一种原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法
【专利摘要】本发明公开了一种原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，包括以下步骤：S1、在研究区域布置原生高砷地下水监测网；S2、对原生高砷地下水监测网实施分层监测和长期观测；S3、进行水文地质调查现场测试，水质全分析样品的采集、保存和测试；S4、将数据保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表中；S5、根据不同年份的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高砷地下水数据库；S6、根据数据库绘制地下水砷离子浓度空间分布图，以及地下水砷离子浓度与时间、水位埋深关系图。本发明可以采集研究区多个点位固定水井特定层位大量高砷地下水长期观测规范化数据，为高砷地下水时空演化机理研究。
【专利说明】
-种原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法
技术领域
[0001] 本发明设及地下水水质监测领域，尤其设及一种原生高神地下水分层监测和长期 观测数据库创建方法。
【背景技术】
[0002] 全世界至少有数亿人面临高神地下水的威胁。饮水型地方性神中毒病区分布于我 国9个省（区）的45个县，且在19个省（区）发现生活饮用水神含量超标(〉50yg/L)，受威胁人 口约185万。
[0003] 高神地下水的分布特征可大致分为=类。第一类是与地热水有关的神污染;第二 类是采矿活动引起的高神水;第=类是原生高神含水层，按照不同的地下水环境又可分为 =种：第一为还原性环境，如孟加拉国、印度西孟加拉邦、中国、越南红河=角洲地区、匈牙 利和罗马尼亚的多瑶河流域。第二是干旱区氧化性环境，如墨西哥、智利、阿根廷。第=是氧 化还原混合环境，如美国西南部。原生高神含水层主要出现在我国台湾地区及北方内陆盆 地，包括银川平原、河套平原、松嫩平原W及呼和浩特盆地、大同盆地、运城盆地。原生高神 地下水分布范围广，对人类健康威胁大，患病人群多，是《全国地方病防治"十二五"规划》监 控与防治的重点。
[0004] 在我国北方内陆盆地，高神地下水主要赋存于富含有机质的冲-湖积含水层中，区 域地势低法平坦、地下水径流滞缓、水环境呈弱碱性且常为强还原环境。在自然与人类活动 共同作用下，地下水水位、水量和水质变化W及含神沉积物-地下水相互作用等因素直接影 响含水层中神的迁移转化和神含量的动态变化。原生高神地下水时空演化研究不仅是一个 设及在人类活动影响下地下水神的释放、运移和演变的前沿科研课题，而且是关系地下水 高神区农业生产、供水安全和人民群众健康的重大现实问题。
[0005] 但是，在高神地下水时空演化研究的过程中发现：1)在水平和垂直方向上神含量 有时候差异悬殊;2)在阐述地下水神离子的迁移转化规律和演化趋势时需要长期的水位、 水溫和水质数据。为了解决上述难点，研究人员通常结合分层监测和水质长观方法来观察 含水层中神在发生一系列水文地球化学过程后和沿地下水水流路径迁移途中浓度和形态 的动态变化。
[0006] 为了从宏观和微观尺度探索神在地下水中的迁移转化规律，研究高神地下水的时 空演化机理，研究者往往在某一个盆地或平原不同地点不同层位，甚至在不同时间对某一 个盆地或平原同一地点同一层位收集了多种水文地质资料、布置了许多地下水监测井、采 集了大量水岩±样品，然而目前高神地下水研究存在下述不足：1)钻孔资料和水文地质图 件缺乏；2)样品信息不全;3)观测时间不连续;4)缺乏分层监测数据;5)分层监测和长期观 测数据不规范不全面。运对原生高神地下水时空演化研究分层监测和长期观测数据库创建 方法提出新的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺乏完整的分层监测和长期观测的 数据库的缺陷，提供一种能够规范化的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 本发明提供一种原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，包括W下 步骤：
[0010] Sl、在研究区域布置原生高神地下水监测网，对高神地下水污染严重的区域设置 重点监测点，对普通区域按照网格布点法布置监测网，并绘制基于GIS的采样点布置图；
[0011] S2、对各个原生高神地下水监测点，获取监测点钻孔示意图，包括神含量、岩性特 征和深度，根据监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井，并对原生高神地下水监测 网实施分层监测和长期观测；
[0012] S3、对每个监测点进行高神地下水的水文地质调查现场测试，水质全分析样品的 采集、保存和测试；
[0013] S4、根据获取到的数据，保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表中，并 对该调查表按照"地点+水井层位+时间"的格式进行统一编号；
[0014] S5、根据不同年份的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高神地下水数 据库；
[0015] S6、根据数据库绘制地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓度与时 间、水位埋深关系图。
[0016] 进一步地，本发明的步骤Sl中根据基于GIS的采样点布置图图形化显示高神地下 水研究区及长期观测点的布置。
[0017] 进一步地，本发明的步骤S2中根据监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井 的方法具体为:根据监测点钻孔岩性特征，包括粘±、粉质粘±、细砂，将分层监测井安装在 不同深度的富水层位。
[0018] 进一步地，本发明的步骤S2中进行长期监测的项目包括:监测井编号及层位、现场测 试项目、水质全分析指标、水样采取、预处理和保存、水质检测方法、长期观测频率和时间。
[0019] 进一步地，本发明的步骤S3中水文地质调查现场测试指标包括:气溫、水位、水溫、 嗅、色度、浊度、pH、电导率、氧化还原电位、溶解氧、碱度和溶解性总固体。
[0020] 进一步地，本发明的步骤S4中调查表还包括现场水文地质调查表和水质全分析表。
[0021] 进一步地，本发明的步骤S5建立数据库的方法具体为:将各个时期的分层监测和 长期观测现场水文地质调查表和水质全分析表数据录入至Excel办公软件中形成数据库。
[0022] 进一步地，本发明的步骤S6中根据数据库生成神离子在不同时间同一点位浓度变 化图和同一时间不同点位浓度分布图，W及神离子与水位埋深关系图。
[0023] 本发明产生的有益效果是:本发明的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库 创建方法，通过采集并监测多个点位固定水井特定层位大量高神地下水的长期观测规范化 数据，建立高神地下水时空演化研究分层监测和长期观测动态数据库，并可W根据该数据 库生成神离子浓度时空演化图；本方法能够规范原生高神地下水的监测方法，提供全面、完 整、标准化的分层监测和长期观测的数据。
【附图说明】
[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0025] 图1是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的流 程图；
[0026] 图2是本发明实施例的基于GIS的采样点布置图和采样点钻孔示意图；
[0027] 图3是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的地 下水分层监测和长期观测调查表；
[0028] 图4是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的现 场水文地质调查表和水质全分析数据表；
[0029] 图5是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的地 下水神离子浓度与时间、水位埋深关系图；
[0030] 图6是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的银 川平原地下水采样点位置图；
[0031] 图7是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的银 川平原沉积物钻孔示意图；
[0032] 图8是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的某 年某月某日银川平原地下水神浓度分布图；
[0033] 图9是本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方法的银 川平原地下水神浓度(总神)与时间、水位埋深关系图。
【具体实施方式】
[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0035] 如图1所示，本发明实施例的原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方 法的步骤包括：
[0036] S1、根据历史研究资料在研究区域布置原生高神地下水监测网。如图2,根据研究 区前人有关高神地下水污染的研究布设重点监测点，也可W按照传统网格布点法布置监测 网，并绘制基于GIS的采样点布置图；根据采样点钻孔示意图实施地下水分层监测。
[0037] S2、根据监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井，依据中国地质调查局地 质调查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01对原生高神地下水监测网实施分 层监测和长期观测。所述的采样点钻孔示意图包括:神含量、岩性特征和深度。所述的根据 监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井是根据监测点钻孔岩性特征(粘±、粉质粘 ±、细砂等)将分层监测井安装在不同深度的富水层位。所述的原生高神地下水监测网实施 分层监测和长期观测注意事项，如图3所示，包括:监测井编号及层位、现场测试项目、水质 全分析指标、水样采取、预处理和保存、水质检测方法、长期观测频率和时间；
[0038] 一般按照（10-20)组AOOkm2样的密度取样。
[0039] 水文地质调查现场测试包括:气溫、水位、水溫、嗅、色度、浊度、pH、电导率、氧化还 原电位、溶解氧、碱度、溶解性总固体等。
[0040] 地下水分层监测和长期观测调查表中设及的GPS坐标和高程数据由手持式GPS测 量仪获取。
[0041] 水位和水文地质调查现场测试数据由地下水水位测量仪和便携式现场水质多参 数仪快速获得相关测试数据和结果。
[0042] 参考《水文地质手册(第二版），水质全分析指标有：嗅、色度、浊度、pH、电导率、氧 化还原电位、溶解氧、总碱度、总硬度、溶解性总固体、Ca2+、Mg2+、化+、K+、Fe 2\Fe3+、总Fe、Al3+、Mn2\ As]+、As5\ 总神、加2\ 饥 2+、Cd2\ Li +、Sr2\ 化2+、畑4+、CO32-、HCO3-、SO42-、NO3-、N02-、F-、 PO43-、出si〇4、化-、〇-、1-、细菌总数、大肠菌群指数及溶解性有机碳。
[0043] 所述的水样采取、预处理和保存及水质检测方法，按照国家生活饮用水卫生标准 检验方法GB/T 5750.1-5750.13-2006及中国地质调查局地质调查技术标准地下水污染地 质调查评价规范孤2008-01执行。
[0044] 长期观测频率为3次/年，分别为丰水期1次，枯水期1次，平水期1次。观测时间一般 在1年W上。
[0045] S3、按照国家生活饮用水卫生标准检验方法GB/T 5750.1-5750.13-2006及中国地 质调查局地质调查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01完成高神地下水的现 场水质测试指标，水质全分析样品的采集、保存和测试，并对该表按照"地点+水井层位+时 间"的格式进行统一编号；
[0046] S4、根据获取到的数据，保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表，如图 4所示，并对该调查表按照"地点+水井层位+时间"的格式进行统一编号。
[0047] S5、根据若干年的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高神地下水数据 库。所述的建设原生高神地下水数据库是将若干年的地下水分层监测和长期观测数据按统 一的格式录入和保存于Excel等电子表格办公软件中进行电子化，根据采样时间、监测井编 号等进行分口别类的管理，W利于输入、查询。
[0048] S6、根据数据库绘制地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓度与时 间、水位埋深关系图。如图5所示，该神离子浓度与时间、水位埋深关系图是W神离子浓度和 水位埋深为纵坐标、W时间为横坐标绘制的时变关系图。所述的神离子通常是指总神，根据 研究需要还可W绘制As3+、As5+神离子地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓 度与时间、水位埋深关系图。
[0049] 在本发明的另一个实施例中，原生高神地下水分层监测和长期观测数据库创建方 法，包括W下步骤：
[0050] Sl、根据历史研究资料在研究区域布置原生高神地下水监测网；
[0051] S2、根据监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井，依据中国地质调查局地 质调查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01对原生高神地下水监测网实施分 层监测和长期观测；
[0化2] S3、按照国家生活饮用水卫生标准检验方法GB/T 5750.1-5750.13-2006及中国地 质调查局地质调查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01完成高神地下水的现 场水质测试指标，水质全分析样品的采集、保存和测试；
[0053] S4、根据获取到的数据，保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表中，并 对该调查表按照"地点+水井层位+时间"的格式进行统一编号；
[0054] S5、根据若干年的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高神地下水数据库；
[0055] S6、根据数据库绘制地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓度与时 间、水位埋深关系图。
[0056] 根据历史研究资料在研究区域布置原生高神地下水监测网。如图2,根据研究区前 人有关高神地下水污染的研究布设重点监测点（也可W按照传统网格布点法布置监测网）， 并绘制基于GIS的采样点布置图；根据采样点钻孔示意图实施地下水分层监测。
[0057] 如图6所示，基于GIS的采样点布置图必须具备比例尺、研究区边界、主要地名、水 系分布、坐标标尺、分层监测和长期观测孔点位、采样点钻孔位置、含水岩组类型(潜水、承 压水）、指北针等图形化要素。
[0058] 根据监测点钻孔示意图安装高神地下水多层监测井，依据中国地质调查局地质调 查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01对原生高神地下水监测网实施分层监 测和长期观测。所述的采样点钻孔示意图（如图7)是分层监测成井的重要依据，必须具备岩 性特征(粘±、粉质粘±、细砂等）、深度、沉积物神含量(ug/g)等要素。所述的根据监测点钻 孔示意图安装高神地下水多层监测井是根据监测点钻孔岩性特征(粘上、粉质粘上、细砂 等)将分层监测井安装在不同深度的富水层位。所述的原生高神地下水监测网实施分层监 测和长期观测注意事项包括:监测井编号及层位、现场测试项目、水质全分析指标、水样采 取、预处理和保存、水质检测方法、长期观测频率和时间。
[0059] 监测井编号一般采用地名首字母缩写+采样时间，层位是根据成井前的钻孔资料 及监测井的分层情况来标记的。
[0060] -般按照（10-20)组/100虹12样的密度取样。
[0061] 水文地质调查现场测试项目包括:气溫、水位、水溫、嗅、色度、浊度、pH、电导率、氧 化还原电位、溶解氧、碱度、溶解性总固体等。
[0062] 水质全分析指标参考《水文地质手册（第二版），包括：嗅、色度、浊度、pH、电导率、 氧化还原电位、溶解氧、总碱度、总硬度、溶解性总固体、Ca2\Mg2\Na\K\Fe 2\Fe3+、总Fe、 Al 3+、Mn2\ As]+、As5\ 总神、加2\ 饥 2+、Cd2\ Li +、Sr2\ 化2+、畑4+、CO32-、肥〇3-、SO42-、N03-、N02-、 尸\口〇43\出51〇4也\(：厂、[、细菌总数、大肠菌群指数及溶解性有机碳。
[0063] 水样采取、预处理和保存及水质检测方法，按照国家生活饮用水卫生标准检验方 法GB/T 5750.1-5750.13-2006及中国地质调查局地质调查技术标准地下水污染地质调查 评价规范孤2008-01执行。
[0064] 长期观测频率和时间参考中国地质调查局地质调查技术标准地下水污染地质调 查评价规范DD2008-01，长期观测频率为3次/年，分别为丰水期1次，枯水期1次，平水期1次。 观测时间一般在1年W上。
[00化]按照国家生活饮用水卫生标准检验方法GB/T 5750.1-5750.13-2006及中国地质 调查局地质调查技术标准地下水污染地质调查评价规范DD2008-01完成高神地下水的现场 水质测试指标，水质全分析样品的采集、保存和测试，并对该表按照"地点+水井层位+时间" 的格式进行统一编号。
[0066] 据获取到的数据，保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表中，并对该 调查表按照"地点+水井层位+时间"的格式进行统一编号。
[0067] 地下水分层监测和长期观测调查表由现场水文地质调查表(表1)和水质全分析表 (表2)组成。
[0068] 表1现场水文地质调查表
[0069]
[0070] 表2水质全分析数据表
[0071]
[0072] 地下水分层监测和长期观测调查表中设及的GPS坐标及高层数据由手持式GPS测 量仪获取。
[0073] 水位和水文地质调查现场测试数据由地下水水位测量仪和便携式现场水质多参 数仪快速获得相关测试数据和结果。
[0074] 现场水文地质调查表内容包括监测井编号、样品编号、项目名称、调查单位、地理 位置、取样日期、经缔度、地面高程、天气、气溫、混合型水井（是/否）、井深、取样深度、地下 水位、分层型水井(是/否）、井深:层位1;层位2;层位3;层位4;层位5;层位6;分层监测样品 编号、仪器名称、仪器型号、pH值、氧化还原电位、电导率、水溫、溶解氧、浊度、色度、嗅、酸 度、碱度、分析人、记录人、检查人等。
[0075] 水质全分析表内容包括分层监测编号、样品编号、采样单位、分析单位、采样时间、 送样时间、监测井类型、混合水井/分层监测井、分析日期、分析人、记录人、检查人，W及步 骤S2的水质全分析指标。
[0076] 根据若干年的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高神地下水数据库。 所述的建设原生高神地下水数据库是将若干年的地下水分层监测和长期观测数据按统一 的格式录入和保存于Excel等电子表格办公软件中进行电子化，根据采样时间、监测井编号 等进行分口别类的管理，W利于输入、查询。
[0077] 根据数据库绘制地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓度与时间、 水位埋深关系图。该神离子浓度与时间、水位埋深关系图是W神离子浓度和水位埋深为纵 坐标、W时间为横坐标绘制的时变关系图。所述的神离子通常是指总神，根据研究需要还可 W绘制As3+、As5+神离子地下水神离子浓度空间分布图，W及地下水神离子浓度与时间、水 位埋深关系图。
[0078] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可W根据上述说明加W改进或变换， 而所有运些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特征在于，包括以下 步骤： 51、 在研究区域布置原生高砷地下水监测网，对高砷地下水污染严重的区域设置重点 监测点，对普通区域按照网格布点法布置监测网，并绘制基于GIS的采样点布置图； 52、 对各个原生高砷地下水监测点，获取监测点钻孔示意图，包括砷含量、岩性特征和 深度，根据监测点钻孔示意图安装高砷地下水多层监测井，并对原生高砷地下水监测网实 施分层监测和长期观测； 53、 对每个监测点进行高砷地下水的水文地质调查现场测试，水质全分析样品的采集、 保存和测试； 54、 根据获取到的数据，保存到规范化的地下水分层监测和长期观测调查表中，并对该 调查表按照"地点+水井层位+时间"的格式进行统一编号； 55、 根据不同年份的地下水分层监测和长期观测调查表，建设原生高砷地下水数据库； 56、 根据数据库绘制地下水砷离子浓度空间分布图，以及地下水砷离子浓度与时间、水 位埋深关系图。2. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S1中根据基于GIS的采样点布置图图形化显示高砷地下水研究区及长期观测 点的布置。3. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S2中根据监测点钻孔示意图安装高砷地下水多层监测井的方法具体为:根据 监测点钻孔岩性特征，包括粘土、粉质粘土、细砂，将分层监测井安装在不同深度的富水层 位。4. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S2中进行长期监测的项目包括:监测井编号及层位、现场测试项目、水质全分 析指标、水样采取、预处理和保存、水质检测方法、长期观测频率和时间。5. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S3中水文地质调查现场测试指标包括:气温、水位、水温、嗅、色度、浊度、pH、电 导率、氧化还原电位、溶解氧、碱度和溶解性总固体。6. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S4中调查表还包括现场水文地质调查表和水质全分析表。7. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S5建立数据库的方法具体为:将各个时期的分层监测和长期观测现场水文地 质调查表和水质全分析表数据录入至Excel办公软件中形成数据库。8. 根据权利要求1所述的原生高砷地下水分层监测和长期观测数据库创建方法，其特 征在于，步骤S6中根据数据库生成砷离子在不同时间同一点位浓度变化图和同一时间不同 点位浓度分布图，以及砷离子与水位埋深关系图。
【文档编号】G06F19/00GK106021908SQ201610325566
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】王程, 冯苍旭, 张梦楠, 王焰新, 文东光, 任妹娟, 刘慧 , 孔淑琼, 高旭波, 韩双宝, 张福存, 姚秀菊, 安永会
【申请人】中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 中国地质大学（武汉）