水工环工程中地下水水质监测与管理策略研究

摘要：本文深入探讨了水工环工程中地下水水质监测与管理的重要性。首先阐述了地下水在生态系统和人类社会中的关键作用，分析了当前地下水水质面临的主要污染来源与问题。详细介绍了地下水水质监测的指标体系、监测方法与技术手段，包括传统监测和新兴的自动化、智能化监测技术。针对监测数据，探讨了数据管理与分析方法，以实现对地下水水质动态变化的精准把握。进而提出了一系列地下水水质管理策略，涵盖污染源头控制、地下水修复技术应用以及建立健全管理机制与法律法规保障等方面。通过有效的监测与管理策略，旨在保障地下水水质安全，实现水资源的可持续利用，为水工环工程的顺利推进与生态环境的稳定发展提供有力支撑。

关键词：水工环工程；地下水水质监测；管理策略；水资源可持续利用

一、引言

水工环工程（水文地质、工程地质、环境地质工程）在资源开发、基础设施建设以及环境保护等多方面发挥着极为重要的作用。地下水作为水资源的重要组成部分，其水质状况不仅直接影响到生态系统的平衡与稳定，更是与人类的健康和社会经济发展紧密相连。随着工业化、城市化进程的加速，地下水面临着日益严峻的污染威胁，因此，深入研究地下水水质监测与管理策略具有极为紧迫的现实意义。

二、地下水在水工环工程中的重要性

（一）生态系统支持

地下水是众多湿地、河流等生态系统的重要水源补给，维持着水生生物的生存环境，参与了生态系统的物质循环与能量流动。例如，许多地下河与地表河相互连通，地下水的水位与水质变化会对地表河流的流量、水温、水质等产生显著影响，进而影响整个流域的生态多样性[1]。

（二）人类用水供应

在许多地区，尤其是地表水缺乏的干旱、半干旱地区，地下水是居民生活用水、农业灌溉用水以及工业生产用水的主要来源。稳定且优质的地下水供应对于保障地区的人口生存、粮食生产以及经济发展起着关键作用。

三、地下水水质污染来源与现状

（一）污染来源

地下水水质污染的来源主要包括工业污染、农业污染和生活污染等多个方面。首先，工业污染是地下水污染的重要源头。许多工业生产过程产生大量废水，尤其是化工、电镀、印染等行业，这些废水中含有大量的有害物质，如重金属（汞、镉、铅等）和有机污染物（苯系物、多环芳烃等）。这些有害物质在未经有效处理的情况下直接排放或通过渗漏进入地下水体，极大地威胁地下水的水质。此外，工业废水中常含有的酸碱物质，也会改变地下水的pH值，进一步加剧污染。其次，农业活动是另一个导致地下水污染的重要因素。农业中大量使用的农药和化肥，尤其是有机磷、有机氯等农药成分，以及化肥中的氮、磷等营养元素，都会通过降水和灌溉的作用渗透进入地下水。过量的化肥和农药不仅改变地下水的化学成分，还可能引发水体富营养化、硝态氮超标等问题，影响水质。最后，城市生活污水的排放和垃圾填埋场的渗滤液也是地下水污染的重要来源。生活污水中含有大量的有机物、微生物以及洗涤剂等化学成分，而垃圾填埋场中的垃圾分解产物含有多种有害物质，这些有害物质在降水的作用下渗透进入地下水，严重污染地下水水质，尤其在一些垃圾处理不当的地区，污染问题更为突出[2]。

（二）现状分析

目前，地下水污染问题在许多地区已经非常严重，部分城市的地下水水质已经超出了安全标准。以一些老工业城市为例，地下水中的重金属含量，如铅、铬等，普遍超标，严重影响了地下水的安全性。这些污染物通过地下水的长期积累，对生态环境和人体健康构成了极大的威胁。此外，在农业发达的地区，地下水的硝酸盐含量也普遍偏高，部分地区甚至出现了超过饮用水标准的现象，给居民的饮水安全带来了潜在的风险。随着污染源的不断增加，地下水污染也呈现出从点源污染向面源污染扩散的趋势，污染的范围逐渐扩大，治理难度不断增大。特别是一些浅层地下水的污染问题逐渐向深层地下水蔓延，这使得地下水污染治理更加复杂。

四、地下水水质监测

（一）监测指标体系

地下水水质的监测指标体系包括常规指标、重金属指标、有机污染物指标和微生物指标等多个方面。常规指标主要包括酸碱度（pH值）、硬度（钙、镁离子含量）、溶解性总固体（TDS）、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮等，这些指标能够反映地下水的基本化学性质以及受污染的情况。重金属指标如汞、镉、铅、铬、铜、锌等，主要用于监测工业污染等导致的重金属污染，因为这些重金属具有难降解、易累积、毒性强的特点，对人体和生态环境的危害非常大。针对工业废水排放、农业农药使用和垃圾填埋场污染等产生的有机污染，有机污染物指标则涵盖了挥发性有机物（VOCs）如苯、甲苯、二甲苯等，以及半挥发性有机物（SVOCs）如多环芳烃、农药残留等。最后，微生物指标，如细菌总数、大肠菌群等，用于指示地下水是否受到生活污水或其他污染源的影响，微生物污染可能导致疾病传播，对公共健康构成潜在威胁。

（二）监测方法

地下水水质的监测方法主要分为现场监测和实验室分析两种。现场监测通常采用便携式仪器进行快速测定，如pH值、电导率、溶解氧等基本水质指标。这种方法的优点在于能够快速获取部分水质信息，便于及时发现水质异常，但由于精度较低，通常用于初步筛查和水质变化的快速监测。实验室分析则是在采集水样后，将其送往专业实验室进行详细检测。实验室使用化学分析和仪器分析方法对各类监测指标进行精确测定，例如，采用原子吸收光谱法测定重金属含量，气相色谱-质谱联用法分析有机污染物等。实验室分析的准确性较高，但由于需要时间和相关设备，通常用于定期的详细水质监测。因此，现场监测和实验室分析各有优缺点，常常需要结合使用，以提高水质监测的全面性和准确性[3]。

（三）监测技术手段

地下水水质监测的技术手段不断发展，从传统的监测井到现代的自动化监测系统以及地球物理探测技术，逐步提升了监测效率和精度。传统监测井是通过在地下不同深度设置监测井，定期采集水样进行分析。这种方法可以反映地下水水质的空间分布特征，但需要合理规划监测井的布置，以确保监测的全面性和准确性。随着科技的发展，自动化监测系统逐渐应用于地下水监测中。该系统通过在监测井中安装传感器，能够实时监测地下水的水位、pH值、电导率等参数，并通过数据传输网络将监测数据发送到数据中心。自动化系统具有实时性强、数据采集频率高等优点，能够及时发现水质突变，提升了地下水的动态监测能力。

五、地下水水质监测数据管理与分析

（一）数据管理

建立地下水水质监测数据库，对监测数据进行统一存储、整理和归档。数据库应具备数据录入、查询、修改、删除等基本功能，同时要确保数据的安全性和完整性，防止数据丢失或被篡改。采用数据标准化技术，对不同来源、不同格式的数据进行标准化处理，使其具有一致性和可比性，便于后续的数据统计与分析。

（二）数据分析方法

地下水水质监测数据的分析方法能够为评估水质变化趋势、污染源识别以及采取应对措施提供科学依据。首先，统计分析方法是分析水质数据中变化规律的常用手段。通过对各项水质指标计算平均值、标准差、最大值和最小值等统计参数，可以了解不同水质指标的波动范围，以及其随时间和空间的变化趋势。例如，绘制水质指标随时间变化的折线图、柱状图等，可以直观地展示地下水质量的长期变化趋势，帮助监测人员识别潜在的水质问题。空间分布特征的分析同样重要，通过等值线图等图表，能够揭示水质指标在不同地点的差异，识别污染热点区域。此外，趋势分析方法对于长期水质监测数据的解读至关重要。采用时间序列分析、线性回归或移动平均等方法，可以预测地下水水质未来的变化趋势，为相关部门提供前瞻性的预警。相关性分析方法则可以揭示不同水质指标之间的关系，帮助追踪污染源。例如，通过分析硝酸盐与氨氮之间的相关性，可以确定农业面源污染的影响；通过研究重金属含量与工业区分布的相关性，可以识别工业污染的可能性。综合运用这些数据分析方法，不仅可以深入了解地下水水质的现状，还能够为水质管理和污染治理提供有效指导。

六、地下水水质管理策略

（一）污染源头控制

地下水水质管理的首要任务是控制污染源，减少污染物进入地下水体的途径。首先，在工业污染控制方面，必须加强对工业企业的环境监管，要求企业严格遵守废水排放标准，尤其是化工、电镀、印染等高污染行业。推动企业采用清洁生产技术，通过减少废水产生量和降低污染物浓度来减少对水体的负担。企业还应加大废水的深度处理力度，提高废水的回用率，减少外排水量。同时，可以通过建立工业集聚区的污水处理厂，将园区内企业的废水进行集中处理，避免废水未经处理直接排入地下水体。农业污染控制则需从根本上减少农业活动对地下水的负面影响[4]。推广绿色农业技术、精准施肥技术和生物防治技术，能够有效减少农药和化肥的使用量，从而降低氮、磷等营养元素对地下水的污染。通过科学施肥和农药使用的合理管控，减少地下水富营养化的风险。此外，必须加强对农村生活污水和垃圾的处理，建设完善的农村污水处理设施和垃圾收集转运系统，防止生活污水和垃圾渗滤液污染地下水。最后，在生活污染控制方面，应完善城市污水处理系统，提高污水处理能力和处理标准，确保生活污水在排放前得到有效处理。对于垃圾填埋场，应采取严格的防渗措施，例如铺设高密度聚乙烯防渗膜，防止垃圾渗滤液进入地下水，进一步保护地下水资源。

（二）地下水修复技术应用

地下水修复技术是应对地下水污染的重要手段，包括物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术主要包括地下水抽提技术和地下水曝气技术。地下水抽提技术通过抽取受污染的地下水，降低地下水位，减少污染物在地下水中的扩散，同时将抽出的污水进行处理。地下水曝气技术则向地下水中注入空气或氧气，促进挥发性有机污染物的挥发和降解。这些物理手段能够迅速有效地处理地下水中的部分污染物，尤其适用于污染较为集中和易于回收的区域。化学修复技术如化学氧化技术和化学沉淀技术也是常用的修复手段。化学氧化技术通过添加氧化剂，如过氧化氢、高锰酸钾等，将地下水中的有机污染物氧化分解为无害物质，有效去除有机污染物。化学沉淀技术则是通过向地下水中添加沉淀剂，如石灰、硫化钠等，使重金属离子形成沉淀，达到去除重金属的目的。最后，生物修复技术通过利用微生物的代谢作用降解地下水中的有机污染物。

（三）管理机制与法律法规保障

地下水水质的有效管理离不开健全的管理机制和法律法规保障。首先，必须建立专门的地下水水质管理机构，明确各部门的职责，加强部门之间的协调与合作，确保地下水水质管理工作能够有序进行。通过建立地下水水质监测与管理信息共享平台，实现监测数据、管理政策和技术成果的及时共享与交流，能够大幅提高管理效率和决策科学性。信息共享平台不仅有助于各级管理部门实时掌握地下水水质变化情况，还能为公众提供透明的水质信息，增加社会参与和监督。其次，完善法律法规体系是保障地下水保护工作的基础。应制定和完善相关法律法规，明确地下水水质标准、污染防治责任以及处罚措施，为地下水水质管理提供法律依据。通过加强对地下水污染违法行为的处罚力度，提高违法成本，能够形成有效的法律威慑力，确保污染源能够得到及时遏制。此外，还应建立地下水污染防治责任追究制度，落实各方主体的责任，使地下水保护工作落到实处，确保地下水水质的长期稳定与安全。

七、结论

在水工环工程中，地下水水质监测与管理是一项长期而艰巨的任务。通过构建完善的监测指标体系、采用多种监测方法与技术手段，加强监测数据管理与分析，能够精准掌握地下水水质状况及其变化趋势。同时，实施污染源头控制、地下水修复技术应用以及建立健全管理机制与法律法规保障等一系列管理策略，可以有效地保护地下水水质，实现地下水水资源的可持续利用。

参考文献

[1]刘冠军， 丁新， 罗勇钢， 杨东， 邹君. 一种地下水原位监测多参数水质传感器设计[J]. 工业仪表与自动化装置， 2023， （03）： 48-51.

[2]贾正阳， 杨海， 陈孜， 梅世嘉， 姜月华， 周权平. 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[J]. 地质论评， 2023， 69 （S1）： 476-478.

[3]孙同之. 浅析水处理中环境监测技术的作用及应用[J]. 皮革制作与环保科技， 2023， 4 （10）： 22-24.

[4]曾声渠， 洪佳琳. 浅谈地下水监测中不同洗井方式之间的差异[J]. 广州化工， 2023， 51 （06）： 133-135.