地下水原位监测解决方案

相较于地表水，地下水的监测更加复杂，不仅需要专门的监测井，还需要多种专业的工具。随着《重点行业企业用地调查系列技术文件》《地块土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》（HJ1019-2019）等多个文件出台，地下水监测的方法也日趋规范。地下水水质参数的变化与水位、流向、流速等参数相关，获取地下水长期的流向和流速及水质参数的实时数据，对地下水中污染物的迁移扩散判断和水资源管理及土壤地下水污染地块的修复效果评估有非常重要的意义。

一、地下水原位监测的意义

• 实时掌握水质状况：通过原位监测能实时获取地下水的酸碱度、硬度、重金属含量、微生物指标等参数。例如在工业发达地区，能及时发现工厂排污是否导致地下水重金属超标，像铅、汞、镉等重金属一旦进入地下水，会对人体健康造成严重危害，通过监测可尽早采取措施，保障居民用水安全。

• 预防水源污染：持续监测可以及时发现潜在的污染源和污染趋势。比如在农业区，监测可以发现农药、化肥的过量使用是否导致地下水硝酸盐、亚硝酸盐等污染物增加，从而提前采取措施调整农业生产方式，防止地下水受到污染。

• 支持生态系统稳定：地下水是许多生态系统的重要支撑，如湿地、河流等。通过监测地下水位和水质，能确保这些生态系统有足够的水源供应和适宜的水质条件。例如，湿地依赖于稳定的地下水位来维持其独特的生态环境，监测可帮助管理者及时采取措施，保证湿地生态系统的稳定，为众多动植物提供适宜的栖息环境。

• 污染溯源与预警：原位监测可以实时追踪地下水流向和污染物的迁移路径，为污染溯源提供关键信息。一旦发现水质异常，能根据监测数据快速锁定污染源，及时采取措施防止污染进一步扩散。例如在发生突发的化学品泄漏事件时，通过监测地下水流速和流向，能确定污染物可能影响的范围，为应急处理提供依据。

• 评估修复效果：对于已经受到污染的地下水区域，在进行修复治理过程中，原位监测可以实时评估修复效果。通过对比修复前后及修复过程中的水质参数变化，判断修复措施是否有效，以便及时调整修复方案，提高修复效率。

• 提供数据支撑：长期的原位监测数据可以为研究地下水的形成、演化、循环等过程提供重要的数据支持。科学家可以利用这些数据建立地下水模型，深入了解地下水系统的运行机制，为水资源的合理开发和保护提供科学依据。

• 辅助政策制定：政府部门在制定水资源管理和环境保护政策时，需要准确的地下水信息。原位监测数据可以帮助决策者了解地下水的现状和变化趋势，制定出更加科学合理的政策和规划，实现水资源的可持续利用和环境保护的目标。

二、方案概述

根据地下水污染防治及环境保护的需求，本方案旨在利用欧仕科技的地下水多参数水质监测MP70、地下水流速流向仪 G.O.Sensor 以及地下水水位仪等设备，构建一套全面、高效的地下水原位监测系统。通过实时、准确地获取地下水的水质、流速流向和水位等关键参数，实现不同场景下的地下水污染预测、溯源等功能，为地下水环境保护和管理提供科学依据。

典型案例：上海宝钢园区地下水原位监测站

三、监测设备介绍

（一）地下水多参数水质监测仪 MP70

MP70多参数水质分析仪，采用钛合金材质，可以耐受各种严苛的地下水环境，可同时测量多个水质参数，如酸碱度（pH）、溶解氧（DO）、电导率（EC）、氧化还原电位（ORP）、温度（T）、浊度等。具备高精度、高可靠性和长期稳定性，能够实时、准确地反映地下水的水质状况。MP70直径小于195px，适用于大多数地下水监测井，根据场地情况，可以配备太阳能供电模块或市电，通过数采仪系统，实时将原位地下水水质数据传输到监测单位。

（二）地下水流速流向仪 G.O.Sensor

H01型地下水流向流速仪采用先进的光学传感器技术，能够**测量地下水流速和流向及水位、水温、井下影像等参数。H02型在监测流向、流速等参数基础上，拓展了水位、水温、pH、溶解氧、氧化还原电位、浊度、电导率等参数，实现一只传感器同时监测水质及水文参数。具有响应速度快、测量范围广、抗干扰能力强等特点，可在复杂的地下水流环境中稳定工作。

（三）地下水水位仪

用于实时监测地下水水位的变化。具备高精度的水位测量能力，能够准确记录地下水水位的动态变化情况，为地下水的动态分析和管理提供重要数据支持。

四、监测系统架构

（一）传感器层

根据不同的业务要求，可灵活组建地下水原位监测感知层，将地下水多参数水质监测仪MP70、地下水流速流向仪G.O.Sensor 和地下水水位仪等感知终端，分布在不同的地下水监测点位，实时采集地下水的水质、流速流向和水位等参数，通过水质参数的异常变化或长期的变化趋势，实现地下水污染预警预报，通过地下水流向及流速数据，预测污染羽的扩散范围等。

 地下水原位监测示意图

（二）数据传输层

采用无线通信技术（如 GPRS、LoRa 等）将传感器采集的数据传输至数据中心。确保数据传输的稳定性和实时性，同时具备数据加密和纠错功能，保障数据的安全性和准确性。

（三）数据中心

负责接收、存储和处理传感器传输的数据。采用大数据分析和机器学习算法，对数据进行深度挖掘和分析，实现地下水污染的预测和溯源。同时，提供数据查询、报表生成、预警等功能，为用户提供便捷的数据分析和管理工具。

（四）应用层

为用户提供可视化的操作界面，用户可以通过网页、手机 APP 等方式随时随地访问监测数据和分析结果。同时，根据不同的用户需求，提供定制化的应用服务，如地下水污染预警、污染溯源分析、地下水动态评估等。

五、不同场景下的应用功能

（一）地下水污染预测

1. 数据建模：利用历史监测数据和相关的地理、气象等数据，建立地下水水质预测模型。通过对模型的训练和优化，提高预测的准确性和可靠性。

2. 实时监测与预警：实时采集地下水的水质、流速流向和水位等参数，将数据输入到预测模型中进行分析。当预测结果显示可能发生地下水污染时，及时发出预警信息，提醒相关部门采取措施。

3. 风险评估：根据预测结果，对不同区域的地下水污染风险进行评估。确定高风险区域，为地下水污染防治提供重点关注和优先治理的依据。

（二）地下水污染溯源

1. 数据关联分析：将水质监测数据与地下水流速流向数据进行关联分析，确定污染物的扩散方向和路径。结合周边污染源的分布情况，初步判断污染物的可能来源。

2. 特征指纹分析：对不同污染源的污染物特征进行分析，建立特征指纹库。通过对比监测数据中的污染物特征与特征指纹库中的数据，进一步确定污染物的来源。

3. 溯源模型建立：利用大数据分析和机器学习算法，建立地下水污染溯源模型。通过对历史数据和实时监测数据的分析，不断优化溯源模型，提高溯源的准确性和可靠性。

六、系统优势

（一）实时性

能够实时采集和传输地下水的监测数据，及时反映地下水的水质、流速流向和水位等参数的变化情况，为地下水污染的预测和溯源提供及时的数据支持。

（二）准确性

采用高精度的传感器设备和先进的数据分析算法，确保监测数据的准确性和可靠性。同时，通过对数据的深度挖掘和分析，提高地下水污染预测和溯源的准确性。

（三）全面性

能够同时监测地下水的水质、流速流向和水位等多个参数，全面反映地下水的动态变化情况。结合周边环境数据和污染源信息，实现对地下水污染的全面监测和管理。

（四）智能化

采用大数据分析和机器学习算法，实现对监测数据的智能化处理和分析。能够自动识别地下水污染的特征和趋势，及时发出预警信息，并提供污染溯源和治理建议。

七、结论

本方案利用欧仕科技的先进地下水感知监测设备，构建了一套全面、高效的地下水原位监测系统。通过实时、准确地获取地下水的关键参数，实现了不同场景下的地下水污染预测、溯源等功能。该方案具有实时性、准确性、全面性和智能化等优势，能够为地下水环境保护和管理提供科学依据，对于助力地下水环境监测的数值化转型具有重要的应用价值和推广意义。