多深度地下水水质监测体系在滨海咸淡水界面探测中的应用.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW475多深度地下水水质监测体系在滨海咸淡水界面探测中的应用一二贾正阳1,2)，杨海1,2)，陈孜1,2)，梅世嘉1,2)，姜月华1,2)，周权平1,2)1)中国地质调查局南京地质调查中心，南京，210016；2)自然资源部流域生态地质过程重点实验室，南京，210016注：本文为中国地质调查局地质调查项目（编号：DD20221728）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：周健。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.211作者简介：贾正阳，男，1996 年生，硕士，助理工程师，主要从事盐碱地水盐运移过程监测与机理研究；Email：。通讯作者：杨海，男，1988 年生，博士，高级工程师，主要从事盐碱地水盐运移过程监测技术研究；Email：。关键词：关键词：多深度；水质监测；咸淡水界面、滨海盐碱地滨海滩涂作为一种盐碱地，是我国重要的后备土地资源，但其因为含盐量高、大部分作物难以生长，亟待改良。在盐碱地的改良过程中，需要时刻关注地下水的水盐运移过程，其中表层水体是土壤包气带的下边界，受气象条件（降雨、蒸发）以及农业灌溉等人工活动的影响，是重要的水质参数监测区，盐分含量相对较低，而盐度极高的古海水埋藏于地下较深处。整个垂向剖面中水体的盐分含量呈现明显的变化特征，形成咸淡水界面（苏永军等，2015），因潮汐作用等周边环境影响该界面会随时间发生变动。因此在滨海盐碱地地下水勘察的过程中，需要同时监测多深度水体的水质参数动态变化过程，此数据可为后续盐碱地修复对策的提出提供参考（朱恒华等，2019），对提高农业生产力和耕地占补平衡具有重要意义（Griggs et al.,2013）。1现有监测方案的不足在现有地下水水质野外长期监测方案中，通常设置单一传感器组监测单一深度处的水质参数，多深度监测需要布设多个传感器组，如“地下水分层自动监测系统”（授权公告号：CN 103929483 B）。该方案中的多深度监测所需传感器数量多，成本较高。此外，该监测技术中水质传感器组因体积原因，监测密度受限，监测位置固定，缺失未设置传感器组处的水体水质参数，因此无法精准监测垂向水质参数剖面变化过程，可能无法获得精准的水质参数突变界面位置。2多深度地下水水质监测方案2.1多深度地下水水质自动化监测装置相较于以往监测方案的缺点，项目团队研制了地下水多深度智能化监测产品，具体设计思路如图1 所示，该产品已申请发明专利（申请号：CN202210635975.6），可实现以下功能：（1）根据实时水深变化情况，自动追踪水面位置，始终置于水面以下恒定深度监测；（2）可定制监测的深度范围、间隔距离，自动判断传感器沉底状态，并回升至稳定监测位置；（3）定时及人工指令开启垂向等间距测量任务，获取一次垂向水质参数。团队于 2022 年 9 月 2 日前往江苏省如东县东凌村（东经 12124531212533，北纬321547321632）的旱地、稻田内的 2处地下水井进行测试。根据水井情况，设置最大测量埋深 6.00 m，采集深度间隔为 20 cm。表层水体稳定监测深度为 10 cm，水深变化阈值为 2 cm，数据采集时间间隔为 10 s，垂向巡航测量时每个深度处的悬停测量时间为 30 s，为尽可能减少传感器下降、上升过程对水体的扰动影响，采用低速的调速电机，产品测试结果如图 2。由图可知，两处的突变界面均在埋深约 3 m 位置，旱地在突变界面以下电导率较为稳定。而受到灌溉压盐影响，稻田电导率在突变界面以下仍随深度逐渐升高，由其趋势判断，其稳定界面应在 5 m地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1476以下。该电导率垂向数据对于未来的咸淡水界面的准确追踪具有较高的应用价值，此外，浅表地下水电导率变化对于地表农作物生长也具有盐分预警作用。2.2便携式地下水水温盐监测装置因为上述自动化监测装置体积较大，在实际场地监测中需要考虑防水、防盗等问题，正式投入使用之前，项目团队辅助集成了一套便携式地下水水温盐监测装置，该产品可实现水体垂向剖面的精细化测量，且成本低、体积小、携带简易，但需要人工操作，与自动化监测设备搭配可实现数据校对，完善监测体系。该套装置如今已投入使用，监测频率为一周一次，2023 年 3 月份的监测结果如图 3 所示，由图可知，三次监测均查明该井处咸淡水界面的精准位置，且咸淡水突变较快，程度剧烈。3 月 3 日-13日累计降雨量仅 1 mm，因蒸发作用盐分向上聚集，咸淡水界面上移，3 月 13 日-28 日有中雨，降雨的压盐作用使得盐分向下聚集，相应的咸淡水界面随时间逐渐下移，同时表层水体因降雨的稀释作用导致盐度下降，而深层水体盐度基本不变，表明降雨很难快速对深层水体水质产生影响。三次监测结果与前期所掌握的自然规律相符，可证实监测数据的可靠性。虽然该装置可实现多深度的精准化水体水质监测，但需要借助人力，无法做到实时传输，咸淡水界面对于短历时降雨过程的响应机制还不能精准的刻画，因此需要与自动化监测装置相结合，构建可以长期稳定使用的监测体系。3结论与展望综上所述，在滨海盐碱地的生态改良中，获取咸淡水界面准确的动态变化特征非图 1多深度地下水水质自动化监测装置设计图图 2多深度地下水水质自动化监测装置测试及实况图地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1477常重要，现有的地下水勘测技术在监测密度、监测成本上略显不足。本文所述的自动化+人工结合的多深度地下水水质监测体系有望突破这一瓶颈，对未来咸淡水界面的准确追踪具有较高的应用价值。同时在实际应用时，我们仍发现许多细节的问题，这并非原理设计中的问题，而是野外环境给出的挑战。因此，我们仍要继续改进和细化方案，形成在野外调查中可以长期使用的监测体系。参考文献/References苏永军,马震,张国利,刘宏伟,范翠松,黄忠峰,匡海洋.2015.莱州湾地区海（咸）水入侵界限探测方法应用及取得成果.地质论评,61(S1):4445.朱恒华,孙静,林奇云,刘治政,林国庆,周思凡,初慧.2019.人工回灌条件下滨海砂质含水层渗透性的时空演变特征.地质学报,93(S1):7986.Griggs D,Stafford-Smith M,Gaffney O,Rockstrm J,hman M C,Shyamsundar P,Steffen W,Glaser G,Kanie N,Noble I.2013.Sustainabledevelopmentgoalsforpeopleandplanet.Nature,495(7441):305307.JIAZhengyang，YANG Hai，CHEN Zi，MEI Shijia，JIANGYuehua，ZHOU Quanping：Application of multi-depthgroundwater quality monitoring system in coastal brackishwater interface detectionKeywords：multiple depths；water quality monitoring；brackish water interface；coastal saline land图 3便携式地下水水温盐监测装置及实况图