（山東省青島市水文局黃島分局，266400，青島）

一、地下水資源監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.地下水資源監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

我國(guó)地下水監(jiān)測(cè)早在1950年就開(kāi)始進(jìn)行研究。早期由于受條件的限制，大多數(shù)監(jiān)測(cè)工作都是以人工觀測(cè)為主。人工監(jiān)測(cè)方式既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，并且受環(huán)境等因素的影響造成人為誤差大，部分監(jiān)測(cè)資料可靠性得不到保證，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能及時(shí)處理形成成果，難以滿足抗旱、排澇、水資源管理以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作對(duì)地下水資源信息的需求。20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始致力于研究地下水動(dòng)態(tài)遙測(cè)技術(shù)和設(shè)備，多種地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀器先后被開(kāi)發(fā)并廣泛應(yīng)用。近年，國(guó)內(nèi)對(duì)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究進(jìn)展很大，但多集中在終端監(jiān)測(cè)儀器研制和地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄等方面，對(duì)結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、建立區(qū)域地下水滲流場(chǎng)及地下水動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)分析等方面尚缺乏系統(tǒng)研究；同時(shí)，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性和研究手段等方面與國(guó)外仍有一定差距。

自2009年起，山東省青島市黃島水文部門致力于地下水遙測(cè)站網(wǎng)建設(shè)和地下水資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究，先后在全區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)34個(gè)淺層地下水水位監(jiān)測(cè)井、2個(gè)深層地下水水位監(jiān)測(cè)井、10個(gè)海水入侵監(jiān)測(cè)井，初步建成了一定規(guī)模、布局較為合理的地下水水位、海水入侵監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了地下水水位、海水入侵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理。幾年來(lái)，積累了大量實(shí)測(cè)地下水資料，每月編制《地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)告》，為地下水資源評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)和管理提供了依據(jù)。

2.存在問(wèn)題

①現(xiàn)有地下水水位監(jiān)測(cè)站網(wǎng)覆蓋面積太大，密度不夠，特別是對(duì)于主要地下水水源地，監(jiān)測(cè)站網(wǎng)已經(jīng)滿足不了控制地下水漏斗邊界、準(zhǔn)確描繪地下水流場(chǎng)的狀態(tài)、進(jìn)行地下水水位動(dòng)態(tài)分析等工作的需要。

②缺少詳細(xì)的水文地質(zhì)資料，無(wú)法建立地下水?dāng)?shù)值模型，無(wú)法模擬地下水運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，也不能顯示地下水滲流場(chǎng)的總體狀態(tài)及變化趨勢(shì)。

③現(xiàn)有地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)和信息系統(tǒng)以行政區(qū)劃為單元，與地下水補(bǔ)給、賦存、運(yùn)動(dòng)規(guī)律不相符，難以滿足準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地下水資源存儲(chǔ)量和預(yù)測(cè)地下水發(fā)展動(dòng)態(tài)的要求。

二、以流域?yàn)閱卧牡叵滤Y源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

黃島區(qū)屬低山濱海丘陵地區(qū)，獨(dú)特的自然地理?xiàng)l件和復(fù)雜的水文水資源特點(diǎn)，決定了區(qū)域地下水資源問(wèn)題的復(fù)雜性。為了提升區(qū)域地下水資源監(jiān)測(cè)能力，青島市水文局黃島分局適時(shí)調(diào)整地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，由全區(qū)域分散建設(shè)轉(zhuǎn)向按流域重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，以流域?yàn)閱卧ㄔO(shè)流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。風(fēng)河流域是黃島區(qū)水資源較為豐富的區(qū)域，其下游地下水水源地是城區(qū)主要的供水水源之一。2012年，黃島水文局開(kāi)始研究以流域?yàn)閱卧牡叵滤Y源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)風(fēng)河流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.流域地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)目的

①監(jiān)測(cè)地下水水位的時(shí)空變化，監(jiān)測(cè)人類活動(dòng)及環(huán)境變化對(duì)地下水的影響，收集一系列地下水資源信息。

②深入分析流域地下水流動(dòng)、變化規(guī)律和地表水與地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，開(kāi)發(fā)和建設(shè)流域地下水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為流域內(nèi)水資源規(guī)劃、管理提供信息，確保流域水資源的合理開(kāi)發(fā)和高效利用，有力地支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.流域地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布設(shè)原則

①在總體和宏觀上應(yīng)能控制整個(gè)水文地質(zhì)單元，需能反映所在區(qū)域地下水系的環(huán)境質(zhì)量狀況和地下水質(zhì)量空間變化。

②監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為第四系潛水的含水層。

③能反映地下水補(bǔ)給源和地下水與地表水的水力聯(lián)系。

④重點(diǎn)監(jiān)控主要地下水開(kāi)采區(qū)域、地下水水位下降的漏斗區(qū)、地面沉降以及本區(qū)域的特殊水文地質(zhì)問(wèn)題，盡可能以最少的監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲取足夠有代表性的環(huán)境信息。

⑤考慮監(jiān)測(cè)結(jié)果的代表性和實(shí)際采樣的可行性、方便性，盡可能選擇在靠近村鎮(zhèn)、地下水較為豐富的地段選擇布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

⑥觀測(cè)點(diǎn)網(wǎng)一旦確定，不能輕易變動(dòng)，盡量保持單井地下水監(jiān)測(cè)工作的連續(xù)性。

3.風(fēng)河流域地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)

根據(jù)區(qū)域水文、地質(zhì)資料，按照均勻布井的原則，垂直于河流布置，線距3 000 m，孔距2 000 m，沿河流兩岸均勻布置。在風(fēng)河下游地下水水源地范圍根據(jù)實(shí)際情況加密站點(diǎn)，線距約為1 500 m左右。在風(fēng)河流域原有17個(gè)監(jiān)測(cè)井的基礎(chǔ)上，新布置觀測(cè)井23個(gè)，分布在風(fēng)河及其支流沿岸。風(fēng)河流域第四系厚度一般為2～20 m，測(cè)井深度大約為4～20 m。

4.基于GMS軟件的流域地下水資源的三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型

（1）GMS軟件介紹

GMS（Groundwater Modeling System）是由美國(guó)Brigham Young大學(xué)環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室（Environmental Modeling Research Laboratory）開(kāi)發(fā)的先進(jìn)的、基于概念模型的地下水環(huán)境模擬軟件。由于GMS是很好的基于Windows平臺(tái)的軟件，具有良好的使用界面，強(qiáng)大的前處理、后處理功能及優(yōu)良的三維可視效果，目前已成為國(guó)際上最受歡迎的地下水模擬軟件。

（2）風(fēng)河流域地下水資源三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型的建立

①數(shù)據(jù)整理。風(fēng)河流域地下水為第四系松散巖類孔隙潛水，通過(guò)地質(zhì)調(diào)查確定風(fēng)河流域內(nèi)第四系范圍并搜集整理第四系的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，尤其是觀測(cè)井的編錄資料，對(duì)每一個(gè)觀測(cè)井揭露的第四系巖層進(jìn)行巖性劃分，建立觀測(cè)井巖性分層表，并繪制模型邊界。

②生成觀測(cè)井模型。按GMS軟件的要求和格式對(duì)數(shù)據(jù)分析整理后導(dǎo)入，導(dǎo)入時(shí)設(shè)定觀測(cè)井名稱、坐標(biāo)，導(dǎo)入觀測(cè)井巖性分層數(shù)據(jù)后生成觀測(cè)井模型，并在GMS軟件中調(diào)整觀測(cè)井模型的顯示比例，變換GMS軟件觀察角度并對(duì)觀測(cè)井進(jìn)行標(biāo)注。

③生成三維地層模型。導(dǎo)入用AutoCAD繪制的dwg格式的第四系邊界文件，生成第四系模型邊界，建立平面三角網(wǎng)格圖，然后通過(guò)已經(jīng)導(dǎo)入的觀測(cè)井巖性分層數(shù)據(jù)自動(dòng)生成各巖性實(shí)體，從而建立完整的三維地層結(jié)構(gòu)模型。

④置入地下水水體模型并覆蓋衛(wèi)星地形圖。三維地層模型建立以后，從模型上可以很清楚地看出風(fēng)河流域第四系范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)組合關(guān)系，為了在地層結(jié)構(gòu)模型上顯示出水體的信息，在地層模型的基礎(chǔ)上建立了地下水水體模型，以顯示地下水的埋深、厚度等信息。帶花紋的層表示的是飽和帶，顯示水體在地層中的位置、水位面的位置以及水體的厚度。為了便于弄清切割處的位置，在三維地層體上覆蓋地形圖，從而可以在地層切割的時(shí)候有針對(duì)性地選擇切割位置，準(zhǔn)確了解某個(gè)地方的地層和水體結(jié)構(gòu)。

⑤地下水位警戒線在三維模型中的顯示。根據(jù)《山東省地下水位警戒線劃定技術(shù)大綱》確定4條參考線：基準(zhǔn)水位、黃色、橙色和紅色警戒水位。以地下水在開(kāi)采過(guò)程中生態(tài)環(huán)境不遭受破壞的最低水位為劃定地下水位警戒線的基準(zhǔn)水位；黃色、橙色和紅色警戒水位是為保障供水安全和保護(hù)生態(tài)環(huán)境設(shè)定的預(yù)警水位線。“黃色”為最輕警戒級(jí)別；“橙色”為較高警戒級(jí)別；“紅色”為最高警戒級(jí)別。根據(jù)計(jì)算出不同觀測(cè)井的不同警戒線的標(biāo)高，把計(jì)算數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維結(jié)構(gòu)模型中生成警戒線。

5.流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件

系統(tǒng)架構(gòu)于微軟.NET Frame-Work3.5之上，采用B/S模式。服務(wù)器端需安裝.Net3.5+框架、IIS6.0+、SuperMap IS.NET 6R以及SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶端需要網(wǎng)頁(yè)瀏覽器即可，兼容主流瀏覽器。

針對(duì)風(fēng)河流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，軟件共分為8個(gè)系統(tǒng)模塊，分別為地圖查詢、等值面分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)量分析、三維顯示、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和系統(tǒng)管理。其中，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模塊設(shè)計(jì)為讓用戶輸入各個(gè)站點(diǎn)的預(yù)測(cè)降雨量和預(yù)測(cè)蒸發(fā)量，然后點(diǎn)擊預(yù)測(cè)按鈕進(jìn)行預(yù)測(cè)下旬、下月、下年地下水水位。整個(gè)系統(tǒng)的用戶分為游客和管理員兩個(gè)身份。游客對(duì)地圖查詢、等值面分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)4個(gè)模塊具有查詢權(quán)限，管理員對(duì)系統(tǒng)的8個(gè)模塊都具有查詢、編輯和修改的權(quán)限。

三、結(jié) 語(yǔ)

沿海地區(qū)地下水資源開(kāi)發(fā)利用相對(duì)敏感，不合理的開(kāi)發(fā)利用容易導(dǎo)致地下水水位下降、水源枯竭、海水倒灌、地下水水質(zhì)惡化等嚴(yán)重后果，嚴(yán)重影響人們的生存環(huán)境，給人們的生產(chǎn)和生活造成巨大的損失。以流域?yàn)閱卧娘L(fēng)河流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在查明區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、對(duì)地下水資源實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，建立流域地下水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型，準(zhǔn)確顯示地下水在流域內(nèi)任意位置的空間分布及當(dāng)前賦存情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水資源賦存及變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，極大地提高了地下水資源信息的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和直觀性，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域地下水資源由定性分析向定量判斷的轉(zhuǎn)變，將為加強(qiáng)水資源管理、切實(shí)保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源提供詳實(shí)的信息支持，為政府部門決策提供有力的科學(xué)依據(jù)。