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如何选择地下水污染监测的方式

已有 2863 次阅读 2023-6-27 22:26 |系统分类:科研笔记

为了有效地保护和管理地下水资源,需要对地下水的动态变化进行及时、准确、全面的监测,掌握地下水的补给、径流、排泄、水位、水量、水质等要素的变化规律,为地下水资源评价、科学管理和环境问题防治提供科学依据。

 

地下水污染监测是指对地下水中存在或可能存在的有害物质进行定性或定量的检测,以评价地下水的污染程度和风险。地下水污染监测是地下水污染防治和修复的基础,也是评估地下水环境质量和功能的重要手段。然而,由于地下水埋藏深度不同、含水层结构复杂、流动规律难以掌握等原因,地下水污染监测具有较高的技术难度和成本。因此,如何选择合理有效的地下水污染监测方式,是一个亟待解决的问题。

 

本文将从以下几个方面介绍如何选择地下水污染监测的方式:

 

监测指标的筛选

要实现地下水污染的精准高效监测,指标的选取与优化是关键。 地下水常规参数测定能很好地反映水质基本状况,并能与地表水监测结果相衔接 。 此外,还可以结合区域环境质量状况、历史污染物以及较为成熟的自动监测仪等选取具代表性的特征指标。

 

可通过在线监测传感器监测的项目有水位、 水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、氧化还原电位等 常规指标以及氨氮、高锰酸盐指数、硝酸盐、水中 油、水 中 有 机 物 等 表 征 污 染 状 况 的 特 征 指 标 。 指标越多,配套建设的站房配置 及监 测、维护成本越高。 有研究认为,电导率能客观反 映地下水中氯化物的浓度,自动监测技术相对成 熟且兼具经济实用性,在沿海区域可采用测定电 导率的方式代替氯化物测定。 溶解氧、pH 和电导率的变化会在一定程度上影响地下水中砷 的地球化学性质,电导率和钠、氯化物浓度之间具 有很好的相关性。

 

结合实际,除常规参数外,优先选取水体中的 氨氮、高锰酸盐指数作为在线监测指标。 针对位 于沿海地区的重点污染源,通过电导率、氯化物的 测定来直接或间接反映水质矿化度等指标变化情 况。 在潜在有机污染区域,选取水中有机物、水中 油等作为有机污染指示性指标。 应重点研究各个 指标间的相关性,为在线监测指标的选取与优化 提供参考。

 

监测设备的选择

地下水污染监测设备主要包括监测井、传感器、遥测终端和数据平台等。监测设备的选择应根据监测目的、监测对象、监测频率、监测精度、监测成本等因素进行综合考虑,选择适合地下水污染特征和监测需求的设备。

 

监测井的选择

监测井是地下水污染监测的基础设施,是连接地下水和传感器的媒介,其设计、建设和管理直接影响到地下水污染监测数据的真实性和有效性。根据不同的监测目标和对象,可以选择不同类型和结构的监测井,如单层或多层、开放或封闭、固定或可移动等。一般来说,监测井应满足以下要求:

 

监测井应能有效地采集到目标含水层或污染带的地下水样品,避免与其他含水层或水体发生混合或交流;

监测井应能保证传感器的安装和运行,避免对传感器造成干扰或损坏;

监测井应能保证数据的实时传输,避免数据丢失或延迟;

监测井应能保证安全和稳定,避免被破坏或移动;

监测井应能保证清洁和卫生,避免被污染或堵塞。

具体而言,监测井的选择应参照DZ/T0270等相关标准执行,主要包括以下几个方面:

 

监测井的位置应根据地下水流向、污染源位置、地形地貌等因素确定,尽量避免在易受干扰或影响的地点;

监测井的深度和孔径应根据目标含水层或污染带的厚度和范围确定,尽量保证足够的抽样量和空间;

监测井的滤管长度和位置应根据目标含水层或污染带的分布确定,尽量保证采样代表性和准确性;

监测井的封堵材料和方法应根据地质条件和工程要求确定,尽量保证隔水性能和结构强度;

监测井的防护措施应根据现场环境和安全风险确定,尽量保证监测井不受人为或自然因素的破坏或影响。

传感器的选择

传感器是地下水污染监测的核心设备,是将地下水中的物理、化学或生物学参数转换为可读取信号的装置,其性能、稳定性、准确性、灵敏度、选择性等直接影响到地下水污染监测数据的质量和可信度。根据不同的监测指标和要求,可以选择不同类型和规格的传感器,如电极法、光谱法、色谱法、质谱法、生物传感器等。一般来说,传感器应满足以下要求:

 

传感器应能准确地检测目标参数,避免受到其他参数或因素的干扰或影响;

传感器应能稳定地运行,避免出现漂移或失效等现象;

传感器应能快速地响应,避免出现滞后或迟缓等现象;

传感器应能适应地下水的温度、压力、酸碱度、盐度等环境条件,避免出现损坏或失效等现象;

传感器应能方便地安装和维护,避免出现复杂或困难等现象。

具体而言,传感器的选择应参照HJ168等相关标准执行,主要包括以下几个方面:

 

传感器的类型和规格应根据监测指标的性质和范围确定,尽量选择成熟、可靠、通用的传感器;

传感器的数量和位置应根据监测井的深度和结构确定,尽量保证监测数据的完整性和代表性;

传感器的校准和检验应根据监测频率和精度确定,尽量保证监测数据的准确性和可信度;

传感器的清洗和更换应根据监测环境和条件确定,尽量保证监测数据的稳定性和连续性。

遥测终端的选择

遥测终端是地下水污染监测的关键设备,是将传感器采集到的信号转换为数字信号,并通过无线或有线方式传输到数据平台的装置,其功能、性能、安全性、可用性等直接影响到地下水污染监测数据的实时性和完整性。根据不同的通信协议和网络方式,可以选择不同类型和规格的遥测终端,如GPRS、CDMA、4G、5G、NB-IoT、LoRa等。一般来说,遥测终端应满足以下要求:

 

遥测终端应能有效地与传感器和数据平台进行连接和通信,避免出现断线或丢包等现象;

遥测终端应能稳定地工作,避免出现故障或停机等现象;

遥测终端应能快速地传输数据,避免出现延迟或堵塞等现象;

遥测终端应能适应地下水监测井的空间和环境条件,避免出现损坏或失效等现象;

遥测终端应能方便地配置和管理,避免出现复杂或困难等现象。

具体而言,遥测终端的选择应参照HJ494等相关标准执行,主要包括以下几个方面:

 

遥测终端的类型和规格应根据监测数据的格式和量级确定,尽量选择兼容、高效、节能的遥测终端;

遥测终端的数量和位置应根据监测井的数量和分布确定,尽量保证监测数据的完整性和实时性;

遥测终端的校准和检验应根据监测频率和精度确定,尽量保证监测数据的准确性和可信度;

遥测终端的清洗和更换应根据监测环境和条件确定,尽量保证监测数据的稳定性和连续性。

数据平台的选择

数据平台是地下水污染监测的重要设备,是实现地下水污染监测数据的管理、分析和展示的系统,其功能、性能、安全性、可用性等直接影响到地下水污染监测的效果和价值。根据不同的数据处理和分析需求,可以选择不同类型和规格的数据平台,如物联网、云计算、大数据等。一般来说,数据平台应满足以下要求:

 

数据平台应能有效地接收和存储遥测终端传输的数据,避免出现丢失或错误等现象;

数据平台应能稳定地运行,避免出现故障或停机等现象;

数据平台应能快速地处理和分析数据,避免出现滞后或迟缓等现象;

数据平台应能适应地下水污染监测的规模和复杂度,避免出现不足或冗余等现象;

数据平台应能方便地配置和管理,避免出现复杂或困难等现象。

具体而言,数据平台的选择应参照HJ630等相关标准执行,主要包括以下几个方面:

 

数据平台的类型和规格应根据监测数据的类型和规模确定,尽量选择高效、稳定、可扩展的数据平台;

数据平台的功能和模块应根据监测数据的处理和分析需求确定,尽量选择智能、灵活、可定制的数据平台;

数据平台的安全和保密措施应根据监测数据的敏感度和重要性确定,尽量选择安全、可靠、可控的数据平台;

数据平台的展示和共享方式应根据监测数据的使用者和场景确定,尽量选择美观、直观、交互式的数据平台。

监测频率的确定

地下水污染监测频率是指在一定时间内进行地下水污染监测的次数或间隔。监测频率直接影响到地下水污染监测数据的连续性和敏感性,也影响到地下水污染监测的成本和效益。因此,如何确定合理适宜的地下水污染监测频率,是一个需要权衡多方面因素的问题。

 

一般来说,地下水污染监测频率应根据以下几个方面进行确定:

 

监测目标:不同的监测目标对于地下水污染变化情况关注程度不同,因此对于监测频率也有不同要求。例如,对于评估区域地下水环境质量状况或变化趋势的监测目标,一般可以采用较低的监测频率,如每年或每季度进行一次监测;而对于评估地下水污染源的影响范围或变化规律的监测目标,一般需要采用较高的监测频率,如每月或每周进行一次监测。

 

监测对象:不同的监测对象对于地下水污染变化情况反映速度不同,因此对于监测频率也有不同要求。例如,对于浅层地下水或岩溶水等易受地表水影响的监测对象,一般需要采用较高的监测频率,以捕捉地下水污染的快速变化;而对于深层地下水或承压水等难受地表水影响的监测对象,一般可以采用较低的监测频率,以减少不必要的干扰。

 

监测指标:不同的监测指标对于地下水污染变化情况敏感度不同,因此对于监测频率也有不同要求。例如,对于pH、电导率、溶解氧等常规指标,一般可以采用较低的监测频率,以反映地下水污染的基本状况;而对于氨氮、硝酸盐、有机物等特征指标,一般需要采用较高的监测频率,以反映地下水污染的动态变化。

 

监测设备:不同的监测设备对于地下水污染监测数据的获取方式和效率不同,因此对于监测频率也有不同要求。例如,对于在线监测设备,一般可以采用较高的监测频率,以实现地下水污染监测数据的实时获取和传输;而对于离线监测设备,一般需要采用较低的监测频率,以减少人工采样和分析的工作量和成本。

 

监测成本:不同的监测成本对于地下水污染监测数据的价值和效益不同,因此对于监测频率也有不同要求。例如,对于具有重要意义或高风险的地下水污染问题,一般可以投入较高的监测成本,以提高地下水污染监测数据的质量和可信度;而对于具有一般意义或低风险的地下水污染问题,一般应控制较低的监测成本,以提高地下水污染监测数据的效率和效果。

 

地下水污染监测频率应根据具体情况进行综合分析和确定,既要保证地下水污染监测数据能够真实、有效、及时地反映地下水污染状况和变化趋势,又要保证地下水污染监测成本能够合理、适度、节约地投入使用。一般来说,在满足最低技术要求和最大经济效益的前提下,应尽量选择最低合理的地下水污染监测频率。

 

监测成本的控制

地下水污染监测成本是指为了实现地下水污染监测目的而投入的各种资源和资金的总和,包括监测设备的购置、安装、运行、维护、更换等费用,以及监测人员的培训、采样、分析、管理等费用。地下水污染监测成本直接影响到地下水污染监测的可行性和可持续性,也影响到地下水污染监测的效果和价值。因此,如何控制合理适度的地下水污染监测成本,是一个需要平衡多方面因素的问题。

 

一般来说,地下水污染监测成本应根据以下几个方面进行控制:

 

监测目标:不同的监测目标对于地下水污染监测数据的价值和意义不同,因此对于监测成本也有不同要求。例如,对于评估区域地下水环境质量状况或变化趋势的监测目标,一般可以控制较低的监测成本,以实现基本的技术要求和经济效益;而对于评估地下水污染源的影响范围或变化规律的监测目标,一般需要投入较高的监测成本,以实现高质量的技术要求和经济效益。

 

监测对象:不同的监测对象对于地下水污染监测设备和人员的需求不同,因此对于监测成本也有不同要求。例如,对于浅层地下水或岩溶水等易受地表水影响的监测对象,一般需要投入较高的监测成本,以应对复杂多变的地下水污染状况;而对于深层地下水或承压水等难受地表水影响的监测对象,一般可以控制较低的监测成本,以减少不必要的干扰或影响。

 

监测指标:不同的监测指标对于地下水污染监测设备和人员的技术难度和工作量不同,因此对于监测成本也有不同要求。例如,对于pH、电导率、溶解氧等常规指标,一般可以控制较低的监测成本,以利用简单便捷的设备和方法进行检测;而对于氨氮、硝酸盐、有机物等特征指标,一般需要投入较高的监测成本,以利用复杂精密的设备和方法进行检测。

 

监测频率:不同的监测频率对于地下水污染监测设备和人员的使用次数和时间不同,因此对于监测成本也有不同要求。例如,对于采用较高频率进行地下水污染监测的,一般需要投入较高的监测成本,以保证设备的正常运行和人员的及时响应;而对于采用较低频率进行地下水污染监测的,一般可以控制较低的监测成本,以节约设备的使用寿命和人员的工作时间。

 

监测效果:不同的监测效果对于地下水污染监测数据的质量和可信度不同,因此对于监测成本也有不同要求。例如,对于要求较高的监测效果,一般需要投入较高的监测成本,以保证数据的准确性、完整性、实时性等;而对于要求较低的监测效果,一般可以控制较低的监测成本,以保证数据的基本性、代表性、有效性等。

地下水污染监测成本应根据具体情况进行综合分析和控制,既要保证地下水污染监测能够达到预期的目标和效果,又要保证地下水污染监测能够节约资源和资金的投入和使用。一般来说,在满足最低技术要求和最大经济效益的前提下,应尽量选择最低合理的地下水污染监测成本。

 

结论

地下水污染监测是地下水资源保护和管理的重要手段,也是地下水环境问题防治和修复的重要基础。如何选择合理有效的地下水污染监测方式,是一个涉及多方面因素和利益的问题。本文从监测指标、监测设备、监测频率和监测成本四个方面介绍了如何选择地下水污染监测方式,并给出了一些参考建议。




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