地下水原位監(jiān)測解決方案

相較于地表水，地下水的監(jiān)測更加復(fù)雜，不僅需要專門的監(jiān)測井，還需要多種專業(yè)的工具。隨著《重點行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查系列技術(shù)文件》《地塊土壤和地下水中揮發(fā)性有機物采樣技術(shù)導(dǎo)則》（HJ1019-2019）等多個文件出臺，地下水監(jiān)測的方法也日趨規(guī)范。地下水水質(zhì)參數(shù)的變化與水位、流向、流速等參數(shù)相關(guān)，獲取地下水長期的流向和流速及水質(zhì)參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，對地下水中污染物的遷移擴散判斷和水資源管理及土壤地下水污染地塊的修復(fù)效果評估有非常重要的意義。

一、地下水原位監(jiān)測的意義

• 實時掌握水質(zhì)狀況：通過原位監(jiān)測能實時獲取地下水的酸堿度、硬度、重金屬含量、微生物指標等參數(shù)。例如在工業(yè)發(fā)達地區(qū)，能及時發(fā)現(xiàn)工廠排污是否導(dǎo)致地下水重金屬超標，像鉛、汞、鎘等重金屬一旦進入地下水，會對人體健康造成嚴重危害，通過監(jiān)測可盡早采取措施，保障居民用水安全。

• 預(yù)防水源污染：持續(xù)監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的污染源和污染趨勢。比如在農(nóng)業(yè)區(qū)，監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥、化肥的過量使用是否導(dǎo)致地下水硝酸鹽、亞硝酸鹽等污染物增加，從而提前采取措施調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，防止地下水受到污染。

• 支持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定：地下水是許多生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐，如濕地、河流等。通過監(jiān)測地下水位和水質(zhì)，能確保這些生態(tài)系統(tǒng)有足夠的水源供應(yīng)和適宜的水質(zhì)條件。例如，濕地依賴于穩(wěn)定的地下水位來維持其獨特的生態(tài)環(huán)境，監(jiān)測可幫助管理者及時采取措施，保證濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，為眾多動植物提供適宜的棲息環(huán)境。

• 污染溯源與預(yù)警：原位監(jiān)測可以實時追蹤地下水流向和污染物的遷移路徑，為污染溯源提供關(guān)鍵信息。一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，能根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)快速鎖定污染源，及時采取措施防止污染進一步擴散。例如在發(fā)生突發(fā)的化學品泄漏事件時，通過監(jiān)測地下水流速和流向，能確定污染物可能影響的范圍，為應(yīng)急處理提供依據(jù)。

• 評估修復(fù)效果：對于已經(jīng)受到污染的地下水區(qū)域，在進行修復(fù)治理過程中，原位監(jiān)測可以實時評估修復(fù)效果。通過對比修復(fù)前后及修復(fù)過程中的水質(zhì)參數(shù)變化，判斷修復(fù)措施是否有效，以便及時調(diào)整修復(fù)方案，提高修復(fù)效率。

• 提供數(shù)據(jù)支撐：長期的原位監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為研究地下水的形成、演化、循環(huán)等過程提供重要的數(shù)據(jù)支持?？茖W家可以利用這些數(shù)據(jù)建立地下水模型，深入了解地下水系統(tǒng)的運行機制，為水資源的合理開發(fā)和保護提供科學依據(jù)。

• 輔助政策制定：政府部門在制定水資源管理和環(huán)境保護政策時，需要準確的地下水信息。原位監(jiān)測數(shù)據(jù)可以幫助決策者了解地下水的現(xiàn)狀和變化趨勢，制定出更加科學合理的政策和規(guī)劃，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護的目標。

二、方案概述

根據(jù)地下水污染防治及環(huán)境保護的需求，本方案旨在利用歐仕科技的地下水多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測MP70、地下水流速流向儀 G.O.Sensor 以及地下水水位儀等設(shè)備，構(gòu)建一套全面、高效的地下水原位監(jiān)測系統(tǒng)。通過實時、準確地獲取地下水的水質(zhì)、流速流向和水位等關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)不同場景下的地下水污染預(yù)測、溯源等功能，為地下水環(huán)境保護和管理提供科學依據(jù)。

典型案例：上海寶鋼園區(qū)地下水原位監(jiān)測站

三、監(jiān)測設(shè)備介紹

（一）地下水多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀 MP70

MP70多參數(shù)水質(zhì)分析儀，采用鈦合金材質(zhì)，可以耐受各種嚴苛的地下水環(huán)境，可同時測量多個水質(zhì)參數(shù)，如酸堿度（pH）、溶解氧（DO）、電導(dǎo)率（EC）、氧化還原電位（ORP）、溫度（T）、濁度等。具備高精度、高可靠性和長期穩(wěn)定性，能夠?qū)崟r、準確地反映地下水的水質(zhì)狀況。MP70直徑小于195px，適用于大多數(shù)地下水監(jiān)測井，根據(jù)場地情況，可以配備太陽能供電模塊或市電，通過數(shù)采儀系統(tǒng)，實時將原位地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測單位。

（二）地下水流速流向儀 G.O.Sensor

H01型地下水流向流速儀采用先進的光學傳感器技術(shù)，能夠**測量地下水流速和流向及水位、水溫、井下影像等參數(shù)。H02型在監(jiān)測流向、流速等參數(shù)基礎(chǔ)上，拓展了水位、水溫、pH、溶解氧、氧化還原電位、濁度、電導(dǎo)率等參數(shù)，實現(xiàn)一只傳感器同時監(jiān)測水質(zhì)及水文參數(shù)。具有響應(yīng)速度快、測量范圍廣、抗干擾能力強等特點，可在復(fù)雜的地下水流環(huán)境中穩(wěn)定工作。

（三）地下水水位儀

用于實時監(jiān)測地下水水位的變化。具備高精度的水位測量能力，能夠準確記錄地下水水位的動態(tài)變化情況，為地下水的動態(tài)分析和管理提供重要數(shù)據(jù)支持。

四、監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

（一）傳感器層

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求，可靈活組建地下水原位監(jiān)測感知層，將地下水多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀MP70、地下水流速流向儀G.O.Sensor 和地下水水位儀等感知終端，分布在不同的地下水監(jiān)測點位，實時采集地下水的水質(zhì)、流速流向和水位等參數(shù)，通過水質(zhì)參數(shù)的異常變化或長期的變化趨勢，實現(xiàn)地下水污染預(yù)警預(yù)報，通過地下水流向及流速數(shù)據(jù)，預(yù)測污染羽的擴散范圍等。

 地下水原位監(jiān)測示意圖

（二）數(shù)據(jù)傳輸層

采用無線通信技術(shù)（如 GPRS、LoRa 等）將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實時性，同時具備數(shù)據(jù)加密和糾錯功能，保障數(shù)據(jù)的安全性和準確性。

（三）數(shù)據(jù)中心

負責接收、存儲和處理傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。采用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，對數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，實現(xiàn)地下水污染的預(yù)測和溯源。同時，提供數(shù)據(jù)查詢、報表生成、預(yù)警等功能，為用戶提供便捷的數(shù)據(jù)分析和管理工具。

（四）應(yīng)用層

為用戶提供可視化的操作界面，用戶可以通過網(wǎng)頁、手機 APP 等方式隨時隨地訪問監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。同時，根據(jù)不同的用戶需求，提供定制化的應(yīng)用服務(wù)，如地下水污染預(yù)警、污染溯源分析、地下水動態(tài)評估等。

五、不同場景下的應(yīng)用功能

（一）地下水污染預(yù)測

1. 數(shù)據(jù)建模：利用歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)的地理、氣象等數(shù)據(jù)，建立地下水水質(zhì)預(yù)測模型。通過對模型的訓(xùn)練和優(yōu)化，提高預(yù)測的準確性和可靠性。

2. 實時監(jiān)測與預(yù)警：實時采集地下水的水質(zhì)、流速流向和水位等參數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入到預(yù)測模型中進行分析。當預(yù)測結(jié)果顯示可能發(fā)生地下水污染時，及時發(fā)出預(yù)警信息，提醒相關(guān)部門采取措施。

3. 風險評估：根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對不同區(qū)域的地下水污染風險進行評估。確定高風險區(qū)域，為地下水污染防治提供重點關(guān)注和優(yōu)先治理的依據(jù)。

（二）地下水污染溯源

1. 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析：將水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)與地下水流速流向數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，確定污染物的擴散方向和路徑。結(jié)合周邊污染源的分布情況，初步判斷污染物的可能來源。

2. 特征指紋分析：對不同污染源的污染物特征進行分析，建立特征指紋庫。通過對比監(jiān)測數(shù)據(jù)中的污染物特征與特征指紋庫中的數(shù)據(jù)，進一步確定污染物的來源。

3. 溯源模型建立：利用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，建立地下水污染溯源模型。通過對歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，不斷優(yōu)化溯源模型，提高溯源的準確性和可靠性。

六、系統(tǒng)優(yōu)勢

（一）實時性

能夠?qū)崟r采集和傳輸?shù)叵滤谋O(jiān)測數(shù)據(jù)，及時反映地下水的水質(zhì)、流速流向和水位等參數(shù)的變化情況，為地下水污染的預(yù)測和溯源提供及時的數(shù)據(jù)支持。

（二）準確性

采用高精度的傳感器設(shè)備和先進的數(shù)據(jù)分析算法，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。同時，通過對數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，提高地下水污染預(yù)測和溯源的準確性。

（三）全面性

能夠同時監(jiān)測地下水的水質(zhì)、流速流向和水位等多個參數(shù)，全面反映地下水的動態(tài)變化情況。結(jié)合周邊環(huán)境數(shù)據(jù)和污染源信息，實現(xiàn)對地下水污染的全面監(jiān)測和管理。

（四）智能化

采用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能化處理和分析。能夠自動識別地下水污染的特征和趨勢，及時發(fā)出預(yù)警信息，并提供污染溯源和治理建議。

七、結(jié)論

本方案利用歐仕科技的先進地下水感知監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建了一套全面、高效的地下水原位監(jiān)測系統(tǒng)。通過實時、準確地獲取地下水的關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)了不同場景下的地下水污染預(yù)測、溯源等功能。該方案具有實時性、準確性、全面性和智能化等優(yōu)勢，能夠為地下水環(huán)境保護和管理提供科學依據(jù)，對于助力地下水環(huán)境監(jiān)測的數(shù)值化轉(zhuǎn)型具有重要的應(yīng)用價值和推廣意義。