广花盆地地下水动态自动化监测网络设计与实现

叶 珊

(广东省地质环境监测总站,广东 广州 510510)



广花盆地地下水动态自动化监测网络设计与实现

叶 珊

(广东省地质环境监测总站,广东 广州 510510)

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。该文介绍了广花盆地地下水监测工作的历史与现状,以及2013年至2015年监测区地下水动态监测成果；分析比较自动化监测网络建设前后的监测数据量,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。

广花盆地；地下水；自动监测；现状

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[1]。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,为区域经济和社会发展提供了重要保障。推进科学先进监测手段的应用,对于及时获取有效信息,实时监测地下水动态尤为必要。

地下水的监测方式主要采用人工和自动监测[2]。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,监测仪器比较先进,兼容性和数据传输的稳定性更强；国内虽然监测频次高,但是自动化程度低,主要还是依靠人工监测、人工报送[3]。

广花盆地位于广州市区的西北部,地下水监测工作自1959年开始,1972年因故中断,又从1979年恢复监测,是广东省最早启动的一个地下水动态监测站点。目前广花盆地地下水监测手段单一落后,至2013年底为止,地下水位仍靠原始手工量测(测绳、测钟等),既增加工作难度,精度也不高。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)地下水水位、水温动态数据提供了技术支持,为科学开采地下水、改善环境地质问题,查明地下水动态变化规律提供了翔实准确的基础数据[4]。

1 监测区基本情况

1.1 自然地理概况

广花盆地监测区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800 km2。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840 km2。

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12～25 m,最高点为西部的雅髻岭,海拔408.6 m。低山丘陵风化土层较厚,植被发育,水源涵养条件好[5]。广花盆地地貌单元由三角洲平原、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。

1.2 水文地质概况

监测区地层于地表出露泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系外,其余时代地层缺失。第四系区内分布最广,石炭系次之。前者岩性主要为粘土、粉细砂、中粗砂及砾石,厚度一般在7～35 m之间,最厚达61.02 m,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,是监测区主要的孔隙含水层岩类；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,岩溶发育,溶洞、裂隙连通性较好,有利于岩溶水赋存和运移,是监测区主要的岩溶含水层岩类。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。

1.3 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1月取样,丰水期7月取样。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)。均为人工监测点。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)。

表1 监测区监测历史基本情况表(截至2013年底)

2 监测区地下水动态监测自动化建设现状

2.1 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水位和水温数据,利用GSM无线通信方式将数据传送至监测主站,主站汇总汇集,加工整理生成各种监测数据列表、报表和曲线图等(见图1)。系统可以实时采集地下水的水位和水温数据,迅速发现异常,及时采取相应措施。系统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；系统软件功能强大、界面友好、操作简便。整合无线通信技术、单片机技术及网络通讯技术,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有力工具。

图1 地下水自动监测系统拓扑示意

2.2 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次/月(上半年人工长观点)、1次/月(下半年人工长观点)和6次/d(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 a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),监测区的地理位置处于全省地下水监测站网的中心(见图2)。

图2 广东省地下水动态监测区分布

表2 广花盆地监测区基本情况表(2014年)

2.3 地下水动态监测频率

未安装水位、水温自动监测仪之前,2013年度监测区内仅依靠人工测量地下水水位,全年测得961条水位数据,没有监测水温。2014年6月开始,监测区内选取了26个监测点升级改造,安装了自动监测仪,监测频率大大提高,全年测得28 584条水位数据和33 600条水温数据。 2015年全年共完成地下水位监测(人工+自动)47 940次和水温监测47 700次。监测区内共有地下水水质监测点9个,均为人工取样监测,这3 a以来监测次数均为18次/a(表3)。

表3 2013年、2014年、2015年地下水动态监测频率对照

从表3可知,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。

3 存在的主要问题及建议

3.1 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。

3.2 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20世纪六七十年代以来的布局,未能全面覆盖广花盆地,需要进一步更新、调整、完善。

3.3 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。

3.4 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。

4 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[6-8]；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。

[1] 王爱平,杨建青,杨桂莲，等.我国地下水监测现状分析与展望[J].水文,2010,30(6)：53-56．

[2] 姚永熙.地下水监测方法和仪器概述[J].水利水文自动化,2010(1):6-13．

[3] 杨建清,章树安,陈喜，等.国内外地下水监测技术与管理比较研究[J].水文,2013,33(3):18-24．

[4] 刘画眉,黄武平,黄东，等. 广东省地下水开发利用现状及特点[J].广东水利水电,2014(12):64-67．

[5] 高可华. 广东地下水年际变化浅析[J].广东水利水电,2002(5):37-38．

[6] 吴伟伟.晋中地下水自动监测及控制的现状与研究[J].陕西水利科技,2008(4):81-83．

[7] 唐立强.河北地下水动态监测现状、规划和前景分析[J].中国水利,2014(9):21-23．

[8] 兰建梅,梅金华,潘卓.益阳市区地下水自动监测井网部署及建设概况[J].国土资源导刊,2013(7):94-96．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Design and Implementation of Groundwater Dynamic Automatic Monitoring Network in Guanghua Basin

YE Shan

(Geo-Environmental Monitoring Central Station of Guangdong Province, Guangzhou 510510，China)

The automatization dynamic monitoring of groundwater is an important support for getting accurate groundwater information, processing research and management of water resources. History and current situation of groundwater dynamic monitoring in Guanghua Basin and the progress of dynamic monitoring of groundwater in the monitoring area from 2013 to 2015 are introduced. On the basis of analyzing the amount of monitoring data before and after automatic monitoring network building, the construction and management of the groundwater automatic monitoring in Guanghua Basin is discussed.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.

groundwater；automatization dynamic monitoring；Guanghua Basin； current situation

2016-05-09;

2016-05-24

叶珊(1982),女,博士,工程师,从事地下水动态监测工作。

P641.74

B

1008-0112(2016)06-0053-04