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我们国家南北和东西都纵横万里,资源总量之大导致别的国家羡慕至极,这固然令人欣喜,但是我们应该注意到的问题是我国的资源人均占有量少的可怜,毕竟我国的人口总量十分大。在各种资源类型之中,水资源的人均占有量远远低于其他的国家,更严重的是我国的人口仍然在持续的增长,所以人均水资源占有量也同时在不断地降低。在这样一种严峻的形势下,我国的国民经济建设与人民的日常生产生活都受到极其严重的影响,之所以水资源影响着我们国家的经济发展和社会稳定,地下水环境的不断恶化是一个重要的因素。因此,对于地下水环境进行一定的保护是当下我们必须高度重视的问题,而只有具备一定的地下水环境监测技术,才能更好的实现上述目的。接下来对于我国的地下水环境监测技术进行细致的探讨和研究,以期为改善我国的地下水环境提供绵薄之力。
1我国地下水环境监测现状
1.1针对地下水环境监测的相关法律法规不健全
我国针对性环境保护而制定的法律法规数不胜数,但是专门针对地下水环境监测制定的法律制度却基本没有,至今为止,地下水环境监测工作的开展也仅仅是依靠《中华人民共和国环境保护法》,这样以来,对地下水环境的监测就缺乏足够的针对性,由于规律和制度的缺乏,导致地下水环境监测工作无章可循,完善地下水环境监测法律是我们当下要高度重视的问题。
1.2地下水环境监测信息共享不及时
地下水环境监测工作的开展不仅依赖于先进的监测技术和完善的法律制度,同时离不开一定的信息资源,但是目前我国在这方面做得并不够,在地下水环境监测信息方面存在着共享不够及时的问题,这一问题的存在目前已经成为了限制我国地下水环境监测工作进展的限制性因素和瓶颈所在。
1.3地下水环境监测系统还需升级完善
之所以我国的地下水环境监测难以取得实质性的进展,还有另一方面的原因,即地下水环境监测系统不够完善,各个城市关心的仅仅是自己的环境监测工作的开展,使得我国的地下水环境监测缺乏规模化、系统性,降低了整体的环境监测水平。因此,地下水环境监测系统的漏洞亟待改正与完善。
1.4诸多地下水环境监测人员素质技能有待提高
意识是行动的必要基础和重要前提,要想使地下水环境监测工作得到切切实实的执行,监测人员必须从心底里、意识中和思想深处意识到做好环境监测工作的重要性,但是很明显,当前我们国家在环境监测方面的人才急剧匮乏,既有的人才也缺乏足够的素质和技能,专业知识极其缺乏,实践经验基本没有。
2地区地下水监测状况
我区地下水动态监测开始于20世纪60年代,监测点按不同级别分5天、10天、30天的频率进行水位、水温监测,每年枯水季取全水质分析及“五毒”“三氮”水样进行分析化验。国家级监测点丰、枯季各取一次样进行分析。由于部分监测孔具有不同程度的淤积,在一定程度上影响了监测质量。
3地下水环境监测技术分析
对地下水环境的监测工作与一般的工作项目不同,这项工作对于测量设备和测量人员都提出了严格的要求,所用的设备必须具有质量保证,不能使测量出现过大的误差。而测量人员也需要审时度势,根据实际情况采取合理的地下水环境监测方式与技术。接下来就详细的分析各种地下水环境监测技术。
3.1抽出处理技术
我我们国家的地下水环境监测事业具有起步晚、发展水平低的特点,相比于西方一些发达国家来说较为落后,“抽出处理技术”我们国家的地下水环境监测在刚起步的时候主要运用的监测技术。在具体处理中,主要又细分为物理化学、生物方法和综合法。物理法主要是采用吸附法、过滤法等。化学法主要是采用离子交换法、氧化还原法等。这些方法的使用多为辅助方式,主要与其他技术手段相结合使用。
3.2物理处理技术
顾名思义,物理处理技术主要利用各种物理方式进行水环境的处理,进行动力控制、屏蔽和被动三种收集方法。在物理技术处理中与OTTEcolog00地下水监测记录仪结合,可更好的监测水位、水温数据,并采用一体化无线传输,再结合OTTHydras3数据平台进行数据的接受处理和远程控制。
3.3水动力控制技术
水动力控技术也是主要强调对于物理原理的利用,对那些遭到污染的水源进行监测。在详细分析水层分布情况的基础上,对不同的水层进行抽水或者注水,最终实现对于水体的分离。而被分离出来的水体会得到再一次的化验分析监测。这项监测技术的优势有很多,具体来说经常采用表层流场控制和选择层泄水的方式。
3.4原位处理技术
原位处理技术也是地下水环境监测中被广泛应用的一种技术,这项处理技术的实施措施有很多,主要是渗透性反应墙(PRB)技术和土壤气相抽(SVE)技术。
4结语
通过笔者在文中的详细叙述和分析我们可以得知,我国的地下水环境监测工作已经取得了很大的进步和长足的发展,但是我们必须承认其中仍然存在着很多明显和棘手的问题,要想从根本上彻底的提高地下水环境监测水平,首先要完善监测技术,增强监测理念与意识,提高监测的自动化,使得地下水环境得到保证,也使得地下水的水质得到改善和提高。以上是浅要见解,不足之处敬请谅解并指出。
参考文献:
[1]李展杰.环境监测技术的现状和发展趋势分析[J].企业技术开发,2015(27).
[关键词]水城盆地 地下水监测 岩溶塌陷
[中图分类号]F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-7-131-2
0前言
地下水动态监测的主要目的是为了进一步查明和研究区域水文地质条件,特别是地下水的补给、径流、排泄条件,掌握地下水动态规律。但事实上地下水监测数据的用途远远不止如此,许多研究者[1]认为气候变化与人类活动对地下水水质、水量的影响只有从监测网所获取的信息来进行评价;区域监测网络的优化设计主要是基于历史监测数据的分析拟合[2]。
水城盆地工业发达、用水量大,岩溶塌陷发育,且地下水监测工作发展时间长,累积数据量大;本文是通过对水城盆地历史地下水监测数据的整理分析,应用于水城盆地岩溶塌陷的防治和水文地质钻孔定位,探讨地下水监测数据新的应用方向,具有较大的实际应用价值。
1水城盆地概况
水城盆地位于贵州西部六盘水市,东西长22.5km,南北宽5.5--9km,总面积约208km2。研究区属于亚热带高原型温凉季风气候,年平均气温12.3℃,多年平均降雨量为1231.1mm。盆地内主要构造有威水复背斜和法子冲涡轮构造,主构造线方向与盆地长轴方向一致,呈NW--SE带状展布。区内主要含水岩组有石炭下统摆左组(C1b)、石炭下统上司组(C1s)。和石炭中统马平组(C2m)、滑石板组(C2sh);主要隔水岩组为二叠下统梁山组(P1l)、石炭下统旧司组(C1j)以及上覆的第四系粘土层。P1l、C1j和第四系粘土层分别为盆地的隔水边界和隔水顶底板,使水城盆地成为一个完整的水文地质单元。大气降雨是盆地唯一的补给来源;盆地四周为峰丛地貌,岩溶发育,没有地表水系,大气降水全部人渗补给地下水,并在盆地边缘出露成泉,发育成盆地唯一水系--响水河;因存在隔水边界和隔水底板,盆地地表水、地下水均由盆地东部边缘的缺口(金竹林出口)排泄,多年平均排泄量为8.6×107m3/a。
2水城盆地监测现状
贵州省地质环境监测总站六盘水监测站成立于1988年,成立以来长期承担六盘水市水城盆地地下水环境监测任务;水城盆地监测控制面积为282.1KM2,监测点总数为38个,其中国家级监测点4个,省级监测点34个;按监测项目水位、水质、水温、水量监测点数分别为22、38、30和28个。通过二十多年的监测,六盘水监测站获取了大量水城盆地地下水动态变化及水质变化数据,提交了多份地质环境年度监测报告,为六盘水市科学制定环境保护、地下水开采方案和城市建设规划提供了技术支撑。
3水城盆地地下水水位年际变化
选取了以下三个具有代表意义的典型长观点:六盘水钟山区凤凰办事处马鞍山长观点、六盘水钟山区下钟山市供电局东长观点及六盘水钟山区头塘长观点,并筛选出监测数据充足的年份进行对比分析。其中马鞍山长观点位于水城盆地工业集中区域,抽水量大、水位埋深值大;供电局东长观点距马鞍山长观点不远,但水位埋深仅5米左右,具有较强的对比意义;而头塘长观点已接近盆地边缘,属于地下水排泄区域,水位埋深小,变化幅度小。
三个典型长观点的水位变化数据均具有类似规律(图1):(1)2001年4月水城盆地水位值均为监测点建成以来最低值;(2)2008、2009年水城盆地各监测点水位均为二十年最高值;(3)2009年上半年水城盆地水位基本与2008年同时期持平,但下半年水位值均低于2008年同期水位。
对比水城盆地历年抽水量(1984年为2784.95×104m3/a;1991年为3409.28×104m3/a;1995年为3910.88×104m3/a;2000年为3980.23× 104m3/a[3]),发现2000年左右抽水量达到最大值,使得该年旱季水位为历史最低点;而经过六盘水市对地下水资源的管理保护,限制开发,现已经取得显著成效,各监测点水位均不断回升,2008年地下水水位已超过90年代初期地下水水位;再次因受到2009-2010年西南大旱影响,水城盆地降雨量骤减,使得水城盆地地下水水位从2009年8月开始水位值低于前年同期水平。
4水城盆地区域水位埋深变化
根据水城盆地地下水监测数据情况,选取了1992年、2001年及2009年数据所有水位监测点数据,根据各监测井井口标高换算成埋深数据,利用Mapgis软件DTM分析功能成图。具体方法如下:将监测点展布到地形图中,提取各监测点不同年份的埋深数据,并结合区域水位地质特征进行克里格插值,再进行离散数据网格化处理,最后将区域埋深划分为小于5m、5-10m、10-20m、大于20m四个区间成图(图2)。
结果显示,水城盆地大部分地区水文埋深都在5-10m之间,盆地边缘水位埋深较浅,德坞、八家寨水位埋深大,为盆地主要降落漏斗发育区,也是盆地地下水水位降深较大区域;二十年间盆地整体水位埋深变化幅度不大,抽水降落漏斗位置没有发生改变,仅漏斗面积有所增减,值得注意的是2001年头塘附近出现有降深大于10m的降落漏斗,且该年整个盆地的水位埋深均较大,这也与2000年左右盆地抽水量达到最高峰相头塘至关;而2009年盆地地下水水位埋深均较浅,大于20埋深的区域仅马鞍山周边极小快,盆地东南部水位埋深都已经在5米以内;此外通过埋深对比图还发现盆地埋深变化最频繁的区域主要为八家寨周边以及头塘至花鱼井一带。
5水城盆地地下水水质现状
水城盆地是以岩溶峰丛、洼地为主的岩溶地貌区,广泛分布着及半型可溶性灰岩,地下水的补给、径流、排泄均在灰岩的岩溶溶隙、管道中进行。地下水的主要化学组分受可溶性灰岩组分的制约较为明显,其水质类型为单一的HCO3---Ca2+型水,PH值在6.9--7.6之间。但由于受到人类活动的影响,部分地下水化学组分已经发生变化并加入了新的化学组分。
利用盆地内2009年度地下水水质监测资料,绘制水城盆地地下水质量分布图(图3)。如图所示盆地地下水质量总体分布情况如下:分水岭两翼及盆地边缘地带的水质好于盆地内人口密集区及工业排污地带;黄土坡以东沿响水河河段至头塘地带污染最为严重。将水质级别划分为优良、良好、较好、较差、极差,各级别涵盖面积分别为120.36 Km2、49.45 Km2、29.05 Km2、14.5 Km2、0.4Km2;其中优良区面积占总面积的67%。
主要超标组分为NH4+、NO2-、Cd2+、COD、Mn2+等,其中NO2-的年超标率最高为22.4%,其次为NH4+和Cd2+。即引起地下水污染主要原因为生活污水,其次为工业污水。
6水城盆地岩溶塌陷特征
水城盆地为岩溶塌陷多发地带,有文献显示[4]自上世纪八十年代至今水城盆地产生塌陷坑约1800余个。岩溶塌陷的主要危害有:毁坏农田、造成房屋倒塌,造成直接经济损失;破坏交通,折断水管和电线杆,严重影响居民生活工作;甚至于塌陷发生后,地表污水沿塌陷点注入地下水系,直接污染了地下水,造成更大程度的经济和生态损失。
水城盆地岩溶塌陷的研究历来是地质灾害方面的热点,尤其是塌陷形成机理的研究,多位学者[5.6]认为岩溶塌陷主要是长期过量开采地下水所引发。另外还有多份文献[6.7]总结了岩溶塌陷的分布规律,即岩溶塌陷多发生在节理发育、岩溶发育强度大的河流阶地两岸;多发生在地下水埋深浅、降深大、地下水位波动频繁地段;钻孔抽水影响半径(600m)以内,为岩溶塌陷高发区;地下水质量较差区域也容易发生岩溶塌陷。
对比本文3-5节水城盆地地下水监测数据分析,可知从德坞至头塘响水河沿线均为岩溶塌陷的重点防治区域。
7水城盆地岩溶塌陷防治建议
鉴于岩溶塌陷主要是长期过量开采地下水所引发,因此水城盆地的岩溶塌陷防治应该着重从从盆地地下水开发利用入手。首先是水文地质钻孔的定为应充分避开岩溶塌陷高发区域,且尽可能直接安排在型岩溶区域;其次应尽量避免开采浅层岩溶水,转入较深部取水能有效的降低岩溶塌陷发生几率;控制抽水强度,控制水位降深,并尽可能保存均匀速度抽取地下水;继续进行地下水动态观测和研究,深入探讨地下水动态变化与塌陷产生的内在联系,以期达到预知预防岩溶塌陷的目的。
参考文献
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[关键词]地下水 自动监测程序 GPRS技术 无线传输
[中图分类号] TV211.1+2 [文献码]B[文章编号] 1000-405X(2013)-11-263-1
我国是世界上严重干旱缺水的国家之一,人均淡水资源仅为世界平均水平的四分之一。且全国水资源监测报告显示,我国的污水排放量在20年间增长了一倍还多,并有逐年增加的趋势,也就是说目前我国的水资源存在的主要问题是水资源匮乏和水资源污染。要解决我国严峻的水资源形势,节水治污是关键,对水资源的合理开发与利用,避免水资源的浪费是基本。地下水资源是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一,开采利用量约占全国总用水量的10―15%,尤其是在北方地表水不丰富的地区,地下水的开采量更大。但是,地下水的开采现状却不容乐观,开采技术的落后造成地下水资源严重污染与浪费,水利专家指出,地下水的不合理开发会导致水位持续下降,地陷的危险,所以对地下水资源的水位、水质等的监测是保证地下水合理开发的前提。传统的地下水监测方法主要依靠人工,准确性与时效性都不能得到有效保障。现代无线传输技术的发展给地下水资源动态的发展提供了新的方向。本文就基于当前GPRS技术的地下水自动检测程序进行讨论,报告如下。
1地下水自动监测系统
地下水自动监测系统主要由四个部分构成,分别是传感数据采集、GPRS发送与接收模块、服务器、客户端。其中GPRS发送与接收模块主要起到了数据传输的作用。依赖于与中国移动的GPRS/GSM专网,在传感器(可以对地下水的水位、水温、浊度、溶解氧、电导率、高锰酸钾指数、氨氮等数据进行监测)将地下水监测数据转化为模拟电信号并放大转化,数据封包后,GPRS无线发送模块会将数据传送到专网,并通过服务器端对接收模块发来的水文数据进行解析储存。客户端则可以向服务器端发送数据请求,然后根据收到的数据进行分析、评价,做出必要的预警。
2 GPRS无线传输技术的特点和传输方式
2.1GPRS无线传输技术的特点
中国移动的GPRS无线网络信号具有信号覆盖面积广、通信质量可靠、数据传送速度快、成本低、性价比高的优点。尤其是对于分布在野外的观测井,架设专用电缆的成本高,投资大,架设难度高,无线传输技术可以有效解决这些问题。
无线通信的方式与种类比较多,卫星通信、超短波无线数传、扩频技术和GSM网络传输都属于无线通信的范畴,但是他们的传输特点各有不同,应用范畴也不同。如卫星通信技术定位准确但费用高昂;超短波无线数传技术组网容易,扩展灵活,费用较低,但是数据传输覆盖率低、传输速度慢,且易受外界干扰;扩频技术传输速度快,但传输距离有限。相对而言,GPRS/GSM传输技术,基于移动GSM网络,覆盖范围广,且在GPRS服务中增加了服务节点、支持节点、计费网关、边缘网关等,是实体连接紧密,数据传输质量可靠,速度快,费用低,是理想的数据传输方式。
2.2GPRS无线传输的数据传输方式
将地下水传感检测器采集到的数据信息进行模拟、转化和封装之后进行无线传输到服务器端,这个过程有两种不同的传输方式,公网传输和专网传输的区别在于GPRS网络和Internet网络地址进行转化。
公网传输。公网传输值得是地下水自动监测系统的服务器端和传感检测端都要通过移动的运营商接入Internet网络,GPRS网络作为转换节点,传感检测采集到的数据先发送到GPRS网络,再由GPRS网络传送到服务器端,这种传输方式是常见的一种网络输送数据方法,但公共网络的安全性无法得到有效的保障。
专网传输。专网传输指的是监测点与系统的服务器端在无线网络内部使用内网的私有通信地址进行数据传输,而专网之外的用户无法进入该网络进行访问,有效避免了公网传输带来的安全隐患。专网指的是中国移动额VPN虚拟网络,VPN虚拟网络的数据传输无需经过Internet网络,而是通过给网络内的每一个GPRS设备配备一张SIM卡,并绑定固定的IP地址,分配独立上网的APN,按照各种网络协议进行数据传输,无需转化Internet地址。专网传输同时具有稳定性和安全性的保障,在水资源自动检测程序中具有十分重要的意义。
3基于GPRS无线传输技术的地下水自动监测的软件程序
地下水自动检测的软件系统与整个系统是相对应的,其包括了传感器采集模块中的单片机软件程序、服务器和客户端的计算机软件程序等。
传感器采集模块中的单片机软件程序使用C语言代码。程序中需要包括数据采集、滤波、封口和串口通信等,数据采集过程采用的是各通道轮流查询模式,滤波采用低通滤波,封包则按照对应协议保证数据的完整性。
服务器和客户端的计算机软件程序则采用可视化语言代码,如VB何VC++。服务器的软件是用于接收、解析、保存数据包的,当客户端发送请求时,将数据包重新封包发送,所以对软件要求不高,只要没有系统漏洞就可以。而客户端程序的主要功能包括数据信息的显示、数据的分析统计与检查等,客户端要能通过数据参数的变化对发展趋势做出评估,对可能出现的问题进行预警,所以编程语言要与服务器端的程序保持一致。另外,客户端程序要具备数据查询功能,可以将矩阵的模式引入程序编写过程中。要求自动化检测程序的误差精度要在2%以下。
4小结
与人工测量相比,地下水自动化监测程序的应用将使检测精度提高100倍以上,而GPRS无线传输技术的应用则为数据的快速传输与发送提供了可能。对全面、及时、科学的了解地下水水文信息具有重要意义。
关键词:地下水位;压力式传感器;RS485;Modbus
前言
众所周知,滑坡一旦发生,会造成一定范围内的人员伤亡和财产损失,也会对周边道路交通造成阻塞。而造成滑坡的因素有很多,如:降雨量,地下水位,深部位移等。为避免以及减少滑坡造成的危害,对滑坡进行监测预警是必需的,其中地下水位的监测是滑坡监测预警中的重要环节。故对地下水位监测要做到信号传输稳定,适合较长距离探测,及时且有效,易于实现。
1 传感器的选择和使用
采用打井方式监测地下水位[1-2],在此采用的传感器是投入式压力传感器,根据传感器所受到的液体静压与此时液体的高度所成的比例来测得水位。当把传感器投入到被测液体中某一深度时,传感器受到液体压力公式为:
P=ρ×g×H+P0
P为传感器所受液体压力;ρ为被测液体密度;g为重力加速度(调试时按照9.8015处理);P0为液面上大气压;H为传感器投入液体的深度。当传感器投入到被测液体的某一深度时,传感器测得的实时压力为:ρgH,根据计算就可得出水位。
此次选用的压力式水位计传感器型号为CYW15,它是投入式的液位传感器,具有防雷击、截屏干扰设计、抗干扰能力强。供电电压为9~36VDC,过载能力为200%FS,响应频率≤500Hz,防护等级为IP68。同时能够很好的过压保护和限流保护,稳定性好、响应速度快。该压力式水位传感器封装性能好,探头直径为28mm,有两种输出接线方式:电流输出接线(两线制)和RS485(数字信号)输出接线(四线制),本次采用四线制输出。
2 系统设计
传感器、传感器信号处理电路、STM32F407、电源等构成了本次设计的地下水位实时监测系统,系统设计框图如图1所示。选用的主控芯片STM32F407,其微处理器工作频率可达168MHz,内置了高速存储器和4K字节的SRAM。为了提高转换精度,ADC配有独立电源,可以单独滤波并屏蔽PCB上的噪声。
2.1 传感器信号处理电路
传感器信号处理电路主要进行的是I/V转换和信号分压及其阻抗匹配,使传感器输出的电流信号进入到主控芯片的模拟量检测输入端,实现水位量到电压值的转换。传感器输出信号为小信号(4~20mA电流信号),为防止干扰以便于后续电路的处理,故需要对此电流信号进行放大将其转换为0~5V的电压信号。
使用I/V转换电路进行信号转换,此电路使用的是双电源±12V供电,电源去耦采用1μF钽电容。采用RCV420能够使得输出信号为0~5V,总变换误差小于0.1%。RCV420具有两个信号输入端口+In和-In,输入信号连接哪一个端口取决于输入信号的极性。传感器的输入信号极性为正,连接的是+In。
2.2 A/D转换
STM32F407微处理器内部集成的12位逐次逼近式ADC转换模块共有19路输入,允许测量来自两个内部来源,16个外部来源及VBAT通道的信号。每个通道可以进行单次、连续、扫描或者断续模式的A/D转换。转换结果存储在左对齐或者右对齐的16位存储器中,ADC可以配置12位、10位、8位或6位分辨率。ADC模块供电要求:2.4~3.6V下可以全速运行,当电压降至1.8V时,以较慢的速度进行转换。
由于STM32F407内部集成的ADC已经具有较高精度,足以满足此次设计的要求,所以A/D转换直接使用ADC模块,把模拟信号转换为数字信号。
2.3 电平转换
本设计中采用半双工的是RS485通信方式进行电平转换,串口数据为9600bps,同时使用Modbus-RTU模式协议。Modbus-RTU模式的数据报文帧,在最大字节为256:设备地址为1字节、功能码为1字节、CRC校验码为2字节和数据区为0~252字节。其中传感器参数采集的Modbus-RTU协议模式功能码为:0x03表示读取寄存器;0x06表示写单个寄存器;0x10表示写多个寄存器。
3 实际应用
现利用PVC管实现地下水位模拟装置,验证本次设计的系统功能是否能实现。PVC管透明且高2m,刻度为2mm,通过改变传感器在PVC里面放置的位置,以测得实时水位,实际应用测得的数据如表1所示。
从实际应用结果可以发现测量值和实际值存在一定误差,随着水位加深,相对误差逐渐减小,最小相对误差为1.2%。由于所选择的传感器的精度是0.1%FS,所以误差在传感器的精度范围内,结果较为理想。在实际应用期间,数据信息能够进行及时发送和返回,监测实时水位。同时本系统能够稳定运行,在野外进行实地监测,监测结果理想。
4 结束语
文章利用STM32F407作为主控芯片对传感器信号进行A/D转换,采用RS485通信技术和Modbus通信协议对数据进行实时发送接收,最终实现地下水位的实时监测。本系统易于实现,减轻了人员的劳动强度,方便快捷,可提供可靠的数据,具有广泛的应用领域。但在数据处理上还存在一定的误差,后续还需进一步处理将精度提到更高。
参考文献
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2013年,全国203个地市级行政区开展了地下水水质监测,监测点总数为4778个,其中国家级监测点800个。
依据《地下水质量标准》(GB/T14848- 93),综合评价结果为水质呈优良级的监测点498个,占监测点总数的10.4%;水质呈良好级的监测点1287个,占26.9%;水质呈较好级的监测点148个,占3.1%;水质呈现较差级的监测点2095个,占43.9%;水质呈极差级的监测点750个,占15.7%。主要超标组分为总硬度、铁、锰、溶解性总固体、“三氮”(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和铵氮),硫酸盐、氟化物、氯化物等,个别监测点水质存在重(类)金属铅、六价铬、砷等超标现象。
与上年比较,有连续监测数据的水质监测点总数为4196个,分布在185个城市,其中水质综合变化呈稳定趋势的监测点有2795个,占66.6%;呈变好趋势的监测点有647个,占15.4%;呈变差趋势的监测点有754个,占18.0%。
“好水”比例呈逐年下降
“总体来看,2013年,在全国有连续监测数据的水质监测点中,地下水水质综合变化趋势以稳定为主,呈变好趋势和变差趋势的监测点比例相当。”公报这样总结。
记者梳理2011年至2013年公报发现,3年来,全国地下水的水质呈逐年下降趋势。
2011年呈优良、良好和较好水质的监测点占总数的45%,2012年和2013年,这一比例分别降至42.7%和40.4%。
与此相对应,从2011年至2013年,水质较差和极差的监测点占总数的比例分别为55%、57.4%和59.6%。
环保专家质疑监测标准
对于2013年公报披露的全国地下水水质监测数据,知名环保专家、中国环境科学研究院研究员赵章元接受记者采访时表示,确实能看出地下水水质逐年变差的趋势,但公报中的结论性数据过于简单,无法作更多评价。
去年3月,赵章元在翻阅北京律师黄乐平向国土资源部申请信息公开获得的全国地下水水质监测报表后指出,国土资源部门监测水质使用的还是国家技术监督局1993年制定的《地下水质量标准》。在该标准中,地下水质量的分类指标共有39项,而报表中的监测数据只有36项指标,包括上述标准中的23项指标和不在标准中的13项指标。此外,部分城市的监测点水质监测缺项很多,并不能反映真实情况。
“有一项没有数据,都没有办法计算出水质的总体情况。”赵章元说。
三杯饮用水两杯来自地下
北京是世界少有的以地下水为主要水源的大都市,市民喝的每三杯水中就有两杯来自地下水,南水北调江水进京后,地下水仍将占北京市供水量的50%左右。
去年10月,北京市政府地下水保护和污染防控行动方案,提到北京市浅层地下水污染形势严峻,但北京地下水水质究竟如何,鲜有监测数据。
其实在早年的《北京环境状况公报》中,曾经公布过北京地下水的状况,但仅是个别区域的局地状况,对全市地下水水质的整体状况没有进行过评价。而在近年的《北京环境状况公报》中,只有对地表水的评价,没有地下水情况的介绍。
2010年,北京投资8476万元建成平原区地下水环境和重要污染源监测网络,通过1182个监控井实时监测京城地下水和污染源,具体监测工作由北京市地勘局下属的水文地质工程地质大队承担。
大队工作人员对记者表示,地下水水质等数据是“敏感信息”,工作由环保部门负责。北京市地勘局网站上虽然有“地下水资源”栏目,但内容已有4年多未更新。
800监控井“盯住”地下水
北京市环保局水和生态处处长韩永岐表示,在北京平原区地下水环境和重要污染源监测网络的1182个监控井中,有800多个用于对地下水进行分层监测,其中300多个用于浅层地下水(地面至地下50米)的监测。“尽管在国内来说,这可能已经是最密的监测网了,但仍然不能准确反映北京地下水的总体情况。”韩永岐说,地下水和土壤一样,用某个点位的数据很难代表整体情况。据了解,目前,水务、环保等部门正在做加密点位的计划,进一步完善监测网。
韩永岐介绍,根据现有监测网络的数据初步判断,北京约40%的浅层地下水(地面至地下50米)一些指标超标,其中超过20%是由于天然地质背景值造成的,主要是总硬度、铁、锰等指标偏高。另外20%超标则可能与城市污水排放、工业企业污染、农业面源污染等有关。
韩永岐表示,北京目前的饮用水开采层主要在100米以下,这部分地下水的水质没有问题,水务部门、自来水公司对城市供水有完整的监测系统,并在其网站上对社会公布。
【关键词】地下水;环境质量现状;评价;主要问题及原因
0.前言
牡丹江地区山间河谷平原和山间河谷盆地普遍分布有第四系沉积物,其中含有孔隙水或孔隙裂隙水、孔洞裂隙水,是主要含水层,随着含水层成因、类型、地质结构、地貌形态以及所处的地形部位不同,地下水类型、分布、地下水径流排泄及含水层特性,都显示出一定的差异,规划内地下水可分出下列四类类型。
松散岩类孔隙潜水:主要分布于牡丹江、穆棱河、绥芬河干流及其支流高漫滩和低漫滩区以及一级阶地前缘地带,绥芬河和穆棱河二级阶地局部为潜水。含水层岩性主要为中粗砂、砂砾石、砾卵石,地下水埋深1.5-6m,近河流处地下水埋藏浅,远河流处地下水埋藏较深,地下水通过包气带与大气圈及地表水圈有较密切联系,气象和水文对地下水水位变化影响较大,丰水年份或季节,潜水接受的补给量大于排泄量,潜水面上升,地下水埋藏深度变小。反之,干旱季节排泄量大于补给量,潜水面下降,地下水埋藏深度加大。潜水的动态有明显的季节变化,资源易于补充恢复,地下水水位年变化幅度1-3m,单井涌水量一般为260-1000m3/d。
松散岩类孔隙微承压水:主要分布于牡丹江、穆棱河、绥芬河二级阶地和一级阶地的大部区块,上覆3-6m的亚粘土、亚砂土,形成隔水顶板,含水层下部为前第四纪地层的基岩,为弱或极弱透水性,形成含水层隔水底板。含水层补给区一般为位置较高的台地区或低山丘陵区,径流距离较短,形成的承压水头较小,承压水头一般小于3m,属于微承压水。地下水埋深一般为2.5-4m,年变化幅度一般小于3m。区内大多数微承压水的补给、径流、排泄条件较好,含水层参加水循环较积极,水质较接近入渗的大气降水及地表水,地下水含盐量较低。单井涌水量变化较大,一般为210-600 m3/d。
松散岩类孔隙、裂隙潜水:分布于山间河谷盆地或山间河谷平原内后缘地区,在地貌单元上属于山前台地,上部普遍覆盖有亚粘土、亚砂土,厚度较大,大部分地区为6-8m,五林镇山间河谷盆地内局部地块亚粘土、亚砂土覆盖层厚度达10-25m,东宁镇山间河谷盆地部分台地覆盖层为重亚粘土,厚度5-10m。地下水埋深一般为5-9m,部分地区为10-15m,大部地区为潜水、局部呈暂时性微承压水,含水层岩性以含泥中粗砂为主,厚度2-5m,地下水补给、径流、排泄条件较差,单井涌水量小,一般小于100 m3/d。牡丹江上游东京城镇山间河谷盆地分布有火山堆积熔岩低台地。
第四纪镜泊湖火山熔岩类孔洞、裂隙潜水:含水层由镜泊湖气孔状玄武岩组成,分布于牡丹江河谷熔岩低台地、二级阶地第四系松散岩类砂砾石孔隙水上部或下部,与砂砾石孔隙水一般均有较好的水力联系。厚度变化较大,一般5-6m,倾斜平原大于11m,风化破碎严重,气孔及节理裂隙发育。地下水储藏于节理裂隙和气孔构造中,由于玄武岩的节理裂隙和气孔发育不均衡,所以,地下水存在的形式也略有差别,局部为临时性微承压水。地下水与大气和地表水循环较密切,水位受气象和水文影响较大,地下水水位年变化幅度1-4m。
1.牡丹江市地下水环境质量状况
1.1牡丹江市地下水监测数据统计
牡丹江市地下水分企业地下水监测、市区周边地下水监测,监测数据统计见表1-1-1和1-1-2。
表1-1-1牡丹江市部分企业地下水监测情况
表1-1-2 市区周边地下水监测情况
1.2牡丹江市区地下水环境质量评价
根据《地下水质量标准》GB/T14848-93Ⅲ类标准对我市地下水进行评价。
1.2.1牡丹江市区企业地下水水质评价
我市企业地下水水质状况较差,超标率达80%。主要超标的项目有色度、浑浊度、嗅和味、铁、锰、硫酸盐、砷、细菌总数、总硬度、亚硝酸盐和氨氮。在所监测的企业中,只有兴隆镇乜河村和黑龙江省精英计算机职业技术学校达到地下水III类标准。
超标项目较多的企业是牡丹江前进碳化硼有限公司和源丰木业制品加工厂,其次是凯鹏机械制造有限公司。
1.2.2市区周边地下水水质评价
我市周边地下水水质状况良好,除温春镇和青梅村的高锰酸盐指数和北山别墅和温春镇的亚硝酸盐略高外,其余监测点位均达到地下水III类标准。
1.2.3我市主要矿泉水水源地水质评价
我市主要矿泉水水源调查监测情况水体均符合地下水III类标准,水质良好。
总体评价,牡丹江市区地下水铁、锰以及氨氮和亚硝酸盐偏高。
其中企业地下水污染区域主要集中在市中心工业区。
2.牡丹江市地下水的主要问题及原因分析
牡丹江市地下水存在的主要问题是铁、锰以及氨氮和亚硝酸盐的污染。
[关键词]地下水开采 地面沉降灾害 机理 现状 措施 探究
[中图分类号]P641 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-7-307-2
1前言
地面沉降是在自然条件和人为因素作用下,由于地壳表层土压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象。地面沉降是一种缓慢的地基压缩变形过程,这种现象常在那些新近沉积的正在发生固结的地方发生。地面沉降会对地表建筑、基础设施和地下环境带来巨大危害,其最主要原因就是地下水的超采、滥采。虽然地下水超采并非引发地面沉降灾害的唯一因素,但是此类因素导致的地面沉降灾害最普遍、最严重。太原市的城市地面沉降多发,因此对地面沉降的防控研究一直走在国内前沿,也取得了一定的成果。本文通过介绍地下水开采引发地面沉降的机理、太原市地面沉降现状及防治地下水开采引发地面沉降的具体措施,探究地下水开采引发地面沉降灾害这一问题的治理方式和解决途径。
2地下水超采导致地面沉降的机理
2.1引发地面沉降灾害的主要因素
地面沉降的导致因素有多种,主要有矿产资源开发、地下水超采、地表以下工程建设等因素,各类因素引发地面沉降灾害的机理和范围各不相同,而地下水超采属于地面沉降灾害的最主要致因。我国因地下水超采因其地面沉降的主要多发区域为华北平原、珠江三角洲、长江三角洲和汾渭平原,全部为水资源丰富,经济发达,地下水使用量大的地区,这些地区的地下岩层也多含有压缩性粘土层。
2.2地下水超采引发地面沉降机理
地面沉降机理可以采用有效应力原理进行解释,即开采前的含水层上方荷载由含水层本身及固体颗粒骨架共同承担,荷载与承受力相互平衡,其中 为上覆荷载的压力值, 为水体中固体颗粒骨架承担的压力,属于有效的应力, 为含水层中水体承受的压力,为孔隙水承担的压力。
当地下水进行开采之后,孔隙水的压力 随着水位下降而减小,但是 由上覆岩层决定,因此其数值不会发生变化,因此要想实现新的应力平衡, 就必须承担更多的压力,就必然会导致承压的骨架发生压密和变形的现象,同时水体压力增大,导致水体密度变大,顶底板结合水向水体渗流,粘土层变性固结,以上因素综合作用,最终引发地面沉降灾害。
沉降总量可以采用下列公式计算: ,其中 为沉降总量, 为土层厚度, 为有效应力即骨架应力的变化量, 为沉降的修正系数(经验系数),通常在0.2~0.7之间波动。
以上可以看出,地下水超采引发地面沉降的主要方式就是水位下降带来水体压力降低,压力传递至骨架土层时产生该土层压密和变形,进而带来地面沉降灾害。
3太原市地面沉降现状
太原市的地面沉降历史与地下水开采的时间跨度基本一致,因此可以判断太原市地面沉降灾害的主要发生诱因为地下水超采,必要条件为具有压缩性的土层。
太原市地下水的开采特点为水源地集中开采型、层位集中式开采型和时间( 季节性)集中式开采型,简称三集中式。地下水超采诱发地面沉降灾害观点的主要支持证据为:
3.1地面沉降中心与地下水沉降中心位置基本一致
通过统计,太原市地面沉降的漏斗中心位置与各地下水水位下降的最低点位置分布情况基本一致,太原市地下水水位的下降中心点主要位于在西张地区和城区, 西张地区形成西张水位降落漏斗中心, 城区形成万柏林、下元、吴家堡、小店漏斗四个漏斗中心; 而地面沉降的漏斗也主要发育在西张与城区两个地区。因此可以认定地下水水位下降对地面沉降有促进作用。
3.2地下水开采时间与地面沉降发生时间基本一致
这里提高的一致是指太原市各区进行地下水开采的时间,与相应地区发生地面沉降的时间之间的间隔相对固定,据此可以推断地下水开采是诱发地面沉降的因素之一。
3.3可压缩粘土层为沉降必要条件
通过统计地下水开采范围和沉降发生范围,将地下水开采范围内发生沉降与未发生沉降区域进行对比,发现在产生沉降区域,含水层附近均含压缩性粘土层,据此判断粘土层的压缩为地面沉降的直接原因。
4防治地下水超标开采的措施
4.1政策层面采取的措施
政府应建立统一的地下水资源利用管理机构,对本地区的地下水资源进行合理的规划和开发;同时建立水源监测、研发团队,强化地下水动态监测能力;制定完善的法律法规,严厉打击地下水超采、滥采和盗采行为;加大水资源保护资金投入,对水源进行保护;积极宣传节水理念,减少地下水用量。
4.2地下水资源开采管理层面采取的措施
(1)对地下水资源进行开采时,应当制定严格的开采规定,包括开采时间、开采范围和开采量,避免过浅开采、过量开采和长期持续性开采的现象发生,保护地下水资源的自我恢复能力,实现地下水资源的可持续开发。
(2)加强地下水资源的信息管理和监测,采用先进技术对地下水现状进行动态监测,利用监测资料调整水资源利用计划,将地下水资源保持在合理范围内。
进一步完善地下水动态监测网络和地面沉降的检测,改进监测手段,利用CPS监测与分层监测标组监测自动化技术,提高监测成果的时效性和服务水平。从而及时掌握地下水开采与地面沉降动态情况,适时调整地下水开采计划,实现地下水资源的动态管理,所得数据对科研工作也具有重要意义。
(3)利用地表水资源补给地下水,同时在降雨量多的季节,减少地下水的开采,优先利用地表水,为地下水恢复预留空余时间;最后,还可以通过地下水污染的治理、湿地工程和生态治理等方式提高地下水质、自我恢复能力和可持续开发能力。
充分利用雨水灌溉,开展人工增雨作业,增设人工增雨作业点,灌溉季节增加有效降雨,工业生产和民用中尽量多的利用中水,据有关资料统计,城市供水的80%转化为污水,经收集处理后,其中70%的再生水可以再次循环使用。合理利用中水、雨水,减少地下水的开采量,以恢复和养蓄地下水,改善水文地质环境。
4.3已发生超采地区的补救措施
增加对因地下水超采导致地表沉降灾害地区的研究,探索合理恢复地表变形的途径和技术,同时增加地表测量监控力度,密切关注地表变化,及时对发生变化的地区进行地下水开采控制;回灌地下水,通过人工的补给含水层,提高水体承压能力,减缓地面变形,保证地面构筑物的安全;此外,沿海地区发生地表沉降时,在治理地表的同时防止海水倒灌入地下水漏斗区域引起水质变化。
5结束语
地下水的超采引发地面沉降灾害已经为人熟知,但是当前缺乏有效手段对地面沉降区域进行减缓和修复,及时能够进行修复,各种损耗和代价也太过高昂;要治理地面沉降问题,只能从预防角度出发,严格控制地下水开采,加强水质监测和地表变形监测,确保将地面沉降遏制在初发阶段。此外,应注意除了地下水超采能够引发地面沉降,其它地质原因或人为原因也会导致此类灾害,因此在发生地面沉降时,要准确判断引发类型再采取相应措施。因此,地面沉降灾害需要我们继续探索更为行之有效的途径,来实现地面沉降的根本性治理。
参考文献
[1]张文华.太原市地面沉降的现状及发展变化趋势[J].地质灾害与环境保护,2010,21(4):38-40.
【关键词】地下水;水质;污染;承德市
1引言
地下水是水循环的重要组成部分,它为地球上的生命物体及人类提供水源。随着经济的发展和人口的增加,地下水资源的开发利用也日趋广泛,地下水已成为城市、农村和工农业用水的重要水源。因此适时对地下水进行监测,及时掌握地下水水质的优劣及其变化趋势,为水资源管理部门提供决策依据,就显得尤为重要。
2研究区域自然概况及水文地质条件
2.1研究区域自然概况
承德市位于河北省东北部,北靠辽蒙,南临京津,东和东南与省内的秦皇岛、唐山两个沿海城市接壤,西与张家口市相连。地理位置为北纬40°11′40°40′,东经115°55′-119°15′。承德市幅员面积39548平方千米,其中市区面积18.6平方千米,截至2008年末,全市总人口369.38万人,市区人口30万。
承德市属亚温带向亚寒带过渡地带,半湿润半干旱,四季分明,光照充足,昼夜温差大。年平均气温8.9℃,年均无霜期160天.夏季多温凉,冬季少严寒。多年平均降雨量537.6毫米降水量分布的总趋势是西北少、东南多。
2.2区域水文地质条件
承德市的水文地质情况较为复杂,从大陆单元上是位于中朝陆台北缘,与蒙古地槽南缘相接。最突出的区域地质特点中国标准阿尔卑斯式褶皱构造,由于褶皱同期或后期花岗岩的侵入,局部地区也产生了窟窿和小型盆地构造,伴随着产生了砂的断层,并间有逆掩断层。整个承德市辖区共分三块构造:一是蒙古地槽,二是内蒙古背斜,三是燕山沉降带。
3地下水水质监测与评价方法
3.1评价区及监测井的选择
承德市在八县三区共布设30眼地下水监测井,全年在枯水期5月和丰水期9月两次进行监测,以反映我市丰、枯季地下水水质变化情况,基本上能反映我市地下水水质状况及污染程度。本次评价选取了年河北省水环境监测中心承德分中心2006年2011年共6年地下水水质监测资料进行分析评价。同时在样品采集和分析的过程中考虑了环境样品采集和分析质量保证措施能够符合实验室计量认证的相关要求。
3.2评价标准及评价因子
本次评价采用《地下水质量标准》(GB/T 14848-93),《生活饮用水标准》(GB5749-2006),《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)。水质评价因子包括:PH值、硫酸盐、氯化物、总硬度、溶解性总固体、氟化物、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数、挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬、铅、镉、铁、锰等19项评价参数。
3.3评价方法
评价方法采用各水质监测井水质分析资料的年均值与《地下水质量标准》中3类标准相比较,来确定水质类别,从而得出水质级别,并计算各类水质占总监测井的比例,由此得到地下水水质评价成果,统计主要污染物,超标倍数及超标井率。其中污染物质的超标倍数以地下水3类质量标准统计计算,即评价中的超标倍数实际为超过3类水质标准的倍数,检出井率=检出井数/检测井数×100%;超标井率=超标井数/检测井数×100%最后综合2006-2011年6年的监测资料,评价出6年平均水质状况及水质级别,并分析地下水污染趋势。
3.4评价结果
从评价结果来看,承德市地下水中的超标井率为36.7%(超标井指超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)III类标准的水井),其中Ⅳ类水占23.3%,超V类水占13.4%。主要超标项目为总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数、汞、铁和锰含量。
3.5地下水水质趋势分析
通过对2006年-2011年承德市地下水监测井水质监测资料分析得出,监测井水质变差的有4眼,占13.3%,水质逐渐变好的监测井15眼占50%,无明显变化的11眼,占36.7%。水质明显变好的原因是不同地域采取了不同的措施,例如工矿企业排放废水量明显减少,生活垃圾有固定点处理,各县基本上均建立了不同的处理污水的设施,污水处理厂相继建设并启用。
4地下水功能评价
从生产、生活对水质的要求出发,依据《生活饮用水标准》(GB5749-2006)及《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)对地下水监测井进行功能评价。
4.1饮用水
承德市地下水水质按《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)进行评价,符合生活饮用水卫生标准的共19眼,占评价井总数的63.3%;不符合生活饮用水卫生标准的共11眼,占评价井总数的36.7%。超标项目主要为总硬度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、铁等。
4.2农田灌溉用水
承德市地下水水质按《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)进行评价,全部符合农田灌溉用水标准。
5地下水水质污染成因分析
承德市地下水水质受到不同程度的污染,其原因主要表现在:
5.1总硬度过高主要是由于承德的特殊的地质结构、岩层结构及土壤本身的性质所造成的。
5.2氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等物质含量过高,主要是由于在农业生产中,对农药、化肥的不合理使用造成的。农药和化肥,除草剂等残留物质常年积累在土壤中,随着灌溉水及雨水的淋浴,入渗到地下水中。另外工业废水及生活污水也是导致地下水中氨氮等物质超标的原因。
5.3矿山开采,水源开采。在开采矿山的过程中,大量的地下水不断涌现出来,矿物污染物进入地下水中,既造成了地下水源的浪费又加剧了地下水的污染。
6地下水资源水质保护建议与措施
承德市地下水已经出现了不同程度的污染,这样会严重制约经济的发展,影响居民的身体健康,因引起有关部门的高度重视,采取相应的措施加以治理,改善地下水水环境状况。
6.1加强水环境保护宣传,严格执行《中华人民共和国水法》和《中华人民共和国水污染防治法》等环境法规,提高全社会对水资源、水环境的认识。
6.2加大执法力度,增强环境意识,控制污染源,建设污水处理设施,防止工业三废及生活用水无限制的排放,采用科学的方法合理使用农药与化肥。
6.3保护水资源,防治水污染必须加强地下水水质管理和水质监测工作,对各水质监测井应实行跟踪监测,发现水质异常,应进行重点监测,查找原因,及时解决和处理。
6.4引水补源和改善水质
被污染的地下水,如果杜绝其污染来源,经过一定时间后,由于地下水的自然补给、运动和岩层的吸附,可以逐渐稀释和净化。但是在地下水径流条件不很通畅的条件下,其净化过程十分缓慢。因此,采用人工补给的办法,利用水质达标的地表水进行回灌,可以大大加快稀释和净化过程。
7结语
通过对承德市地下水水质状况的分析及评价,得出了承德市地下水水质已经受到不同程度的污染,应该加强地下水资源的保护,根据承德市水文地质状况,作出合理的水源规划,同时不断提高县、乡污水处理能力,有计划、有步骤、有针对性的对地下水水质进行科学的管理,全面提高地下水资源利用率,促进水资源的可持续发展和各项事业的健康发展。
参考文献
[1]中国标准出版社第二编辑室.水质分析方法国家标准汇编.中国标准出版社[M].1996
[2]河北省承德市水资源保护规划报告.河北省承德市水资源管理办公室、河北省承德水文水资源勘测局[R].2001
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