本发明涉及一种污染监测方法，具体涉及一种野外原位河流对地下水污染监测方法，属于地质调查技术领域。
背景技术：
潜流带是指河流河床内水分饱和的沉积物层，是河水和地下水相互作用的区域，也是河床中能与河流存在物质和能量交换的区域。潜流带也被定义为表面水和地下水双向迁移和混合的区域(金光球，2008；boultonaj，1998)，潜流带是河流连续性的重要组成部分,它有效地连接着河流的陆地、地表和地下(袁兴中，2003)。河流和地下水之间存在着密切的水力联系和频繁的转化关系(李志萍，2006；沈照理，2012；万力，2006；王文科，2012；徐力刚，2009；邓洁，2008；胡立堂，2007；侯光才，2013；李铎，2000)。事实上，河水和地下水相互作用的区域并不是如boultonaj认为是饱水的，河水位与地下水位存在着脱节现象是普遍现象，以黄河流域为例河流与地下水之间存在8种转化模式，其水动力特征存在着明显的差异，转化关系极其复杂(王文科，2004，2007)。在工矿业活动不仅带来大量的污染物，同时无序堆排的尾矿渣改变了河床沉积结构条件，影响到河流和地下水之间污染物的交换，进而可能影响到工矿区居民的饮水安全。那么研究潜流带对污染物的运移至关重要，为工矿区污染防治提供理论依据及技术支撑。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种操作简单并且对原状土扰动较小的野外原位河流对地下水污染监测方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
step1：调查流域上河流与地下水的水力联系；
step2：在垂直河流流向方向选取一处试验场地，在试验场地开挖一矩型剖面，揭露地下水位；
step3：在step2开挖的矩型剖面上划分不同的岩性层位，根据不同岩性分析不同岩性颗粒级配；
step4：对矩型剖面设置支护措施；
step5：在观测面上按不同的深度和岩性在不同的岩性层位上打孔作为取样点，每层均匀分布若干个取样点；
step6：在每个取样点内安装负压计、土壤水分速测仪、土壤水装置和土壤采样器；
step7：在矩型剖面上部中间装模拟河流的渗水装置，并向其中注入水位监测溶液作为污染示踪剂进行原位试验；
step8：设定好渗水装置的监测频率并进行监测；
step9：在每个取样点收集水样和土壤样，然后送实验室进行室内测试分析。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step1中，调查流域上河流与地下水的水力联系的方法为：
(1)掌握流域上河流与地下水之间的水位、流量转化关系；
(2)收集并补充钻孔资料；
(3)在支流沿河和垂直河流径流方向，结合步骤(1)和步骤(2)获取的信息判断河流与地下水的水力联系。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step4中，对矩型剖面设置支护措施的方法为：先用塑料薄膜覆盖矩型剖面，然后用木板做护壁，再用角木桩支护。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step5中，水平方向上同一岩性层每个取样点的孔径都大于0.5m。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step6中，土壤水分速测仪采用的是锦州阳光气象科技有限公司生产的型号为tdr3000的便携式土壤水分速测仪。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step6中，负压计采用的是水银压力计。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step6中，土壤采样器采用的是常州亿通分析仪器制造有限公司生产的型号为etc-300b的土壤采样器。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step6中，土壤水装置采用的是武汉科瑞特力自动化设备有限公司生产的型号为krtl-qs-10的非饱和土壤水装置。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step8中，监测频率为：试验开始时按0.5h、1h、2h的时间间隔进行监测，之后每2h监测一次。
前述的野外原位河流对地下水污染监测方法，其特征在于，在step9中，水样放在预先清洁过并用酸或碱处理过的高密度聚乙烯塑料瓶或玻璃瓶中，在分析前一直储存在4℃温度下。
本发明的有益之处在于：傍河浅层地下水重金属污染的调查和监测技术有两种：传统的水文地质调查和同位素示踪技术，本发明提供的野外原位河流对地下水污染监测方法，在利用传统的水文地质调查基础上，开展渗水试验，在不扰动原状土的情况下，获取到潜流带不同岩性层位瞬时承载污染物的水土物质，实现自动获取监测之目的，操作简单，对原状土扰动较小，获取潜流带瞬时水土物质，尤其需要在监测深度很深的地区，只需安装好就可以了，不用多次多人下去采样，尤其污染物是在潜流带中运移瞬时的，采用自动采样大大缩短了监测的时间，误差小。
附图说明
图1是不同层位的监测内容的示意图；
图2是野外原位渗水试验代表性水质监测图；
图3是野外原位渗水试验代表性土壤监测图；
图4是野外原位渗水试验代表性水势监测图；
图5是野外原位渗水试验代表性含水率监测图；
图6是野外原位渗水试验代表性地温监测图。
具体实施方式
下面以河水位与地下水位脱节型重金属污染监测为例，结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明的野外原位河流对地下水污染(本实施例为重金属)监测方法，其包括以下步骤：
step1：调查流域上河流与地下水的水力联系
地点：陕西省渭南市潼关县窑上三河口。
调查流域上河流与地下水的水力联系的方法为：
(1)掌握流域上河流与地下水之间的水位、流量转化关系；
(2)收集并补充钻孔资料；
(3)在支流沿河和垂直河流径流方向，结合步骤(1)和步骤(2)获取的信息，利用水文地质手段判断河流与地下水的水力联系。
初步判断窑上三河口河水位与地下水位是脱节型。选定窑上三河口典型场地，2017年8月26日和27日在该处开展含汞溶液原位渗水试验。
step2：开挖剖面
在垂直河流流向方向选取一处试验场地，该试验场地的地下水位埋深3.6m，在场地内人工开挖一个深4m、宽3m、长3m的长方体坑，坑的深度到达潜水面，观测面被剖光成垂直平面(矩型剖面)，揭露地下水位。
step3：划分不同的岩性层位、分析不同岩性颗粒级配
在开挖的矩型剖面上划分不同的岩性层位，根据不同岩性分析不同岩性颗粒级配。典型试验剖面取出4m-5m的未受扰动的沉积岩芯，从每层岩性中取出大约1500g沉积物，其中，500g沉积物放到聚乙烯塑料袋和布袋中，然后阴干用来进行分析，另外1000g沉积物过筛用来进行颗分。
该试验场地岩性共分4层，第1层没有监测，第2层至第4层从上至下分别为：含砾中砂层、粗砂层、含砾粗砂层，河水与地下水的关系是河水补给地下水。
各层颗粒分析结果见表1。
表1试验场地地层岩性颗粒级配
step4：对矩型剖面设置支护措施
矩型剖面被剖光成了垂直的平面，为了避免水份、挥发元素与外界发生交换，需要对矩型剖面设置支护措施，具体的方法为：
首先，用塑料薄膜覆盖矩型剖面；
然后，用木板做护壁；
最后，用角木桩支护。
step5：设置取样点
在观测面的木板护壁上按不同的深度和岩性在不同的岩性层位上打孔作为取样点，每层均匀分布若干个取样点。
为了避免抽取的水质互相干扰，水平方向上同一岩性层每个取样点的孔径都大于0.5m。
在本实施例中，每层均匀分布4个取样点，每个取样点的孔径都为0.6m。
step6：安装监测设备
在每个取样点内安装负压计、土壤水分速测仪、土壤水装置和土壤采样器。
负压计采用的是水银压力计，其用来测量土壤负压值。
土壤水分速测仪采用的是锦州阳光气象科技有限公司生产的型号为tdr3000的便携式土壤水分速测仪，其用来测量地温和土壤含水率。
土壤水装置采用的是武汉科瑞特力自动化设备有限公司生产的型号为krtl-qs-10的非饱和土壤水装置，其用来获取水样。
土壤采样器采用的是常州亿通分析仪器制造有限公司生产的型号为etc-300b的土壤采样器，其用来获取土样。
上述各仪器的探头插入土中即可获取相应的参数。
step7：安装渗水装置并注水
在矩型剖面上部中间装模拟河流的渗水装置(河流入渗仪)，并向其中注入水位监测溶液作为污染示踪剂进行原位试验。
在本实施例中，我们利用浓度为0.5mg/l的汞溶液作为污染示踪剂进行原位试验，下渗速度为0.01m/min。
不同层位的监测内容的示意图见图1。
step8：设定监测频率并进行监测
设定好渗水装置的监测频率并进行监测，监测频率为：试验开始时按0.5h、1h、2h的时间间隔进行监测，之后每2h监测一次。
以试验场地下水为源，控制渗水装置有足够的水层厚度(即36cm)，定时定位同时观测剖面上负压、含水量、地温等的变化。
试验开始时，先测定剖面上含水率、负压、地温、水土中汞的含量，待下渗速度为0时不再监测。
野外原位渗水试验代表性水质监测图如图2所示。
野外原位渗水试验代表性土壤监测图如图3所示。
野外原位渗水试验代表性水势监测图如图4所示。
野外原位渗水试验代表性含水率监测图如图5所示。
野外原位渗水试验代表性地温监测图如图6所示。
step9：取样
第一天试验完毕后取土壤样，第二天同一时间继续渗水试验，水层厚度一样，监测项目一致，下午3点30分试验完毕。
在每个取样点收集大约10m1水样和大约25g土壤样，水样放在预先清洁过、并用酸或碱处理过的高密度聚乙烯塑料瓶或玻璃瓶中，然后送实验室进行室内测试分析，得到不同岩性层随入渗天数的水土汞浓度变化数据。水样在分析前一直储存在4℃温度下。
通过本发明提供的监测方法可以得到野外原位不同岩性层随入渗时间水土污染物浓度变化数据，进而可以分析傍河潜流带水土污染物浓度与温度、含水率、水势的相关关系。
与现有的监测方法相比，本发明的监测方法具有如下特点和优势：
1、因为目前国内外野外原位潜流带二维污染介质自动获取监测方法属于空白，所以本发明提供的野外原位河流对地下水污染监测方法具有一定创新性；
2、因为本发明提供的野外原位河流对地下水污染监测方法避免了人工采样带来的监测误差，所以准确度提高了；
3、因为本发明提供的野外原位河流对地下水污染监测方法只需要安装一次监测设备，不用每次工作人员到每个监测点采样，所以操作简便了，安全性也得到了保障。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。