[专家视角]地下水环境监测网建设现状与展望

本文从国内外地下水监测网建设现状入手，分析我国地下水监测网存在的问题，并结合新兴技术的发展趋势，提出科学合理的建设建议，为我国地下水环境监测网的未来发展提供参考。

李海祥，郇环*，周爱霞，杨洋，胡尊芳，宋宗中

生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心，北京　100012

国外地下水监测网建设现状

1. 美国：成熟的多流域监测网

美国自1991年启动国家水质评价计划（NAWQA），并在此基础上组建了国家地下水监测网（NGWMN）。该监测网覆盖美国67个主要含水层，布设了17,852个监测点，采用随机抽样和网格抽样方法进行布点，分为地下水背景网、疑似变化网和已变化网三个子网络。背景网用于监测未受人类活动影响的含水层，疑似变化网和已变化网则分别监测可能和已经受到污染的含水层。

美国的监测网以物联网技术为核心，实现了监测设备与平台的互联互通，能够实时传输水位、水质、钻孔和岩性等数据。然而，尽管技术成熟，美国的监测网仍面临覆盖范围有限、监测点数量不足、设备故障率高以及运行维护资金短缺等问题。

2. 欧盟：高密度监测与实时数据共享

欧盟国家的地下水监测网以高密度布点和实时数据共享为特点。例如，荷兰建立了由49,000个监测点组成的网络，密度高达1,176.47个/千平方公里；法国的监测点密度为9.18个/千平方公里，德国巴伐利亚地区的密度则达到41.67个/千平方公里。欧盟国家的监测网几乎全部采用在线监测设备，能够实时传输水位、水温、pH、矿化度等基础指标数据。

此外，荷兰、法国和德国等国家已建立起从监测设备到数据库、门户网站和地下水应用工具的一体化信息系统。例如，荷兰的地下水信息网能够进行地下水流场插值和水位特征曲线拟合，地下水与降雨、蒸发、潮汐的相关性分析。法国则提供多年水位信息和含水层报告查询功能。

尽管欧盟国家的监测网在数据精度和实时性方面表现优异，但监测指标相对简单，缺乏长期水质监测计划，且运行成本较高。

国内地下水监测网建设现状

1. 国家地下水监测工程

我国的国家地下水监测工程是目前国内规模最大、技术最成熟的地下水监测网络，共建站点20,469个，覆盖全国主要流域和重点区域。监测工程实现了地下水位、水温、大气压、气温等指标的自动在线监测，并通过信息应用服务系统实现了多源数据接入、动态分析、水位预警等功能。

然而，该监测网主要关注水位监测，水质监测点数量不足，且监测指标较为单一，难以全面反映地下水污染状况。

2. “十四五”国家地下水环境质量考核点位

生态环境部在“十四五”期间优化了地下水环境质量考核点位，共布设1,912个监测点，包括区域点位、污染风险监控点位和饮用水源点位。监测指标涵盖《地下水质量标准》中的常规指标和特征指标，每年至少监测两次。

尽管考核点位的布设科学全面，但仍存在监测点数量不足、监测频次较低等问题。

3. 国家级化工园区监测网

针对68个国家级化工园区，我国组建了地下水环境监测网，布设了1,554个监测点。监测指标兼顾常规指标和园区特征指标，每年监测频次不少于两次。

然而，该监测网缺乏在线监测设备，无法及时发现污染事故，预警和应急处置能力较弱。

4. 北京市地下水监测网

北京市地下水监测网在我国省级监测网中处于领先地位，布设了1,786个监测点，密度达到108.8个/千平方公里。监测网实现了全市范围的整体化、含水层组立体化、各区域系统化监测，监测精度达到国内最高水平。

尽管如此，北京市监测网的运行维护对资金和人员技术要求较高，难以在全国范围内推广。

我国地下水环境监测网存在的问题

1. 区域背景值监测点不足

我国地下水监测点多围绕“双源”（地下水型饮用水水源地和重点地下水污染源）布设，缺乏对区域地下水环境背景值的监测。这使得监测数据难以全面反映地下水污染的整体状况。

2. 监测井设计前瞻性不足

现有监测井的结构和保护装置未预留新型传感器、物联网设备的空间，布点时未充分考虑周边供电供网条件，导致监测井的多功能性和扩展性不足。缺乏综合性规划，现有监测点位不具备同时监测土壤水、植被、大气等多功能监测的设计。

3. 在线监测设备不成熟

在线监测设备的检测指标主要为物理指标，监控污染物种类和数量有限，精度低且易受干扰，监测指标单一，难以解决多源污染问题。

4. 监管平台建设薄弱

地下水监测数据的共享和应用服务相对滞后，缺乏标准化数据格式和共享协议，数据整合和交换难度大。此外，数据共享面临安全和隐私风险，缺乏保障措施。

5. 资金来源单一

地下水环境监测网的运行和维护需要较高成本，而现有资金来源多为单一来源，增大了运营风险，导致持续监测出现间断的可能性增大。同时单一资金来源也会使监测数据挖掘不充分，多方数据难以整合，数据可利用性低。

地下水监测网建设趋势

1. 水质监测设备升级

新一代在线监测设备将成为研发重点，具备物联化和智能化特点，进行自主监测和运维，能够实现高效、低成本的水质监测。

2. 监测点物联互通

物联网技术将实现监测点之间的数据传输和共享，降低人工数据传输的繁琐过程，将地下水监测与智慧城市的发展有机结合。例如，德克萨斯州地下水监测网采用WiFi、ZigBee和蓝牙等技术，实现了设备间的无线通信。

3. 数据分析可视化

大数据和人工智能技术将通过多维度分析地下水环境数据，实现地下水质量的精准评估和污染扩散过程的可视化展示。数字孪生技术可实时模拟地下水环境变化，帮助用户更直观地理解监测数据。

4. 数据信息安全保真

区块链技术将用于保障监测数据的安全性和隐私性，确保数据的真实性和透明度。例如，智能合约可控制数据访问和共享，提高数据质量和完整性。

我国地下水监测网建设建议

1. 构建全国地下水环境监测网络体系

整合现有监测井和“双源”监测点，衔接国家地下水监测工程和“十四五”考核点位，统筹构建国家级和省级地下水环境监测网络体系。国家级监测网应重点监测大流域的水质状况和变化趋势，为国家决策提供支撑；省级监测网则应具备区域特色的水资源保护和污染预测预警功能。

2. 推进新型设备研发和平台迭代优化

加快新一代水质在线监测设备的研发，攻克传感器、芯片设计和抗干扰等关键技术难题。同时，搭建国家级地下水环境监测网平台，实现从系统规划到运行维护的全过程管理，并定期进行迭代优化。

3. 探索新型监测方式

针对特定污染源或场地，探索基于地球物理探测、卫星遥感解译、无人机航测和埋设传感器等技术的新型监测方式。例如，电阻率层析成像技术（ERT）可用于监测地下水有机物和重金属污染，重力卫星（GRACE）可探测区域地下水动态。

4. 进行多网融合，开展应用服务

将地下水监测网与地表水、大气污染、土壤监测网等进行多网融合，加强对地下水污染迁移和影响的全面认识。同时，开发地下水应用小程序，为公众和企业提供可视化数据及分析结果，推动地方经济发展。