水文地質調查把脈地下水的“聽診器”

趙學亮　史云

地下水是埋藏在地表以下各種形式的重力水，是水資源的重要組成部分，對人類生活和經濟生產活動具有十分重要的作用。由于人們地下水環境保護意識淡薄和工農業經濟的快速發展，我國大部分地下水受到嚴重污染，地下水資源面臨嚴重危機。

開展水文地質調查摸清地下水資源健康狀況是開展地下水污染治理和合理利用地下水資源的優先工作，而健康的診斷需要優良可靠的聽診設備。在國土資源部國土資源公益性科研行業科研專項“淺層地下水多層多參數自動監測研發與示范”項目的支持下，中國地質調查局水文地質環境地質調查中心項目組研發了兼具地下水在線監測、快速取樣、現場快速檢測等功能的系列地下水檢測設備。

其中，地下水多通道自動監測儀器能夠實現不同監測目標含水層水位和水溫的實時監測，主要包括含水層傳感器、地面監測主機（內置手機卡）和監控平臺三部分。含水層傳感器被安裝在目標深度，實時監視水位和水溫信息，地面監測主機將含水層傳感器監測到的脈動信息通過GPRS/GSM移動網絡傳輸到遠端監控平臺進行顯示。通過此種方式能夠實現對地下水含水層的精細刻畫和觀測，對于科學研究和政府部門精細化管理具有重要的價值。

小口徑機動慣性泵為背負式地下水監測井取樣裝置，解決野外無動力源或小口徑監測井取樣的難題。小口徑機動慣性泵由微型發電機、驅動電機、偏心輪、連桿和滑軌組成，井下取樣裝置主要由慣性泵泵頭和出水管組成。采樣時，微型發電機帶動電動機轉動，偏心輪帶動連桿上下往復運動，連桿帶動井下取樣裝置做上下往復活塞運動，向下運動時，在慣性作用下，慣性泵底閥打開，地下水進入慣性泵泵頭，向上運動時，慣性泵底閥關閉，地下水進入出水管，如此循環往復，地下水從出水管流出，實現采樣，其原理類似打氣筒原理。

便攜式野外測試工具箱集成需要對地下水進行野外測試的各種測試工具，能夠在野外對地下水溫度、pH值、電導率、氧化還原電位、溶解氧、氟離子、碳酸根、碳酸氫量、濁度、水位等指標快速完成診斷，其內部配置便攜式地下水快速檢測儀器、便攜式小型水位計、濁度計等檢測設備及其鋼卷尺、羅盤、放大鏡等輔助工作工具。其中地下水快速檢測儀器主要采用離子選擇性電極法實現對指標的快速檢測，通過離子選擇性電極能夠將被測量轉化為電信號，從而實現眾多指標的快速檢測。離子選擇性電極是對某一種特定離子具有選擇性的電極，其關鍵部件是選擇性滲透膜，比如二氧化硅薄膜只能氫離子通過， 氟化鑭單晶薄膜只能氟離子通過，離子在滲透膜膜的兩邊能夠迅速達到遷移平衡，并使其擁有可供測量到的膜電位，該膜電位的大小與所測離子濃度符合能斯特方程。便攜式小型水位計采用接觸式的原理，一旦水位計探頭接觸水面，由于水的導通特性則水位計整個電路回路實現導通，導致水位報警部件（聲音、燈光）進行報警。濁度計利用分光光度的原理，對于某一特定波長的光，通過不同濁度的液體其被吸收的光強不同，通過儀器測量溶液對光的吸收強度，然后利用朗伯比爾定律既能求取溶液的濁度。

通過以上系列檢測儀器能夠對地下水的健康狀況進行初步的判定，為對地下水的科學研判、尋醫問藥、科學治理提供有效的技術手段。同時地下水系列檢測儀器的完成以及實際應用，標志著我國地下水檢測技術和儀器研制領域取得了新的突破，能夠替代國外同類產品，能為我國水文地質調查和環境保護工作提供了裝備支持。

[責任編輯：朱麗娜]