基于GIS技术的炼化企业地下水监测井管理与维护

吴向阳，白祁民，张静淑

（兰州石化公司研究院地理信息技术研究所，甘肃 兰州 730060）

1 引言

《中华人民共和国水污染防治法》第四十条明确规定，化学品生产企业以及工业集聚区等的运营、管理单位，应当采取防渗漏等措施，并建设地下水水质监测井进行监测，防止地下水污染。近年来，各炼化企业在厂区及周边建成的地下水监测井，是企业对属地区域内地下水进行监测的重要设施。利用监测井对地下水污染情况进行监测具有操作方便、成本低、及时准确等优势，还可以用于环境抽样检查环节，以此对污染物实现实时监控[1]。为了实时掌握地下水水质情况，有针对性地开展保护工作，需要对这些监测井进行有效的管理、维护。

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是管理、存储、处理、显示、分析地理空间上各类要素的信息系统，可以直观而高效地解决在什么地方，有什么东西，什么特点，存在什么样的变化等一系列问题。GIS在地理、规划、交通、采矿、地学、农林业等行业得到了广泛应用。

兰州石化公司通过多年的地理信息系统技术应用，开发了厂区地下管网地理信息系统，可浏览与查询地下管网、装置、罐区、厂房、道路等的空间和属性信息，实现了管网管理的可视化与动态管理。地下水监测井作为企业重要的安全环保基础设施，用信息化的手段对其进行管理是必然趋势，借鉴地理信息系统技术在管网管理中经验，探索GIS技术在炼化企业地下水监测井管理的应用，对于提升监测井管理具有积极意义。

2 炼化企业地下水监测井概述

根据《石油化工环境保护设计规范》（SH/T 3024—2017）规定，石化企业应对生产厂区及周边的土壤和地下水潜水实施监控。在厂区地下水上、中、下游设置长期观测井，并按照规范要求的检测频率对地下水水质进行检测，通过实时掌握地下水水质情况，运用水质检测结果，有针对性地开展厂区环境保护，提高生产的安全环保性[2]。

按照《地下水环境监测技术规范》（HJ 164—2020）规定，地下水监测井的日常管理与维护应满足以下5个要求：

（1）每口监测井应建立基本情况表（环境监测井）。井的撤销、变更等信息应记入原监测井的基本情况表中，对新增监测井需要重新建立基本情况表（环境监测井）。

（2）指派专人对监测井进行定期巡检，发现井及附属设施损坏，应当及时修复。

（3）每年应对监测井的井深进行1次测量，当井内淤积物淤没滤水管，应及时组织清淤。

（4）每2年对监测井进行1次透水灵敏度试验。当向井内注入灌水段1 m井管容积的水量，水位复原时间超过15 min时，应组织洗井。

（5）当井口固定标识、孔口保护帽等发生损坏或移位时，必须及时组织修复。

兰州某炼化企业在国家重点行业企业用地土壤污染状况调查工作中，企业生产区建成了地下水监测井共80多口，充分利用这些监测井，建立完善的监测制度，实现对地下水质量和污染情况的监测和报告，及时发现污染倾向，有效预防地下水突发事件，防止对地下水环境造成不利影响，同时为制定、完善突发事件应急机制提供决策，有效控制污染范围和事件的影响，对于企业安全环保管理具有积极意义。

但是由于这些地下水监测井分布在炼油、化工厂区不同装置，归属于不同的二级单位主管，随着时间推移，由于装置改建拆除等原因，地下水监测井会出现井体、标牌损坏等现象，给管理和维护带来困难。

GIS数据库由大量的空间数据层及属性数据构成，每个数据层都存放着逻辑上统一、类型上一致的空间对象，所有空间对象都有相应的属性数据。使用GIS可以方便地管理地下水监测井数据，叠加地下水监测井周边的地物、地下管网等图层，既能够对空间数据进行管理，也可以对监测井的变化进行管理，有利于对地下水监测井的实时情况进行动态更新和科学管理。建立地下水监测井信息系统，实现地下水监测井的可视化管理可有效解决监测井的管理和维护问题。

3 炼化企业地下水监测井地理信息系统功能设计与建设

3.1 地下水监测井地理信息系统设计

选择地理信息系统平台软件，通过对厂区地下水监测井、地物、装置、设备、安全环保相关的设备设施的地理信息数据采集，建成企业地下水监测专题地理空间数据库，建设企业地下水监测井地理信息系统，实现地下水监测井的信息查询、专题图绘制等，实现地下水监测井的可视化，为企业安全环保管理提供技术保障。地理信息系统主要功能如下：

（1）图形数据与属性数据一体化管理。系统支持多种数据类型如GML、DWG/DXF、MapInfo MID/MIF和TAB文件。支持在标准的数据库管理系统表中存储和管理地理信息，具备防止数据丢失，数据访问效率高等功能[3]。

（2）分层组织、专题显示。按照建筑物、监测井、抽水井等类型进行分层管理，按照专题属性进行专题显示。

（3）系统编辑功能。可以对图形、数据库内容按需求做增加、修改、删除等编辑工作，使系统动态维护易于实现。例如实现建筑物、各类井的添加、修改及删除。

（4）信息查询。实现图形属性双向互查，具有方便、灵活的查询功能。通过鼠标可任意选取点、线、面进行信息查询。查看井的监测数据，井的性质及运行状况，监测井周围装置特征、污染物信息等。

（5）信息统计。系统通过GIS空间数据库技术，将地图、各类资源统一管理，根据各种查询结果，实现地下水样品检测数据、巡检数据地统计和分析功能。

3.2 地下水监测井地理信息系统建设

建设地下水监测井地理信息系统，首先要进行井、相关地物等的空间信息采集，然后通过数据处理将这些成果集成在地理信息系统软件中，并将收集的属性信息输入系统中。

地下水监测井地理信息系统建设步骤：

（1）现场调研，需求分析和方案制定

系统建设的前期工作包括现场调研，需求分析和方案制定。现场调研主要是对地下水监测井的基础建设资料进行收集，对井位分布状况进行现场踏勘。需求分析主要是通过与企业对口管理部门进行交流和对接后，确定管理部门对系统的功能、性能、可靠性等具体要求。最后按照调研和需求分析情况进行方案的编写。

（2）数据采集

数据采集包括空间和属性数据采集，主要包括实物的空间位置（图形）及其有关属性的采集，作为地理信息系统的基础数据。空间数据采集需要对井及相关地物进行定位、测量，确保系统数据准确、可靠。空间位置测量使用仪器主要有全站仪、GPS等。属性数据由建设过程的基础资料获取，通过查阅图纸、现场搜集完成，由相关部门配合，进行完整规范的记录，录入属性数据库中。

（3）数据处理

数据处理是将现场测量数据转化成GIS软件可读写的格式类型。数据处理主要包括图形处理和属性处理两部分。空间数据处理主要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。

在属性处理中，对新录入的图形进行属性设置，如果该图形是新增类型的属性，需要先设置属性字段内容，如果属于已有属性类型，只需要完成属性的内容填充。内容填充包括2个方面：一是取该实物的空间参数值，例如该实物的坐标、长度、面积等信息的数值等；二是取其基本参数值，例如井深、水位高度、建设时间、管理部门等。

（4）系统开发与数据集成

地下水监测井地理信息系统开发选择ArcGIS地理信息平台软件，集成数据库技术、空间数据引擎技术、系统集成技术等，采取功能控制流和数据流交叉组织的方式，实现GIS浏览、管理、分析等功能。

系统采用数据层、服务层和应用层3层架构完成。数据层由地面实物、监测井、地下管线等二维、三维数据构成，采用分布式的存储与管理模式。服务层面向客户提供基本的地图操作，如浏览、数据查询、属性查询、数据的增、删、改等基本功能以及缓冲分析等空间分析功能。应用层针对数据中心管理端，采用C/S方式建设；结合地下井数据的特点，开发系统各功能模块，集成厂区数据，完成地下水监测井地理信息系统的建设。

地下水监测井地理信息系统，可以为企业相关部门提供地下水监测井信息查询及相关技术支持。包括地下水监测井分布查询、统计、分析和相关的出图服务。

2.1两种方法的疗效比较置管引流组在住院天数、脓腔消失时间优于细针抽吸组,差异显著(P<0.05)。见表1。

4 地下水监测井地理信息系统维护与服务

地下水监测井地理信息系统应用的关键是数据的实时更新，对地下水监测井信息的动态维护非常重要。

（1）定期数据更新。为了保持系统数据的完整性，系统维护人员需要定期对监测井进行巡检，进行地下水监测井地理信息系统维护，根据监测井和抽水井巡检情况，对地下水监测井进行数据采集和处理，每周进行一次数据维护，更新系统数据。

（2）新建监测井数据更新。对新建设的地下水监测井，从建设开始到结束进行跟踪，等监测井建设完成后，对新建的地下水监测井及周边实物完成数据采集，并将采集的数据录入系统，完成系统中相应区域内的实物数据和监测井数据更新。

5 基于GIS技术的地下水监测井日常管理与维护

（1）地下水监测井日常巡检管理

日常巡检开展地下水水位、水温、pH、溶解氧、电导率、氧化还原电位、嗅和味、浑浊度、肉眼可见物等现场监测（采用手持监测设备）。另外，对所有监测井和抽水井进行日常巡检，主要包括井台、井盖、标牌等进行巡检，若日常巡检中发现井点遭到破坏，则及时上报上级管理部门，并将信息录入地下水监测井地理信息系统。巡检周期为每周1次，可根据实际情况调整。若巡检常规指标出现异常，则根据情况加大特征污染物监测频次。

（2）年度洗井及清淤工作

按照要求每2年对监测井进行1次洗井和清淤工作，并开展灵敏度试验。

洗井方法可采用水泵抽洗或空压机反复交替洗井，洗井后进行透水灵敏度试验，达到要求后结束洗井工作。

灵敏度试验方法为：向监测井内注入1 m井管容积的水量，当水位恢复时间超过10 min时，应进行洗井。

（3）应急管理

当出现地下水环境污染事故或水质监测结果异常时，及时上报企业，开展应急抽水工作、地下水应急监测，制定应急抽水方案和进行专业技术指导。在应急状况下，应急监测水质取样及分析工作应优先于正常水质监测取样及分析工作，但正常水质监测取样及分析工作应照常开展。

6 结论

采用ArcGIS地理信息平台软件，开发地下水监测井地理信息应用系统，实现厂区地下水监测井及地物、装置、设备、安全环保相关的设备设施的信息等要素的管理、存储、处理、显示、分析，系统具有图形数据与属性数据一体化管理优势和分层组织、专题显示的特点，具有方便、快捷的系统编辑、信息查询功和信息统计功能。通过企业地下水监测井及相关地物地理信息数据采集，建设企业地下水监测专题地理空间数据库，为地下水监测井管理提供服务，要定期进行数据更新，及时增加新建监测井数据，为企业相关部门提供准确的地下水监测井信息，对地下水监测井日常巡检管理、年度洗井及清淤、应急管理等方面具有积极意义。