地下水资源的监测方法有哪些？

我来简单介绍一下地下水资源的监测方法。

1.现场监测

需要长期监测地下水的数量和质量，以便了解含水层的行为和状况，并查明可能的负面变化，如过度抽取 、减少补给（包括气候变化影响）和污染。地下水水位，作为地下水系统数量状况的指标， 在孔中监测，手动或使用自动记录仪（数据记录仪）。此外，记录仪可以配备传感器，允许将 数据遥测传输到数据库。地下水补给量通常是估计的，而地下水排放的几个组成部分（取井、泉水排放 、河流基流）原则上可以使用不同的方法和设备进行监测。

地下水质量监测涉及取样井和泉水。由于地下水样品的化学性质一旦到达地表就会迅速变化，因此需 要在现场（井口或泉水）测量某些不稳定的参数（例如pH值和水温），而通常对带到实验室的样品进 行全面分析。如果当地没有实验室，可以使用现场工具包。

地下水监测方案需要根据明确界定的目标进行规划，这些目标决定了必须监测哪些参数、监测方式 、地点和频率。国家监测计划的目标通常是提供有关地下水长期状况和趋势的数据，以及水政策规划的投入（ IGRAC，2020）。

地下水质量监测方案旨在评估水化学和微生物学方面的自然或人为变化。其他目标可能是调查具体的污染问 题，或有针对性的研究区域。对泉水流量和地下水位进行详细的地方尺度监测对于依赖地下水的生态系统尤 为重要。

在许多国家，地下水监测是水利部和环境保护机构等公共机构的责任（IGRAC，2020），尽管其他 水务公司和研究机构等组织可能有自己的监控计划。然而，许多低收入国家的监测网络非常有限或根本没有（SADC-GMI/IGRAC/IGS，2019a;IGRAC ，2020 年），主要是由于开发、运营和维护此类网络的成本。

由于地下水流动的隐蔽性和三维性、地下水通常的长行程时间和复杂性，地下水监测具有挑战性 污染物运输。由于含水层之间（和含水层内）的水位和水力梯度可能有所不同，因此可能需要 单独观测钻孔或一个钻孔内不同深度的压敏计簇（Misstear等人，2017）。监测井的位 置也起着重要作用。由于（通常）复杂，需要在特定的位置和深度采集地下水样本 水文地质学;此外，附近的污染源或监测井眼采用的施工方法可能会对获得的结果产生重大影响。此外 ，需要根据监测目标和被监测变量的假设时间序列特征来明确定义观测频率。地下水位应以足够频繁的 间隔记录，以查明季节变化和因不断变化的抽取模式或气候变化而产生的长期趋势。 采样频率还将取决于地下水流量系统和土地使用对地下水质量的压力。需要更经常地监测为人类 和环境提供服务的高度脆弱的含水层。由于所有这些原因，地下水监测方案应认真界定，并以扎 实的水文地质知识为基础，包括审议中的含水层的足够详细的概念模型。

虽然监测通常相对昂贵，但是一项明智的投资：在早期阶段发现问题可能具有很高的成本效益（Kim和 Kim，2019），允许在资源严重恶化之前采取缓解措施。

传统的监测计划可以通过公民科学倡议来增强，志愿者可以进行额外的测量/样本。37手动采样可以通过 新技术来支持，例如用于数据收集的智能手机应用程序，这使得纸质表格过时，从而减少了数据处理 中的错误。公民科学不仅仅是测量：公众的参与（例如通过半结构化访谈）和现场测量的能力建设可 以帮助确保将当地知识纳入水文地质评估（Re，2015）。在这样做时，来自 可以避免科学界对民间社会的认同。虽然到目前为止主要应用于地表水，但公民科学也逐渐应用于地下水，包 括通过黎巴嫩（Baalbaki等人，2019年）和印度（Maheshwari等人，2014年）的项目。

2.遥感

遥感（机载和卫星观测）被广泛用于研究和预测水文过程。由于可以直接通过远程观测探测到地表水体 的变化，遥感在水文科学和河流湖泊管理中得到了广泛的应用。科学界还利用遥感技术来改进对地下水 资源的监测和估算（Güntner等人，2007年;斯坎伦等人，2002，2012b;和Shamsudduha等人，2017）。值 得注意的是，重力恢复和气候实验（GRACE）的结果显示出作为地下水储存变化的额外信息来源的潜力 ，并与模型结合使用以产生各种输出，例如干旱指标。

GRACE的主要科学目标是测量地球重力场的变化。这些测量可用于得出地球上的总储水量变化（ΔTWS） （Rodell等人，2018）。通过从ΔTWS中减去同一时期水循环其他陆地组成部分（即土壤湿度、河流、湖泊 和水库、冰和冰川）中储水量的变化，可以估计地下水储量变化（ΔGWS）。

应用GRACE的主要限制是卫星衍生数据的粗糙分辨率。此外，由于ΔGWS是间接计算的，因此它可以包括 所考虑的其他水成分的累积误差，其中一些是通过建模估计的。38尽管存在这些限制，该方法已被使用并 与其他数据源结合使用，以便 提高地下水储量变化估算的准确性。正在进行的全球重力地下水产品（G3P）项目39将在ΔGWS上提供全 球，一致和可自由访问的数据集。

虽然卫星不能直接指示地下水质量，但它们可以提供关于土地使用和地质的信息，这些信息可能与地下水质 量和易受污染有关。此外，遥感结果可用作支持预测建模的附加变量。例如，某些污染物的预测可以从有关 人为活动的信息中得出，例如密集灌溉引起的土壤盐度问题（WWQA，2021 年;环境署，2020年）。此外，通 过遥感（例如使用干涉合成孔径雷达 – InSAR）收集的有关地面沉降的信息可以与地下水位变化和地下水开采 联系起来。