岩溶地区地下水环境监测难点及解决思路

江 川，肖德安

贵州省环境监测中心站，贵州贵阳550081

地下水监测是获取地下水信息的重要途径，在地下水资源管理和环境保护工作中至关重要，是一项必不可少的基础性工作。中国的地下水监测工作主要由国土部门和水利部门负责开展，更多的是出于地下水资源管理和地质环境保护的目的监测地下水水位和水量，对水质的监测较少。随着工农业的发展、人口数量的增长，地下水污染问题逐渐突出。尤其在岩溶地区，由于岩溶地貌较为发育，岩溶地下水与地表联系紧密，极易受地表污染物的污染［1-2］，面临岩溶洼地变成“垃圾坑”，岩溶管道变成“排污通道”的威胁［3］。因此，水质监测在岩溶地下水监测中显得更为迫切和重要。然而，针对特殊的含水层性质、复杂的水文地质条件、极不均匀的地下水分布等特征，岩溶地区地下水水质监测工作要求更高，难度更大。如何在岩溶地区布设水质监测点，如何建设水质监测井，如何确保样品代表性，都是岩溶地区地下水水质监测工作面临的实际困难，而且鲜有针对性的研究资料供参考。基于此，综合考虑岩溶地区地下水的特征，结合岩溶地下水监测的现状，分析了当前岩溶地下水监测工作中存在的问题，提出了科学的建议，以期为岩溶地区地下水水质监测提供技术参考。

1 岩溶地下水特征

1.1 含水层特征

碳酸盐岩在中国广泛分布，主要以云南、贵州、广西为主体，包括川南、渝、鄂西、湘西、桂西、粤北、滇东地区，总面积约54万平方千米，其分布区主要赋存碳酸盐岩类岩溶地下水，含水介质为溶蚀裂隙、溶蚀管道、溶孔溶洞等。根据岩性、含水介质及地下水动力条件，可将碳酸盐岩岩溶水划分为碎屑岩及碳酸盐岩岩溶-裂隙水、碳酸盐岩及碎屑岩类裂隙-岩溶水、以白云岩为主的溶洞-裂隙水、以石灰岩为主的裂隙-溶洞水4个亚类［4］。该含水岩组岩溶发育强烈，岩溶洼地、落水洞、漏斗、天窗、竖井、地下河、溶洞等岩溶个体形态齐全。该类含水岩组富水性总体较强，但是含水极不均匀。相对于均一的含水层，岩溶含水层的本质脆弱性和含水不均匀性使岩溶地区地下水监测工作比普通地下水区域的监测复杂得多。

1.2 地下水分布特征

岩溶地下水最明显的特征是分布极不均匀，表现为富水性的差异性和水力联系的各向异性。在岩溶地区，由于受构造和溶蚀双重作用的影响，裂隙、管道等纵横多层位分布，导致含水介质具有非均质性和渗透各向异性，形成地下水空间分布的极不均匀性［5］。因此，岩溶地下水并不是均匀地遍及整个可溶岩的分布范围内，而是赋存于可溶岩的溶蚀裂隙和溶洞中。往往同一岩溶含水层同一标高范围内，或者同一地段相距不远的范围内，富水性可相差数十倍至数百倍。江成鑫等的建井案例也证实了在同一水文地质单元内岩溶地下水在水平和垂直方向上的富水性及水力联系具有明显差异［6］。岩溶地下水分布的不确定性，加大了岩溶地下水监测工作的难度。

1.3 地下水易受污性

岩溶水文系统是一个发育于可溶岩含水层中的独特水文系统，它与别的水文系统相比具有高度的敏感性和脆弱性［4］。它的敏感性和脆弱性主要是由岩溶系统的独特性造成的，与岩溶作用的动力——水文学特征变化有关［1，5］。在岩溶作用下，竖井、落水洞、岩溶漏斗、岩溶管道、地下暗河等强烈发育，形成岩溶地区特有的地表、地下双层结构［7］;特殊的结构使得岩溶地区降水入渗系数高、留存难、漏失快，形成岩溶地区水土分离格局［8-9］，使岩溶水文系统中降水、地表水、土壤水与地下水之间转化快速，沟谷交错，明流暗河交替，地表水与地下水相互转化补给，水文情势相对复杂。因此，岩溶地区地下水与地表水联系密切，地下水环境受地表水的影响较大，污染物常以地表水作为载体，通过岩溶通道快速迁移污染地下水。稳定同位素示踪研究的结果证实了岩溶地下水对地表水的响应明显，地下水与地表水之间的交换活跃，地下水极易受地表污染物的污染［2］。正是岩溶地下水易受污染的特性，突显出地下水环境质量监测的必要性和重要性。只有实时掌握地下水环境信息，才能科学有效推进地下水环境保护工作。

2 地下水监测现状

2.1 国外地下水监测现状

国外地下水监测的历史较为悠久，早在19世纪中叶，英格兰与威尔士就建立了第一个地下水水位监测网;欧美多数国家地下水水位监测始于20世纪初，美国20世纪60年代末建立国家地下水水位监测网，欧盟20世纪80年代建立国家地下水水位监测网，主要目的是为地下水资源管理及地质环境保护提供依据。然而，地下水水质监测工作相对滞后，欧盟多数国家从20世纪70～80年代开始，美国从20世纪90年代初开始执行国家水质评价计划，监测地下水水质状况和水质变化趋势［10］。日本地下水监测始于1989年，并被列入日本水环境行政的基本构成内容之一，有明确的法律规定，主要有概况调查监测、污染源调查监测和跟踪调查监测3种形式;其目的是为了及时发现污染状况，掌握水环境变化趋势，制定相关的保护对策，以保护居民健康和维护地下水质量［11］。

2.2 国内地下水监测现状

中国自20世纪50年代开始监测地下水，经历了20世纪50～60年代的全面起步，20世纪70～80年代的快速发展，20世纪90年代的总结探索和21世纪初的稳步提高等4个主要发展阶段［12］，初步建成地下水监测网络，涵盖水位、水温、水量、水质等要素。但是，当前大多数监测点分属于水利部门和国土部门(原地矿部门)，其中水利部门建立以水资源管理为主的地下水监测点24 515个［13］;截至2011年底，国土部门建立以地质环境保护为主的地下水监测点16 464个［14］，监控面积约110万平方千米;这些监测点集中分布在北方平原区。2011年10月10日国务院批复《全国地下水污染防治规划(2011—2020年)》，由环保部门牵头开展全国地下水基础环境状况调查评估工作，重点建设以地下水质量为主的地下水监测点［15］;同年11月17日，《国家地下水监测工程可行性研究报告》通过专家评审，水利部和国土资源部联合启动国家地下水监测工程，将新建或修复地下水监测点位20 135个，监控国土面积达350万平方千米，基本实现重点区域地下水动态的有效监控［16］。但是，水利、国土部门联合新建的监测网仍以水位、水量等参数的监测和周边地质环境次生灾害的监测为主，水质监测刚刚起步。

2.3 岩溶地区地下水监测现状

从1965年启动岩溶地下水研究开始，至1975年岩溶水首次作为“国际水文地质大会”的主题，10年间岩溶地下水成为非常重要的研究内容，相关学者系统研究了岩溶地区的水文地质学问题［17］，随之开始了岩溶地区地下水监测工作。其目的主要是为了满足科研的需要，侧重于从水文学的角度对典型岩溶场地地下水位动态的监测研究［9，18］。中国岩溶集中分布的西南 8省(市、区)——西南岩溶山区，从20世纪70年代开始地下水动态监测工作，至今已初步建立了地下水监测网络，地下水监测井(点)现状统计见表1［19］。

表1 西南岩溶地区地下水监测井(点)现状统计

相对于北方平原地区，西南岩溶地区地下水监测点位少、监控面积小，且集中分布在城区。此外，中国建立了广西桂林丫吉、广西马山弄拉、贵州荔波茂兰、湖南龙山洛塔、重庆金佛山等试验场，主要对岩溶地下水的pH、电导率、水温、水位、HCO3－和Ca2+等指标进行监测，重点研究岩溶地下水时间尺度上的变化规律及对环境变化的响应关系［20-25］，但较少关注岩溶地下水的水质变化。

3 问题与困难

3.1 监测点位少，布局不合理

经过半个世纪的发展，中国的地下水监测点位建设已初具规模，但是监测点位仍较少，监测井(点)密度低，而且点位分布极不平衡［26］。目前总体上呈现北方平原区多、南方石山区少的布局;国土部门所属监测点多集中在城区，水利部门所属监测点主要在农灌区;重区域尺度的监测，轻场地尺度的监测;水位、水量监测井多，水质监测井少。因此，现有的地下水监测井(点)分布不能全面真实地反映地下水状况，更不能满足复杂的岩溶地下水监测。

3.2 专用监测井少，数据代表性差

现有的地下水监测点位多数以抽水机井、农用灌溉井、自然泉点为主，专用地下水监测井较少［12，27］。多数监测井没有按照规范设计，只能根据实际情况人为调整监测方法，无法获取合理的监测数据信息。其次，受人为活动的影响大，监测数据代表性差。再者，缺乏统一完整的档案资料，管理和维护难度大，继承性较差。

3.3 侧重水位水量监测，水质监测较少

现有的大多数监测井(点)分属水利部门和国土部门［16］，其中水利部门以水资源管理为目的，重点监测水量;国土部门以地质环境保护为目的，重点监测水位及由于地下水开采引起的次生地质环境灾害。水质监测井(点)少，并且多数井(点)达不到水质监测井的要求。在岩溶地区，地下水极易受污染，水质监测显得更为重要。

3.4 缺乏标准制度，监测管理困难

首先，岩溶地区地下水监测缺乏统一的建井标准，监测井的设计、孔径、井管、滤管、止水、井台、井口保护装置和井口标识等差别较大。其次，现有的地下水环境质量评价标准相对滞后，不能适应岩溶地区地下水环境质量评价工作需要。再次，缺乏相应的管理制度和机制，现有的监测井得不到有效的后续管理和维护，被占用、损毁、淤堵等现象较多，并可能成为污染地下水的风险源。第四，缺乏现代化的地下水监测信息管理系统，建井资料、监测数据等信息难以有效管理，历史延续性差。对此，当务之急是要加强自上而下的环境监测顶层设计，建立统一的标准，建立可行的管理制度和机制，建立现代化的监测信息管理系统，实现环境监测工作科学、健康、永续发展［27］。

3.5 缺乏共享协作机制，部门共推工作困难

地下水监测工作早期由国土部门管理，后期转移至水利部门，现今环保部门也开始介入，呈现均有职责、各自为政的局面。一方面，各部门以各自的目的、任务开展工作，在点位布设、监测井设计、监测内容上相对独立，相互间沟通协作较少，实际协作配合困难;另一方面，部门保护主义导致部门间的资源信息共享难，不能实现相互补充，造成工作重复和资源浪费。

3.6 岩溶条件复杂，布点建井困难

在岩溶地区，特殊的含水层性质、复杂的水文地质条件、极不均匀的地下水分布等特征，使得地下水监测点位布设要求更高，难度更大;其次，岩溶含水层通常不具有统一的地下水位面，很难做到不同监测井间的监测层位统一［6］。因此，在岩溶地区建设具有代表性的监测井，是获取可靠数据的关键。

3.7 监测手段落后，无法实时监测

目前，地下水监测手段落后，以人工监测为主;采样设备落后，仍然采用人工提水、抽水管口接水等方式采样;采样过程中对地下水的扰动较大，所获数据的可靠性和准确性差。其次，缺乏地下水自动监测传输系统，自动化程度低，无法实现地下水水质动态实时监测，不能适应当前信息时代发展的要求和现代化管理的需求［28］。

4 解决思路与建议

4.1 统一规划，共同推进地下水监测网络建设

地下水监测井的建设涉及环保、国土和水利部门，应整合各部门的需要，统一规划，部门联动，摒除部门间各自为政、服务自我的局面;科学布局，平台共享，共同推进地下水监测网络建设。

4.2 统一标准，科学建设地下水监测井

环保、国土和水利部门应加强沟通协调，共同设计研究，统一建井标准和管理制度，按照标准建设和修复地下水监测井，不断完善监测井洗井维护和管理机制，健全监测井档案资料，切实保障地下水监测井的监测功能。

4.3 加强部门协作，有序推进地下水监测工作

在顶层设计上，强化政府责任主体意识，自上而下做好部门协作。建立联合工作机制，分工明确，密切配合，充分发挥各部门在地下水保护中的部门或技术优势，及时解决工作中存在的问题，共同推进地下水监测工作。

4.4 加大投入，全面推进岩溶地下水监测

加大经费投入是推动地下水监测工作的优先保障。过去，由于国家资金匮乏，对地下水监测工作实行差别优先推进政策，导致西南岩溶地区地下水监测工作滞后，技术水平落后。因此，国家应对工作滞后、条件复杂的地方倾斜支持，全面推进岩溶地下水监测工作。

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