摘要： 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)是地下水污染防治的重要環(huán)節(jié)，我國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)較為薄弱. 對(duì)比歐美發(fā)達(dá)國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行模式，分析國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程、“十四五”國(guó)家地下水質(zhì)量考核點(diǎn)位、國(guó)家級(jí)化工園區(qū)和北京市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)情況，歸納出監(jiān)測(cè)網(wǎng)在區(qū)域背景值點(diǎn)位布設(shè)，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備研發(fā)，以及監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用服務(wù)等方面存在的問(wèn)題. 基于監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，依托新興技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，總結(jié)其發(fā)展趨勢(shì)集中于在線監(jiān)測(cè)設(shè)備換代升級(jí)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位物聯(lián)互通、多樣數(shù)據(jù)解析可視、信息傳輸安全保真四個(gè)方面. 最后結(jié)合我國(guó)監(jiān)測(cè)井建設(shè)現(xiàn)狀與管理模式提出以下發(fā)展建議：①整合現(xiàn)有點(diǎn)位，銜接國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程和“十四五”地下水考核點(diǎn)位，統(tǒng)籌構(gòu)建國(guó)家級(jí)、省級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系.②加快新一代水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備研發(fā)，降低故障率，提高監(jiān)測(cè)精度；探索基于地球物理探測(cè)、衛(wèi)星遙感解譯、無(wú)人機(jī)航測(cè)和埋設(shè)傳感器等技術(shù)的新型監(jiān)測(cè)方式. ③國(guó)家級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)與地表水監(jiān)測(cè)網(wǎng)、大氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)、土壤監(jiān)測(cè)網(wǎng)等進(jìn)行多網(wǎng)融合. 這為我國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞： 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)；地下水污染防治；地下水環(huán)境監(jiān)管平臺(tái)；國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程

地下水是最豐富的淡水資源，提供了全世界約1/2的飲用水、1/4的灌溉用水和1/3的工業(yè)用水^[1-2].由于環(huán)境變化和人類活動(dòng)影響，地下水不斷發(fā)生時(shí)空演變，如果含水層信息不掌握，便不能對(duì)地下水開(kāi)展有效評(píng)估和管理. 目前全球已有81個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，有41個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有地下水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)^[3]. 相比以物理特征為目標(biāo)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)則專注水質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生的影響. 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的目標(biāo)是保護(hù)環(huán)境和公共健康，預(yù)防和解決地下水污染問(wèn)題，其覆蓋面更具有地域性.

我國(guó)地下水資源量為8.195 7×10¹¹ m³，地下水源供水量為8.538×10¹⁰m³，占供水總量的14.5%^[4]. 《2021年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》^[5]和“十四五”國(guó)家地下水環(huán)境質(zhì)量考核點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，地下水Ⅴ類水(GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)點(diǎn)位占20.6%.地下水污染具有隱蔽性和持久性，污染物可在不易被察覺(jué)的情況下對(duì)人居安全和飲水安全造成影響，因此開(kāi)展地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)是污染防治的重要環(huán)節(jié)^[6]. 《地下水污染防治實(shí)施方案》^[7]強(qiáng)調(diào)建立全國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，提出要完善地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，整合現(xiàn)有地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)井，加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和管理，完善地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)送制度. 到2025年底，構(gòu)建全國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng). 《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)劃綱要(2020-2035年)》^[8]提出，構(gòu)建重點(diǎn)區(qū)域質(zhì)量監(jiān)管和“雙源”(地下水型飲用水水源地和重點(diǎn)地下水污染源)監(jiān)控相結(jié)合的全國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系. 《地下水管理?xiàng)l例》^[9]要求強(qiáng)化對(duì)污染地下水行為的管控，建設(shè)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井. 生態(tài)環(huán)境部等七部委聯(lián)合印發(fā)《“十四五”土壤、地下水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》^[10]，明確建立地下水污染防治管理體系，提升生態(tài)環(huán)境監(jiān)管能力.

1 國(guó)外地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 美國(guó)

1991年美國(guó)啟動(dòng)國(guó)家水質(zhì)評(píng)價(jià)計(jì)劃(NAWQA)^[12]，共布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)42 000個(gè)，布設(shè)密度為3.76個(gè)/(10³ km²)，其中水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)6 800個(gè). 2009年美國(guó)組建國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)(NGWMN)^[13]對(duì)水位、水質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量17 852個(gè)，布設(shè)密度為1.9個(gè)/(10³ km²)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量4 042個(gè). 監(jiān)測(cè)網(wǎng)覆蓋美國(guó)67個(gè)主要含水層，采用隨機(jī)抽樣和網(wǎng)格抽樣方法對(duì)各水文地質(zhì)單元進(jìn)行布點(diǎn)，其中包括未固結(jié)砂礫含水層點(diǎn)位11 803個(gè)，半固結(jié)砂含水層點(diǎn)位1 919個(gè)，砂巖含水層點(diǎn)位805個(gè)，砂巖碳酸鹽巖含水層點(diǎn)位417個(gè)，碳酸鹽巖含水層點(diǎn)位920個(gè)，火成巖和變質(zhì)巖含水層點(diǎn)位334個(gè)，其他巖石含水層點(diǎn)位1 654個(gè). 監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量每年都會(huì)有所調(diào)整，2020年國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)降至14 378個(gè)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降至3 408個(gè)^[3].

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)分為地下水背景網(wǎng)、疑似變化網(wǎng)和已變化網(wǎng)3個(gè)子網(wǎng)絡(luò)^[14]，如圖1所示. 背景網(wǎng)用于監(jiān)測(cè)未受人類活動(dòng)影響的含水層；疑似變化網(wǎng)監(jiān)測(cè)可能受到影響的含水層；已變化網(wǎng)監(jiān)測(cè)受到影響的含水層. 每個(gè)子網(wǎng)再細(xì)分為趨勢(shì)井、監(jiān)控井和專題井，趨勢(shì)井監(jiān)測(cè)多年水位水質(zhì)變化，其中又提取出骨干監(jiān)測(cè)井；監(jiān)控井定期報(bào)告水資源整體水位和水質(zhì)狀況，起普查作用；此外，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)展了地下水的各種專題研究，并根據(jù)研究需求選取部分監(jiān)測(cè)井組成專題網(wǎng). 監(jiān)測(cè)頻次和監(jiān)測(cè)指標(biāo)依據(jù)子網(wǎng)和含水層類型設(shè)定^[14]. 監(jiān)測(cè)頻次方面，趨勢(shì)井不低于1次/a，監(jiān)控井潛水含水層1～4次/a，監(jiān)控井承壓水1次/(2～5 a). 趨勢(shì)井基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)指標(biāo)為水位、水溫、pH和電導(dǎo)率，監(jiān)控井監(jiān)測(cè)指標(biāo)為八大離子、氨氮、硝酸鹽、溶解氧、溶解性總固體、氧化還原電位、錳以及美國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中的其他檢測(cè)指標(biāo)，此外趨勢(shì)井和監(jiān)控井可加選微量金屬、有機(jī)物、新污染物和放射性同位素，專題網(wǎng)監(jiān)測(cè)頻次和指標(biāo)取決于專題工作需求.

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)所需的地下水資源量，為國(guó)家級(jí)決策提供地下水管理和開(kāi)發(fā)所需的信息，相比地方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)污染場(chǎng)地的監(jiān)管，其主要用于評(píng)估主要含水層水位、水質(zhì)基線和長(zhǎng)期趨勢(shì). 作為最成熟的多流域地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，其優(yōu)勢(shì)是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，連接監(jiān)測(cè)設(shè)備和平臺(tái)，并通過(guò)NGWMN數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集長(zhǎng)期的水位、水質(zhì)、鉆孔和巖性等數(shù)據(jù). 同時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)也面臨覆蓋范圍有限、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量不足、設(shè)備故障率高、運(yùn)行維護(hù)資金人力短缺的問(wèn)題.

1.2 歐盟

歐盟國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度高. 《歐洲淡水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(1996年)》^[15]建議將地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度控制在40～50個(gè)/(10³ km²)之間. 荷蘭建立了49 000個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，密度高達(dá)1 176.47個(gè)/(10³ km²)^[16].法國(guó)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)(RNESP)布點(diǎn)方案為潛水含水層2個(gè)/(10³ km²)、小型承壓含水層1個(gè)/(10³ km²)、大型承壓含水層0.33個(gè)/(10³ km²)、深層含水層0.14個(gè)/(10³ km²). 目前法國(guó)國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量為5 049個(gè)，密度為9.18個(gè)/(10³ km²)^[3,17]. 此外，希臘國(guó)家監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 392個(gè)，密度10.53個(gè)/(10³ km²)；意大利皮埃蒙特地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)(RMRAS)監(jiān)測(cè)點(diǎn)605個(gè)，密度23.81個(gè)/(10³ km²)；德國(guó)巴伐利亞地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)約3 000個(gè)，密度約41.67個(gè)/(10³ km²)^[3,18].

歐盟國(guó)家地下水在線監(jiān)測(cè)占比接近100%，監(jiān)測(cè)頻次也高于美國(guó)(見(jiàn)表1). 荷蘭國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)和德國(guó)巴伐利亞地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)全部使用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)傳輸數(shù)據(jù). 法國(guó)國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)有1 450個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，占比為79%.荷蘭地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)頻次為1次/h，德國(guó)和法國(guó)監(jiān)測(cè)頻次能達(dá)到1次/d，但是在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)為水位、水溫、pH、礦化度等基礎(chǔ)指標(biāo)^[16-18]. 荷蘭、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家已建立從監(jiān)測(cè)網(wǎng)到監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、門(mén)戶網(wǎng)站和地下水應(yīng)用工具等一體化的信息系統(tǒng). 荷蘭地下水信息網(wǎng)、法國(guó)地下水?dāng)?shù)據(jù)的國(guó)家門(mén)戶網(wǎng)站(ADES)，德國(guó)巴伐利亞環(huán)境署網(wǎng)站能夠?qū)崟r(shí)共享監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且匹配地下水應(yīng)用工具. 以荷蘭為例，地下水應(yīng)用工具能夠進(jìn)行場(chǎng)地地下水流場(chǎng)插值、水位特征曲線擬合，地下水與降雨、蒸發(fā)、潮汐的相關(guān)性分析.

歐盟國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)目的并不一致，法國(guó)和德國(guó)監(jiān)測(cè)網(wǎng)多用于水資源管理、農(nóng)業(yè)灌溉和硝酸鹽污染監(jiān)管等，荷蘭監(jiān)測(cè)網(wǎng)則是側(cè)重于海水入侵治理和氣候變化研究. 歐盟國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)在于監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度大，在線監(jiān)測(cè)占比高，能夠獲得更精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù). 監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)管區(qū)域含水層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有成熟的地下水模型，可預(yù)測(cè)地下水的變化趨勢(shì)和影響，但存在監(jiān)測(cè)指標(biāo)簡(jiǎn)單、缺少長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)水質(zhì)的計(jì)劃和運(yùn)行成本過(guò)高的問(wèn)題.

2 國(guó)內(nèi)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程共建站點(diǎn)20 469個(gè)，其中自然資源部門(mén)10 171個(gè)，水利部門(mén)10 298個(gè)，監(jiān)控面積350×10⁴ km²，站點(diǎn)密度為5.8個(gè)/(10³ km²)^[11]. 自然資源部門(mén)監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括孔隙水監(jiān)測(cè)點(diǎn)8 024個(gè)，裂隙水監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 245個(gè)，巖溶水監(jiān)測(cè)點(diǎn)902個(gè)，覆蓋8個(gè)流域、3個(gè)盆地、2個(gè)高原、1個(gè)山地區(qū)域，共14個(gè)地下水資源一級(jí)區(qū)，如表2所示. 國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程初步形成了全國(guó)性的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)大型平原區(qū)、盆地及巖溶區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的區(qū)域性監(jiān)控.

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程全部安裝了自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備. 自然資源部門(mén)在線監(jiān)測(cè)頻次采用“24采1發(fā)”模式，即每小時(shí)采集信息1條、每日傳輸1次，共24條數(shù)據(jù). 監(jiān)測(cè)指標(biāo)為地下水位、水溫、大氣壓、氣溫等. 自然資源部門(mén)研發(fā)了平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)在內(nèi)的信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多源數(shù)據(jù)接入和多層級(jí)數(shù)據(jù)與信息管理，具備動(dòng)態(tài)分析、水均衡分析、水質(zhì)評(píng)價(jià)、污染評(píng)價(jià)、水位預(yù)警分析及水化學(xué)模擬等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速分析功能. 國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)最成熟的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)現(xiàn)了地下水監(jiān)測(cè)信息自動(dòng)采集與傳輸，提高了地下水監(jiān)測(cè)頻次和時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)平臺(tái)信息接收處理、共享交換、分析評(píng)價(jià)、資料整編等自動(dòng)化處理，提高了全國(guó)地下水監(jiān)管能力.

2.2 “十四五”國(guó)家地下水環(huán)境質(zhì)量考核點(diǎn)位

生態(tài)環(huán)境部在“十三五”地下水考核點(diǎn)位基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)充，確定了“十四五”國(guó)家地下水環(huán)境質(zhì)量考核點(diǎn)位. “十四五”地下水考核點(diǎn)位共布設(shè)1 912個(gè)^[5,19]，其中區(qū)域點(diǎn)位1 294個(gè)，污染風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控點(diǎn)位348個(gè)，飲用水源點(diǎn)位270個(gè). 監(jiān)測(cè)指標(biāo)方面，區(qū)域點(diǎn)位為《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)中的29項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)；污染風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控點(diǎn)位為29項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)附加5項(xiàng)特征指標(biāo)；飲用水源點(diǎn)位則為29項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)或93項(xiàng)全部指標(biāo)，93項(xiàng)指標(biāo)每2～3年監(jiān)測(cè)一次. 監(jiān)測(cè)點(diǎn)每年至少監(jiān)測(cè)1次，一個(gè)水文年內(nèi)完成2次監(jiān)測(cè)，需至少包括豐水期、枯水期各一次. 地下水考核點(diǎn)位的布設(shè)科學(xué)、全面反映了重點(diǎn)區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢(shì)，支撐了生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，但相比國(guó)家級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，仍存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量不足的問(wèn)題.

(2)全省17市元素基準(zhǔn)值變幅較大的元素主要為B，Br，C，Cl，Co，I，P，Sr，CaO，MgO，Na2O，Corg，其變異系數(shù)大于或等于0.40，東營(yíng)市Cl元素變異系數(shù)為0.89，Br元素的變異系數(shù)為0.67，濟(jì)寧市、萊蕪市C元素的變異系數(shù)分別為0.69,0.66；一般來(lái)說(shuō)元素基準(zhǔn)含量的變化主要受成土母質(zhì)及各成土因素的影響。東營(yíng)市Cl，Br元素含量不但變化大，而基準(zhǔn)值也是全省基準(zhǔn)值的23.5和2.56倍，這與東營(yíng)市所處的地理位置密切相關(guān)，具有明顯的地域特征。

2.3 國(guó)家級(jí)化工園區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng)

國(guó)家級(jí)化工園區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)是針對(duì)68個(gè)國(guó)家級(jí)化工園區(qū)組建的，用于監(jiān)測(cè)園區(qū)及周邊地下水環(huán)境，目前共布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 554個(gè)，其中新建點(diǎn)1 011個(gè)，利用已有點(diǎn)543個(gè). 監(jiān)測(cè)網(wǎng)可分上游對(duì)照點(diǎn)131個(gè)，內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)856個(gè)，污染擴(kuò)散點(diǎn)567個(gè). 監(jiān)測(cè)指標(biāo)兼顧常規(guī)指標(biāo)和園區(qū)特征指標(biāo)，以“35+N”的原則確定，其中 “35”為GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的39項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)扣除微生物指標(biāo)和放射性指標(biāo)；“N”為園區(qū)特征指標(biāo). 對(duì)照點(diǎn)每年監(jiān)測(cè)頻次不少于1次，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)每年監(jiān)測(cè)頻次不少于2次. 當(dāng)出現(xiàn)地下水污染時(shí)，監(jiān)測(cè)頻次加倍. 該監(jiān)測(cè)網(wǎng)能夠反映化工園區(qū)地下水環(huán)境狀況，協(xié)助開(kāi)展修復(fù)或管控工作，加強(qiáng)了重點(diǎn)污染源地區(qū)的監(jiān)管，但由于缺少在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染事故，預(yù)警和應(yīng)急處置能力較弱.

2.4 北京市地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)

在省級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，北京市地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)處于領(lǐng)先地位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)有1 786個(gè)，密度為108.8個(gè)/(10³ km²).在整合264個(gè)已有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在水源地、污染區(qū)、地下水限采區(qū)及山區(qū)新建240個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成北京市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)站網(wǎng)系統(tǒng)〔密度30.71個(gè)/(10³ km²)〕^[20]. 新建監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有平原區(qū)監(jiān)測(cè)井64眼、山區(qū)監(jiān)測(cè)井30眼、污染源監(jiān)測(cè)井136眼，泉水監(jiān)測(cè)點(diǎn)10處. 北京市有地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站1 241個(gè)，占監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)的69%. 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站每天6次自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)地下水?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家級(jí)、市級(jí)監(jiān)測(cè)信息聯(lián)動(dòng)管理. 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)站網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全市范圍整體化、含水層組立體化、各區(qū)域系統(tǒng)化的監(jiān)測(cè)方式，監(jiān)測(cè)精度達(dá)到國(guó)內(nèi)最高水平，但后期運(yùn)行維護(hù)對(duì)資金和人員技術(shù)要求較高.

3 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)存在的問(wèn)題

國(guó)內(nèi)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)已初具規(guī)模，但仍面臨以下問(wèn)題：一是區(qū)域地下水環(huán)境背景值監(jiān)測(cè)點(diǎn)欠缺. 地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)多圍繞“雙源”布設(shè)，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境會(huì)導(dǎo)致地下水超標(biāo)，因此需對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境背景值進(jìn)行監(jiān)測(cè). 當(dāng)前上游井多位于“雙源”區(qū)上游50 m以內(nèi)，考慮到“雙源”周邊人類活動(dòng)、歷史遺留污染物和污染物擴(kuò)散的影響^[21]，上游井水質(zhì)只能代表特定范圍的對(duì)照值，無(wú)法滿足監(jiān)測(cè)區(qū)域背景值的要求. 二是環(huán)境監(jiān)測(cè)井設(shè)計(jì)前瞻性不足. 相比國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程，新建監(jiān)測(cè)井功能提升不明顯. 監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)和保護(hù)裝置未預(yù)留新型傳感器、物聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)設(shè)備和傳輸設(shè)備的空間，井牌設(shè)計(jì)未預(yù)留二維碼等信息載體區(qū)域；其次點(diǎn)位周邊條件考慮不足，布點(diǎn)時(shí)未統(tǒng)籌考慮周邊供電供網(wǎng)；最后是缺乏綜合性規(guī)劃，地下水監(jiān)測(cè)應(yīng)與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)協(xié)同，與土壤、地表水、大氣等監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)籌布設(shè)，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位不具備同時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水、植被、大氣等多功能監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì). 三是水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備不成熟，在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位占比低. 目前在線監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)指標(biāo)主要為物理指標(biāo)，監(jiān)控污染物種類和數(shù)量有限，相比室內(nèi)檢測(cè)，精度低且易受干擾. 監(jiān)測(cè)指標(biāo)單一難以解決多源污染問(wèn)題，需要結(jié)合多種監(jiān)測(cè)技術(shù)同步進(jìn)行. 目前在線監(jiān)測(cè)設(shè)備昂貴，損壞率較高，后期維護(hù)和管理也十分困難. 與水質(zhì)檢測(cè)配套的自動(dòng)洗井、取樣、廢水處理等設(shè)備也有待升級(jí). 四是地下水環(huán)境監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)薄弱，數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用服務(wù)相對(duì)較差. 監(jiān)管平臺(tái)的應(yīng)用使信息傳輸和分析效率得到提升，但仍存在以下問(wèn)題：①平臺(tái)建設(shè)未標(biāo)準(zhǔn)化，地下水監(jiān)測(cè)涉及不同的行業(yè)和地區(qū)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有多樣性、復(fù)雜性，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式、共享協(xié)議和接口等方案，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以整合和交換，使得數(shù)據(jù)共享的質(zhì)量和效率受到限制；②當(dāng)數(shù)據(jù)共享面臨各種安全和隱私風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，缺乏安全性保障；③數(shù)據(jù)分析結(jié)果與應(yīng)用小工具不匹配，不利于結(jié)果可視性，擴(kuò)大受眾范圍. 五是監(jiān)測(cè)網(wǎng)資金來(lái)源單一. 相比水位監(jiān)測(cè)，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)需要更高的資金和人力成本，管理和運(yùn)維人員所需的專業(yè)技術(shù)要求也更高. 現(xiàn)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)資金模式多為單一來(lái)源，增大了運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，致使持續(xù)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)間斷的可能性增大，同時(shí)單一資金來(lái)源也會(huì)使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘不充分，多方數(shù)據(jù)難以整合，數(shù)據(jù)可利用性低.

4 監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)趨勢(shì)

4.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備升級(jí)

傳統(tǒng)的人工采樣和檢測(cè)方法存在一定滯后性. 在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于可根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動(dòng)采集并傳輸數(shù)據(jù)，具有高效性和低成本性. Floury等^[22]研發(fā)了用于在線檢測(cè)的IC芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)水體陰陽(yáng)離子的在線檢測(cè). 用于檢測(cè)鉛、鎘、鋅、銅、汞等重金屬的檢測(cè)芯片被研發(fā)并用3D打印技術(shù)制造^[23]. 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)被用于在線水質(zhì)微量元素的單次多元素分析，單次可進(jìn)行20～70種微量元素檢測(cè)^[24].Von-Freyberg等^[25]首次進(jìn)行氘氧同位素的高頻分析的在線應(yīng)用. 根據(jù)美國(guó)地下水和溪流信息計(jì)劃(GWSIP)的2021年預(yù)算(不含其他基金配套費(fèi)用)，用于國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費(fèi)用為153.4×10⁴美元，占比為19.06%，用于新一代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)的費(fèi)用高達(dá)554×10⁴美元，占比為68.82%^[26]. 新一代在線監(jiān)測(cè)設(shè)備是水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研發(fā)焦點(diǎn)，具備物聯(lián)化和智能化特點(diǎn)，能夠使檢測(cè)和傳輸更精準(zhǔn)^[27]. 新設(shè)備更自主地監(jiān)測(cè)和運(yùn)維功能，是推動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)革新、提升地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)價(jià)值的基礎(chǔ).

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)物聯(lián)互通

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸和共享監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，避免手動(dòng)傳輸和維護(hù)的繁瑣過(guò)程. 通過(guò)物聯(lián)互通模式，德克薩斯州地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用了WiFi、ZigBee和藍(lán)牙等技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無(wú)線通信. 這種技術(shù)能夠集成多種傳感器數(shù)據(jù)，降低傳輸噪聲和誤差，并提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性^[28]. 此外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的物聯(lián)互通還可以將地下水監(jiān)測(cè)與智慧城市的發(fā)展有機(jī)結(jié)合，共享各類行業(yè)的數(shù)據(jù)，為智慧城市的建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐^[29]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以降低不必要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)和人工數(shù)據(jù)傳輸，從而降低運(yùn)維成本^[30-32].

4.3 數(shù)據(jù)分析可視

隨著監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量和監(jiān)測(cè)頻次的增加，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以通過(guò)多維度、深度分析地下水環(huán)境數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地評(píng)估地下水環(huán)境質(zhì)量和污染擴(kuò)散過(guò)程. 數(shù)據(jù)分析和可視化技術(shù)已經(jīng)在監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中得到應(yīng)用. 人工智能技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)從大量數(shù)據(jù)中提取有助于地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理的信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和快速化的數(shù)據(jù)分析. 通過(guò)分析數(shù)據(jù)集，人工智能可以預(yù)測(cè)地下水環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并計(jì)算解決方案. 以數(shù)據(jù)為中心的機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以收集地下水關(guān)鍵參數(shù)來(lái)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并利用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行地下水質(zhì)量分析或預(yù)測(cè)^[33]. 人工智能算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)、遺傳算法(GA)和支持向量機(jī)(SVM)等已經(jīng)成功應(yīng)用于水質(zhì)預(yù)測(cè)模擬和監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)位優(yōu)化，并取得了良好的效果^[34-38]. 數(shù)字孿生作為一種數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，可以實(shí)時(shí)模擬地下水環(huán)境的變化，并利用預(yù)測(cè)模型計(jì)算未來(lái)的地下水環(huán)境狀況. 數(shù)字孿生還可以減少一部分實(shí)地測(cè)繪工作，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果以可視化形式展示，幫助用戶更直觀地理解和做出決策. 德國(guó)北萊茵威斯特法倫州利用數(shù)字孿生技術(shù)監(jiān)測(cè)地下水流動(dòng)和水化學(xué)特征，能夠?qū)崟r(shí)展現(xiàn)地下水環(huán)境中的水質(zhì)變化和潛在風(fēng)險(xiǎn)^[39].

4.4 數(shù)據(jù)信息安全保真

在地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)運(yùn)行中，數(shù)據(jù)信息面臨篡改、泄漏、丟失等安全問(wèn)題. 利用區(qū)塊鏈去中心化特性可保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不被篡改或竄改，從而增加數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，也可以記錄數(shù)據(jù)來(lái)源、傳輸和使用過(guò)程，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和透明度；智能合約能夠使事先編寫(xiě)的條款自動(dòng)執(zhí)行，避免執(zhí)行過(guò)程受人為因素干擾. 區(qū)塊鏈技術(shù)還可以授權(quán)數(shù)據(jù)使用權(quán)限，被授權(quán)者可了解數(shù)據(jù)被收集、處理和使用的情況，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可信度和追溯性. Sukrutha等^[40]將地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)加載到分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(DDS)和區(qū)塊鏈(BC)上，并通過(guò)Infura網(wǎng)關(guān)和智能契約實(shí)現(xiàn)了雙哈希過(guò)程. 智能合約可控制數(shù)據(jù)訪問(wèn)和共享，數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性得到了提高，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸和妥善管理.

5 建議

5.1 構(gòu)建全國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系

整合現(xiàn)有地下水調(diào)查井、“雙源”地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)井，銜接國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程和“十四五”國(guó)考點(diǎn)，統(tǒng)籌構(gòu)建國(guó)家級(jí)、省級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系. 美國(guó)國(guó)家監(jiān)測(cè)網(wǎng)中水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)井受設(shè)備損壞和運(yùn)維成本的影響，數(shù)量由4 042降至3 408個(gè)，且每年還在減少. 我國(guó)國(guó)土面積和水文地質(zhì)復(fù)雜程度與美國(guó)相近，國(guó)家級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量可借鑒美國(guó)，建議初期布設(shè)3 000個(gè)左右. 國(guó)家級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)主要用于監(jiān)測(cè)大流域的水質(zhì)狀況和變化趨勢(shì)，為區(qū)域度水資源開(kāi)發(fā)和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供數(shù)據(jù)，為國(guó)家決策提供支撐. 省級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)在“雙源”地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)基礎(chǔ)上，形成具備區(qū)域特點(diǎn)的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，能夠具備“雙源”尺度上的水資源保護(hù)、污染評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和污染預(yù)測(cè)預(yù)警等功能. 同時(shí)需完善后期維保體系，合理配置資金和人力資源，確保可持續(xù)性監(jiān)測(cè). 全國(guó)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，可根據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)功能需求，細(xì)分子網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行差異化監(jiān)測(cè)和管理.

5.2 推進(jìn)新型設(shè)備研發(fā)和平臺(tái)迭代優(yōu)化

加快新一代水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備研發(fā)：一是制定新一代水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在功能性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、時(shí)效性等方面的標(biāo)準(zhǔn)；二是集中攻克傳感器研發(fā)、芯片設(shè)計(jì)與制作、抗干擾和數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)難題；三是開(kāi)展多條件外場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，實(shí)地考驗(yàn)新設(shè)備的性能和穩(wěn)定性. 同時(shí)搭建國(guó)家級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)規(guī)劃、硬件配套、系統(tǒng)組裝、軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試到平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程管理，并定期根據(jù)應(yīng)用反饋、政策導(dǎo)向、技術(shù)更新進(jìn)行迭代優(yōu)化.

5.3 探索新型監(jiān)測(cè)方式

當(dāng)前地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)全部依賴于監(jiān)測(cè)井或地下水露頭，可針對(duì)特定污染源或場(chǎng)地，探索基于地球物理探測(cè)、衛(wèi)星遙感解譯、無(wú)人機(jī)航測(cè)和埋設(shè)傳感器等技術(shù)的新型監(jiān)測(cè)方法. 電阻率層析成像技術(shù)(ERT)對(duì)地下水有機(jī)物和重金屬污染監(jiān)測(cè)具有一定效果；重力衛(wèi)星(GRACE)可探測(cè)區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)，也被用于大區(qū)域硝酸鹽濃度分析；無(wú)人機(jī)配合熱紅外成像技術(shù)(TIR)可監(jiān)測(cè)地下水向地表水、海洋的排泄強(qiáng)度，進(jìn)而計(jì)算地下水向其他水體輸入污染物的比例；隨著水平定向鉆井(HDD)及管線鋪設(shè)技術(shù)的提高，可直接在含水層水平埋設(shè)線狀分布的傳感器，進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè).

5.4 進(jìn)行多網(wǎng)融合，開(kāi)展應(yīng)用服務(wù)

將國(guó)家級(jí)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)與地表水監(jiān)測(cè)網(wǎng)、大氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)、土壤監(jiān)測(cè)網(wǎng)等進(jìn)行多網(wǎng)融合. 地下水監(jiān)測(cè)與地表水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的融合可以加強(qiáng)對(duì)地表水和地下水轉(zhuǎn)換和污染遷移的認(rèn)識(shí). 大氣中污染物的遷移、擴(kuò)散和沉降會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)及保護(hù)產(chǎn)生重要影響，二者網(wǎng)絡(luò)融合，便于全面深入地了解地下水污染機(jī)理和影響. 借助地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)值研究，開(kāi)發(fā)平臺(tái)地下水應(yīng)用小程序，為公眾、企業(yè)提供可視化數(shù)據(jù)及分析結(jié)果. 在監(jiān)測(cè)井建設(shè)中，可側(cè)重礦泉水水源地、溫泉水源、地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)等，助力企業(yè)創(chuàng)收，關(guān)注名井、名泉、依賴地下水生態(tài)區(qū)等地下水相關(guān)景區(qū)，推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展.