淡水透镜体监测技术优化方案

淡水透镜体的监测就是通过实地调查，运用现代测试分析方法弄清透镜体的厚度与分布、含盐量分布与变化，以及污染物的来源、分布、数量、流向和转化规律，了解透镜体水质水量状况和变化的原因。因此，淡水透镜体的监测包括两方面的内容：透镜体的厚度监测和透镜体水质监测。它是了解透镜体容量、监督检查污染物排放和水环境标准实施情况，正确评价透镜体水质水量和污水净化装置性能，验证水环境保护技术必不可少的基础性工作。

淡水透镜体监测首先要建立一个观测网，它由若干观测井或观测孔组成。这对了解和计算地下水资源都非常重要。观测网可进行如下观测：潜水面水位、盐分的垂直分布、观测井或观测孔中的水质、取水量。

（1）潜水面水位测量

如果已知测量参考点的高程，就很容易用井和观测孔测量地下水位。水位的测量应在不抽水的井或观测孔中进行，以避免抽水引起水位下降的影响。如果在用于抽水的井或孔中进行测量，应经过一段足够长的时间，待井水位恢复到自然状况之后再进行测量。观测用井底部不封闭，或有一小段滤网。

如果通过测压来获得水位，需知道观测井或孔中水的密度再将压强转换成测压管水头而得水位。如果地下水水头沿高程变化，应设法将不同的渗透层隔离。在靠近海滨的地方，存在垂直方向的水头梯度，就属于这种情形。在珊瑚岛上，需要将测压管开口在不同深度，以确定水面和盐分的变化。在珊瑚岛上进行水面高程和波动的测量，可以确定淡水透镜体的位置，了解透镜体对潮汐运动、回补与抽水的响应。不过，使用这种监测方法时必须小心，否则会得出错误的结论，特别是如果通过这种方法估算基于Ghyben-Herzberg理论的淡水透镜体厚度时，更应注意。因为潮汐引起的潜水面波动幅度很大，经常与潜水面在平均海平面以上的高程相当，甚至大于潜水面高程，这就难以从测得的水头中扣除潮汐的影响而得到潜水面外形。另外，降雨回补和在水位记录仪附近抽水，都会影响水位的测量。

尽管存在这些问题，但当与其他资料（如潮汐波动和盐分垂直分布）一起使用时，珊瑚岛上的潜水位测量依然是淡水透镜体的有用资料。在进行水面测量的地方，最好使用可以修正海面波动的自动记录仪。如果人工读数，则应1～3 h记录一次，否则会丢失一些重要的资料。

（2）垂直盐分分布测量

从观测井或观测孔的不同深度采集水样进行检测，或获取现场含盐量记录就可计算得到垂直盐分分布剖面。一般抽水井和孔仅伸入到淡水层，因此，不能获得过渡带和海水区的资料。有时从井中抽出咸水，那是因为局部抽水诱导产生盐水倒锥改变了水的含盐量分层。若要获得过渡带和海水区的资料，需将观测井或观测孔开凿至过渡带甚至海水区。这样做并不困难，因为开凿深度最大二三十米，也可能只有几米。简单的凿井设备就可办到。

在均质含水层中，不存在垂直方向地下水水头梯度，适合用穿透深、长滤网井孔获取水样或盐分分布。然而，如果存在垂直方向水头梯度，就会掩盖密度分层的影响，盐分分层就无法探测，或者就会发生改变。(www.xing528.com)

为了准确测定含水层中一点处的含盐量和水头，可以用小尺寸滤网或短开孔段结尾的安装有外套的测压管，在测压管外套与介质壁面之间的缝隙应予以封填，否则，发生压力短路，出现错误的压头读数和错误的含盐量数据，甚至畅通的缝隙会成为咸水的通道，而污染一部分含水层。

在存在垂直水头梯度的情况下，最好的解决办法就是用一系列短滤网底端敞开取样管在不同深度取样，然后计算盐分分布。这些取样管可以在小范围内分别布置在不同的钻孔中，每个管子伸到不同的深度；也可以是一束不同长度的管子安放在同一钻孔中，每根管子末端之间均有水力隔绝带，这种测压管称为“集束型测压管”，如图10.1所示。这种盐分剖面测量方法特别适合珊瑚岛，因为这些地方更容易安装取样管，已广泛使用于印度洋的迪戈加西亚（Diego Garcia）、南基林岛（South Keeling）和太平洋的基里巴斯（Kiritimati）。

图10.1　珊瑚岛上的盐分监测系统

两套不同的取样测量系统各有优缺点，多孔系统凿孔和安装设备容易，不足之处是需要开凿许多不同深度的孔；集束型测压管只需要开凿一个孔，缺点是需要有经验的技术人员正确安装取样系统。最终选择哪种系统取决于设备的有效性、拥有的技术，以及经济性。

在含盐量的测量中，通常测量氯离子浓度是最可靠的方法。然而，更方便的方法是测量水的电导率（EC）。EC取决于含盐量，也随水温而变化。但在含盐量高的水里，温度的影响其实并不大。而且测量EC的仪器比测量氯离子浓度的仪器更便宜、更容易获得。现代电子电导率测量仪还带有温度补偿，给出的是标准温度（25℃）时的读数。在珊瑚岛的实际应用中，由于EC和氯离子Cl-之间有很好的对应关系，因此，通过测量EC来确定含盐量应是首选的方法。

（3）透镜体污染监测

透镜体污染监测可分为常规监测、应急监测和科研监测等。常规监测就是对已知的污染因素和污染物进行定期监测，以确定透镜体的水质和污染状况，评价污染控制措施的效果和透镜体保护的进展。监测内容有污染源监测和透镜体水质监测。污染源监测包括污染物浓度、排放量、污染趋势等的监测。透镜体水质监测主要是规定的理化指标和生物指标的监测；应急监测是对突发性的水污染事件引起的水质变化进行监测。在珊瑚岛上，突发性的水污染事件指有毒有害物质的事故性泄漏和突发自然灾害导致的透镜体水质恶化。有毒有害物质的事故性泄漏往往会对用水安全带来极大危害，因此，需要及时进行监测，迅速查明污染物种类、排放量、污染程度和范围，预测污染发展趋势，为适时采取控制措施提供可靠依据。珊瑚岛上突发性的引起透镜体水质恶化的自然灾害主要是台风和海啸，当这类灾害发生时，常常掀起巨浪，海水扑岸甚至漫顶，大量海水入侵透镜体，水质严重咸化。这时需要进行及时监测，摸清咸化的范围与程度，以便采取应急措施。科研监测是针对一定的科研项目进行特定指标或参数的监测。我国对淡水透镜体的研究还不普遍，也不深入，必然有许多问题需要解决，如透镜体淡水的流失、透镜体水体的自净行为、倒锥生成与恢复的过程与特性等，因此，科研监测将有很多工作要做。