即每月5、10、15、20、25、30日(2月 28日)進行觀測;少數監(jiān)測點(5個)豐水期(7—9月)按5日觀測,平、枯水期為按10日觀測(即每月10、20、30日觀測);泉點監(jiān)測流量、水溫均為人工監(jiān)測,每5日觀測1次。省級地下水監(jiān)測點少部分為自動監(jiān)測點(123個),監(jiān)測水位、水溫頻率為6次/d。
水質監(jiān)測均為人工采樣監(jiān)測。國家地下水監(jiān)測工程點每年豐水期監(jiān)測1次,省級地下水監(jiān)測點每年監(jiān)測2次,分別為枯、豐水期采樣。根據監(jiān)測目的不同,水質監(jiān)測指標也在不斷調整,由初期的14項增至現在的91項,2000年之前主要監(jiān)測常規(guī)無機組分,2000—2016年主要監(jiān)測常規(guī)、非常規(guī)無機組分,2016年之后逐漸增加有機組分監(jiān)測,目前已基本涵蓋《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)中規(guī)定的常規(guī)、非常規(guī)指標。
(1)地下水監(jiān)測管理。國家地下水監(jiān)測工程點分別由水利部水文局和中國地質調查局地質環(huán)境監(jiān)測院管理,監(jiān)測數據由二者共同組建的國家地下水監(jiān)測中心統一管理,實現兩部委監(jiān)測數據中心與31個省級節(jié)點互聯互通,指導全國地下水監(jiān)測工作,收集和儲存國家級地下水監(jiān)測點監(jiān)測資料,統一管理和發(fā)布地下水信息。省級地下水監(jiān)測點由湖北省地質環(huán)境總站聯合各地地質環(huán)境保護站協同管理,監(jiān)測數據由湖北省地質環(huán)境總站集中統一存儲、管理,面向政府、科研機構、社會公眾等提供數據服務。
(2)地下水監(jiān)測數據應用服務。國家地下水監(jiān)測工程點監(jiān)測數據通過監(jiān)測信息應用服務系統發(fā)布地下水位、水溫數據,并通過地下水通報、月報、年報、年鑒等形式發(fā)布地下水監(jiān)測信息,向政府、科研機構、社會公眾等提供數據共享服務。省級地下水監(jiān)測數據通過地下水月報、年報等形式對外發(fā)布并提供查詢信息,為湖北省自然資源資產負債表的編制提供地下水資源環(huán)境基礎數據,為相關項目的實施提供地下水動態(tài)信息,為湖北省地下水環(huán)境質量考核提供數據支撐。
省內地下水監(jiān)測主要覆蓋平原及周邊地區(qū),在鄂西巖溶山區(qū)、鄂西北中低山、鄂東北中低山、鄂東南低山區(qū)等地監(jiān)測點覆蓋度低,且存在大量監(jiān)測空白區(qū)。已布置監(jiān)測點的地區(qū),局部還存在監(jiān)測點密度不合理的情況,如武漢中心城區(qū)、漢川等地區(qū)監(jiān)測點密度偏低,不能全面反映該區(qū)地下水環(huán)境狀況;恩施城區(qū)周邊及英山、羅田等地區(qū)則監(jiān)測點密度偏高,監(jiān)測數據存在冗余。對于江漢平原、南襄盆地等分布多層地下水的地區(qū),主要監(jiān)測的是孔隙承壓水,對于淺層孔隙潛水和深層裂隙孔隙水監(jiān)測較少,且監(jiān)測點多為單層監(jiān)測點,對于同一點位垂向上分布多層含水層的地區(qū)缺乏有效的控制,需增設多層監(jiān)測點以便覆蓋所有含水層。
隨著城市擴張和工農業(yè)發(fā)展,人類活動一定程度上改變了區(qū)域或場地水文地質條件、地下水環(huán)境,現有監(jiān)測點的布局已不能全面反映監(jiān)測區(qū)地下水環(huán)境狀況,需要進一步優(yōu)化、調整和完善。
在多年的監(jiān)測過程中,一些地區(qū)由于人為蓄意破壞、修路建房等主、客觀原因造成了監(jiān)測設施的毀壞,導致監(jiān)測數據缺失。據不完全統計,每年約有1%的監(jiān)測點會遭受不同程度的破壞。由于監(jiān)測點建設時未辦理土地征用手續(xù),多為臨時占用居民個人或集體土地,土地使用權限很難得到保障。省級監(jiān)測點中有相當一部分監(jiān)測點為利用民井、供水井建設而成,監(jiān)測井建設的規(guī)范性及監(jiān)測點的代表性不夠,同時管理和維護難度較大。
除國家地下水監(jiān)測工程點外,省級監(jiān)測點水位多采用測鐘或電測繩進行人工監(jiān)測,受監(jiān)測設備、監(jiān)測人員等的影響,監(jiān)測精度不高、誤差較大;流量監(jiān)測多采用堰流法,受地形條件、設備影響,誤差較大;水質監(jiān)測多采用人工采樣、室內檢測的方式,監(jiān)測時效性差、監(jiān)測頻率較低、監(jiān)測項目不全。
省內地下水監(jiān)測點沒有形成統一的地下水數據平臺及數據處理規(guī)范,監(jiān)測點及監(jiān)測數據管理水平不高。國家監(jiān)測工程點與省級監(jiān)測點監(jiān)測數據沒有進行有效整合。監(jiān)測數據綜合研究成果,特別是對歷年來的地下水監(jiān)測成果總結提煉不夠。監(jiān)測數據服務于地下水資源精細化管理與生態(tài)環(huán)境保護的能力還較弱,難以為資源管理與生態(tài)保護決策提供更有力地支撐。
(1)全域覆蓋,提高監(jiān)測點密度。①在鄂東北、鄂東南、鄂西、鄂中等丘陵山區(qū)地下水監(jiān)測空白區(qū)開展監(jiān)測點建設,通過三年時間初步建立覆蓋全省的地下水監(jiān)測網,全省區(qū)域骨干地下水監(jiān)測網密度由0.53個/100 km2提高至0.75個/100 km2,其中松散巖類孔隙水、碎屑巖孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和基巖裂隙水分布區(qū)監(jiān)測點密度分別提高至1.5個/100 km2、0.3個/100 km2、0.7個/100 km2、0.3個/100 km2;②對現有的監(jiān)測網進行優(yōu)化,對不符合監(jiān)測要求或喪失監(jiān)測功能的監(jiān)測點逐步進行改造升級或直接替換為專門監(jiān)測井,對武漢中心城區(qū)、漢川、恩施城區(qū)、英山、羅田等局部監(jiān)測點密度偏低或偏高的地區(qū),根據水文地質條件及監(jiān)測目的進行適當增減;③有效利用專門水文地質鉆孔,為加快監(jiān)測點建設進度、節(jié)約建設經費,可以將部分符合監(jiān)測點布局要求的水文地質調(勘)查項目實施的水文地質鉆孔改造為地下水長期監(jiān)測點;④在初步實現全域覆蓋的基礎上,再通過五年時間,根據各地區(qū)生態(tài)環(huán)境、社會發(fā)展及監(jiān)測需求,分地區(qū)分階段逐步提高監(jiān)測點密度,使全省區(qū)域骨干監(jiān)測網密度達到1.4個/100 km2,四類水分布區(qū)監(jiān)測點密度分別提高至2.5個/100 km2、0.7個/100 km2、1.5個/100 km2、0.7個/100 km2,為綠色發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護提供更有效的數據支撐。
(2)多層監(jiān)測,覆蓋所有含水層。省內江漢平原、南襄盆地等平原崗區(qū)多分布多層地下水,目前的監(jiān)測點雖已對各層地下水進行了監(jiān)測,但在單點上仍只監(jiān)測某一層地下水,因此需要建立一定數量的多層監(jiān)測點,研究各層地下水之間的關聯,可以在現有的單層監(jiān)測點附近增設其它層位的監(jiān)測井來形成多層監(jiān)測點。或選取綜合監(jiān)測斷面新建多層監(jiān)測點,同時對與地下水聯系密切的地表水也應設置監(jiān)測點。
(3)突出重點,建立專項地下水監(jiān)測網。目前省內的地下水監(jiān)測點多為區(qū)域性監(jiān)測點,針對性不強,當前須在區(qū)域監(jiān)測的基礎上,針對重點社會經濟發(fā)展區(qū)、重要的生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)、重大工程建設區(qū)、地下水集中開采區(qū)、農業(yè)集中灌溉區(qū)、地下水污染區(qū)等重點地區(qū),建立重點地區(qū)地下水監(jiān)測網和專項地下水監(jiān)測網,如在丹江口水源區(qū)建設水源保護地下水監(jiān)測網;在洪湖、潛江蝦稻種植區(qū)等自然、人工濕地周邊建設濕地地質環(huán)境支撐系統地下水監(jiān)測網;圍繞引江濟漢、鄂北水資源配置工程等重大工程,針對水文地質條件變化建設專項地下水監(jiān)測網;在荊襄磷礦礦坑排水區(qū)、南襄盆地集中農灌區(qū)、武漢市基坑降水集中區(qū)等地下水開采區(qū)建設針對性的地下水監(jiān)測網等。
(1)加強監(jiān)測點管理與保護。目前地下水監(jiān)測點管理和保護法律法規(guī)、體制機制還不健全,特別是對監(jiān)測點的保護力度不足,監(jiān)測點人為損壞事件時有發(fā)生,亟需建立專門的地下水監(jiān)測網點建設、管理與保護制度,將監(jiān)測點建設納入基礎設施建設范疇,提供用地使用權限;將監(jiān)測點納入統一管理,逐級落實保護責任,提高監(jiān)測站點的使用壽命和利用效率。
(2)優(yōu)化調整地下水監(jiān)測內容。地下水監(jiān)測不僅是對地下水水位、水溫、常規(guī)水質的動態(tài)監(jiān)測,而且還要對水源保護區(qū)、自然(人工)濕地、工程建設區(qū)等不同地區(qū)的地下水集中開采、地下水污染、水文地質條件變化等不同問題,加強對環(huán)境與生態(tài)功能的監(jiān)測,逐漸擴展監(jiān)測內容。例如近來頗受關注的新興污染物[13-16]以及細菌、微生物等,以進一步加強地下水監(jiān)測支撐服務生態(tài)文明建設的能力。
(3)升級改造監(jiān)測設備,提升監(jiān)測能力。充分借鑒和吸收國內外先進監(jiān)測設備及技術方法,結合湖北省地下水監(jiān)測需求,一方面要提高水位、水溫監(jiān)測自動化率,將人工監(jiān)測點進行自動化改造,將現有的自動化監(jiān)測點進行升級,不斷提高數據監(jiān)測精度和準確度;另一方面要考慮水質自動化監(jiān)測的需要,開發(fā)研制經濟實用的水質多參數自動監(jiān)測設備及水位水溫水質一體化監(jiān)測設備,全面提升自動化監(jiān)測與傳輸能力。
(1)搭建互聯共享服務平臺。建設湖北省地下水信息管理服務系統,統一管理省級地下水監(jiān)測點及監(jiān)測數據,并與國家地下水信息應用服務系統實現互聯共享。充分利用物聯網、互聯網、云平臺、大數據、三維可視化等先進的技術方法,實現地下水監(jiān)測站點的遠程管理、運行維護,監(jiān)測數據的有效管理、動態(tài)分析、預測預警和地下水資源數量與質量的聯合評價、信息發(fā)布等功能。
(2)豐富數據產品。充分利用地下水監(jiān)測數據,開發(fā)地下水數據產品及成果,拓展地下水監(jiān)測數據應用場景,提高地下水監(jiān)測網服務能效。一是地下水監(jiān)測的直接產品——監(jiān)測數據。比如:掌握地下水動態(tài)變化信息,為政府決策提供數據支撐;向公眾和社會提供地下水基本動態(tài)信息;指導地下工程建設、地下空間設計開發(fā)、水利工程設計建設、農業(yè)灌溉等;地下水溫度數據可以為地下水熱能(淺層地溫能或地熱)開發(fā)提供依據;同時各類監(jiān)測數據可以用于支撐企事業(yè)單位、科研院所等相關項目及科研工作。二是地下水監(jiān)測數據應用成果。比如:地下水預測預警成果可為地下水資源開發(fā)保護、地下水污染預防、生態(tài)環(huán)境保護、地質災害預防等提供依據;單層或多層含水層評價、水質水量聯合評價、實時動態(tài)評價等地下水資源評價成果能更好地服務于水資源精細化管理、開發(fā)利用,為自然資源資產負債表提供數據保障;地下水環(huán)境質量評價成果可為安全供水、地下水污染識別與防治、生態(tài)環(huán)境保護等提供數據支撐。
(3)暢通服務渠道。建立監(jiān)測數據共享、發(fā)布機制和渠道。強化線下渠道,以“產品”的思維來打造監(jiān)測數據成果,豐富產品種類和形式,將單一的成果報告拓展為多層次、多樣化的成果產品,如專業(yè)技術報告、圖件、建議文本、結構模型、數值模型、物理模型、視頻、動畫、圖冊、科普展板、數據平臺等。加強宣傳,讓產品進政府、進社區(qū)、進學校、進企業(yè)等。
利用好新型的線上渠道,通過網絡向社會公眾發(fā)布監(jiān)測數據及成果。
地下水監(jiān)測的根本目的是為了更好地服務于地下水資源管理、水資源優(yōu)化配置、生態(tài)環(huán)境保護等。地下水監(jiān)測網是實施地下水監(jiān)測工作的基礎,持續(xù)、準確、穩(wěn)定地獲取監(jiān)測數據是地下水監(jiān)測工作的根本,提供面向政府、公眾、企事業(yè)單位和科研院所等不同用戶的數據產品是地下水監(jiān)測工作的落腳點。這需要不斷完善地下水監(jiān)測網,保障其運行穩(wěn)定,持續(xù)獲取可靠的數據,挖掘并講好數據背后的故事。