地下水在线监测、模型应用与污染预警

　　本书为“地下水污染风险识别与修复治理关键技术丛书”的一个分册，全书以地下水污染监测预警相关技术环节为主线，系统介绍了从20世纪70年代至今国内外主流地下水污染监测技术方法和装备、常见水质预警模型构建方法、区块链等新型水质预测方法，并讨论了建立区域预警体系的方法，以及在示范区应用情况。该书既涵盖了地下水污染监测领域水质分析方法、数据传输方式、水质预警模型和预警体系建立等传统内容，也涵盖了基于物联网和区块链的地下水污染监测可信计算、地下水污染预警概率模型等新兴技术方法。 本书理论与实践有效结合，具有较强的技术应用性和针对性，可供从事地下水污染监测预警与防控等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程及相关专业师生参阅。

　　胡清，南方科技大学/南科大工程技术创新中心（北京），教授/主任，英国帝国理工大学环境污染和水文学专业博士。现任南方科技大学教授，南科大工程技术创新中心（北京）主任，环丁联盟（NPO）院长。2017年荣获国家科学技术进步奖二等奖，2016年荣获IBM全球杰出学者奖，2013年被授予“国务院政府特殊津贴专家”称号，2012年获教育部科技进步一等奖，2011年获得人保部高层次留学人才回国资助人才（全国十人）。现任或曾担任国家科技部中长期战略规划特聘专家，国家重点研发计划“土专项”长期跟踪专家，新加坡李光耀水源荣誉大奖提名委员会委员，国际水领域奖—瑞典斯德哥尔摩水奖技术委员会评委会委员， IWA国际水协年会理事、评委会主席，环境保护部环境损害鉴定评估专家委员会委员，中国环境科学学会土壤与地下水专业委员会委员。在生态环境保护领域拥有30多年的研究和工作经历，在大数据与环境、城市环境工程、污染场地绿色可持续修复与管理、生态环保发展战略与政策标准研究、绿色技术及清洁生产、循环经济及水处理工程等多个专业领域积累了深厚的理论知识和丰富的国内外实践经验。主要研究成果发表在Nature， Science， Environmental International， Environmental Management等国际学术期刊，拥有二十余项专利成果。主持并参与十余项国家及省部级科研课题，包括国家863计划、国家“水体污染控制与治理科技重大专项”、“固废资源化重点专项”、“场地土壤污染成因与治理技术重点专项”、环境保护公益项目等；负责完成数十项场地调查与修复项目，涉及化工、农药、印染、石油及电镀等多个行业的复杂场地；具有丰富的国际合作经验，包括作为中方牵头专家参与科技部“中英土壤及地下水修复科技合作”项目 ，作为项目负责人组织完成多个世行、亚行项目；协助国家发改委、科技部、环保部、住建部等部委对我国污染场地修复行业进行顶层设计，主持并参与“十三五”土壤领域技术路线、国家环境保护标准项目“污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则”及“污染地块土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则”等多项行业政策、标准规范与技术指南的编制工作。

第1章 绪论 001
1.1　地下水污染在线监测预警概述 002
1.2　国内外研究现状及发展趋势 004
1.2.1　地下水污染预警模型研究进展 004
1.2.2　地下水污染预警阈值体系方法进展 006
1.2.3　观测-预警与大数据方法 006
1.2.4　大数据技术的不足与挑战 010
参考文献 011

第2章 监测井网优化 015
2.1　研究现状 017
2.2　异常值识别 019
2.3　区域监测井网采样频率优化 020
2.3.1　时间变异函数法 020
2.3.2　迭代细化法 022
2.4　区域监测井网空间冗余优化 023
2.4.1　绘制指标浓度等值线图 023
2.4.2　识别监测井网冗余井 023
2.4.3　新加监测井 025
2.5　污染区监测井网优化 026
2.5.1　趋势分析方法 026
2.5.2　采样优化方法 027
2.5.3　优化流程总结 030
参考文献 030

第3章 地下水污染在线监测和数据传输技术 033
3.1　地下水污染在线监测技术概述 034
3.2　地下水污染在线监测方法与设备 034
3.3　分层监测 037
3.4　采样数据可信传输 038
3.4.1　数据传输安全可靠 043
3.4.2　防止数据被篡改 044
3.4.3　采样业务流程监管 044
参考文献 046

第4章 水流模型建立 049
4.1　模型规划 050
4.1.1　模型用途 050
4.1.2　模拟目标 051
4.1.3　时空尺度问题 051
4.1.4　资料收集 052
4.2　水流模型概化 055
4.2.1　模型区域 056
4.2.2　水文地质结构概化 059
4.2.3　地下水补给、径流与排泄条件 067
4.2.4　地下水开采利用 076
4.2.5　地下水动态特征 077
4.2.6　模型边界条件及其概化依据 080
4.2.7　水流模拟参数概化 093
4.3　水流模型构建 103
4.3.1　地下水流概念模型的数学表达 104
4.3.2　模拟界面软件选择 107
4.3.3　模型建立步骤 108
4.3.4　边界条件处理 110
4.3.5　水流模型特征参数设置 120
4.4　水流模型校准 123
4.4.1　校准目标 124
4.4.2　校准方法 129
4.4.3　校准结果评价 134
4.4.4　模型检查与验证 136
参考文献 149

第5章 溶质运移模型建立 151
5.1　溶质运移模型概化 152
5.1.1　工作流程 152
5.1.2　污染源识别 152
5.1.3　迁移途径识别 159
5.1.4　污染物迁移转化过程 164
5.1.5　运移模型特征参数资料汇总 173
5.1.6　受体分析 173
5.1.7　预测情景概化 174
5.2　溶质运移模型构建 175
5.2.1　溶质运移概念模型的数学表达 175
5.2.2　基于水流模型的结构更改 179
5.2.3　运移模型特征参数设置 180
5.2.4　源项设置 181
5.2.5　溶质运移模拟期划定 182
参考文献 183

第6章 预警体系建立 185
6.1　地下水污染预警概述 186
6.2　地下水污染指示性因子筛选方法 186
6.2.1　地下水污染指示性因子概念厘定 187
6.2.2　地下水污染指示性因子指标体系构建 190
6.2.3　地下水污染指示性因子筛选思路 195
6.2.4　区域尺度地下水污染指示性因子筛选方法 196
6.2.5　场地尺度地下水污染指示性因子筛选 205
6.3　地下水污染预警指标体系 208
6.3.1　区域尺度地下水污染预警指标体系 209
6.3.2　场地尺度（重点污染区）地下水污染预警指标体系 211
6.3.3　多尺度地下水监测预警通用指标体系 211
6.4　多时空尺度地下水监测因子预测模型 213
6.4.1　理论解析模型 213
6.4.2　数值计算模型 215
6.4.3　统计预测模型 218
6.5　预警模型的建立 219
6.5.1　影响因素的计算 219
6.5.2　区域尺度地下水污染预警等级的划分 223
6.5.3　场地尺度（重点污染区）地下水污染预警等级的划分 225
参考文献 226

第7章 典型区域地下水污染监测预警应用案例 227
7.1　地下水污染监测预警与数字化平台介绍 228
7.1.1　系统概述 228
7.1.2　业务化运行模块 229
7.1.3　趋势预警模块 231
7.1.4　应急模拟模块 234
7.2　地下水监测数据异常值识别与优化指标筛选 237
7.3　地下水污染趋势预警与应急预警 244
7.3.1　基于时间序列的地下水水质预测模型 244
7.3.2　基于水质模型的事故应急预警 250
参考文献 254

附录 255
附录1　常用水文地质参数确定方法的标准及指南 256
附录2　常用模型参数选取表 258

索引 261