地下水位监测系统及其应用探讨

刘雅欣

（1.太原理工大学，太原 030024；2.山西省水利水电科学研究院，太原030002）

20世纪70年代以来，为满足能源基地建设用水的需求，山西省地下水开采量开始逐年增加。1971年，山西全省地下水用水量仅为11亿m3，如今，山西省地下水的年用水量已攀升到40亿m3，占全省总用水量的61.5%，地下水开采程度高达77.42%。为实现水资源的可持续利用和水环境的可持续维系，必须大力控制地下水的开采。为了及时准确地掌握地下水的变化情况，必须对地下水位进行监测。现在我省对地下水位的监测，大部分监测点仍以传统的人工定时测量方法（电表、测钟、测绳等）为主，不仅会占用大量的人力，而且存在人为误差。地下水监测系统不仅避免了人工监测的缺点，而且具有及时、准确的特点，因此利用地下水水位监测系统进行地下水的监测具有明显的优势。

1 系统组成及工作原理

1.1 系统组成

地下水水位监测系统由系统硬件和数据处理控制中心两部分组成。系统硬件由XYX-DS26投入式压力硅液位传感器、A/D变送器、XYX-WX-MIDEM无线通讯模块等组成，系统数据处理控制中心由PLC可编程智能控制器、数据分析处理软件等组成。

1.2 工作原理

地下水位监测系统由XYX-DSC地下水位自动采集器、计算机技术、通信技术、自动控制技术等对地下水位进行全面监控，实施实时数据分析等。

在晋中祁县的试验区内有多个数据采集点（监测井），在每个数据采集点（监测井）上安装专用的数据采集器（XYXDS26投入式压力硅液位传感器），实时采集地下水位数据；数据采集器采集到的数据经过A/D变送器把所采集的数据传输给智能控制器；智能控制器利用XYX-WX-MIDEM无线通讯模块，借助无线网络传输到总控制室；总控制室的无线接收模块接受到数据后通过数据处理软件对数据进行汇总、分析处理，并可以真实地在显示屏上模拟当前的静态水位、动态水位和片区水位曲线等。其工作原理图见图1。

图1 系统工作原理图

1.3 系统功能与特点

本系统具有数据可靠、方便快捷的优点。能实时监测地下水位的静态和动态情况，并可及时地通过无线网络传到总控制室。可以根据需要随时采集数据，既可以满足长期数据采集需求，又可以满足抽水实验等水位降落过程的观测需要。

2 应用效果分析

2001年在晋中祁县试验区内的21眼机井全部安装了地下水位监测系统，同时配有一套计量控制系统，对地下水位实施实时监测。水行政授权管理部门以获得的水位数据为依据，计算出可以开采的水量，在分析水资源承载能力的基础上，根据用水计划及干旱程度合理分配用水指标，对用水总量进行控制。为水行政主管部门制定取水计划提供了科学依据，并在保护地下水方面取得了明显的效果。

2.1 水位变化及节水效果分析

由于社会经济的发展，试验区的地下水位由1980年的768～769 m下降到2000年的712～726 m，地下水位下降近50 m，平均地下水位下降的速率为2 m/a左右，有部分地区出现了漏斗区，地下水环境遭到了严重的破坏。至2001年使用地下水水位监控系统后，该区的地下水位在2004年开始停止下降，到2009年水位累计上升了1.5m。1990年至2009年试验区地下水位变化状况见图2。

图2 1990～2009年试验区地下水位变化图

2.2 社会效益

通过对地下水位的实时监测不仅可以掌握地下水的水位、水量，同时达到下列社会效益：

（1）预测下一年的可用水量。根据监测到的水位变化情况，在分析数据的基础上，可以预测下一年的水量情况，便于制定下一年的地下水开采计划。

（2）指导地面水的合理配置。根据地下水动态变化情况，以保护水环境为目标，有目的有计划地调节和控制地面水的配置方案。

（3）能够有效地保护水源地。该系统能准确掌握地下水环境真实状态，为水环境的保护提供了可靠的技术资料。水行政主管部门可以根据地下水长期观测的动态情况，及时制定合理的方案来调整区域供水保护范围和保护强度。

3 存在问题及建议

3.1 存在的问题

（1）经费投入不足。由于各地区的经济发展不平衡，仪器设备及安装费用较高，很多地方的经费不足，使得地下水位监测设备得不到广泛的使用，也使地下水位监测工作进展缓慢。

（2）专用观测井数量不足。实验区内有大部分监测井为工农业生产用水井，在监测过程中有持续抽水的现象，这样就增加了观测的难度，影响了监测数据的精确程度。

3.2 建议

（1）建议上级有关部门，加大地下水监测系统上的资金投入，扩大监测范围，保证地下水监测的质量。另外可以利用监测成果，积极开展有偿服务，来弥补资金上的困难。

（2）建议开辟专用的监测井，淘汰用于工农业用水的生产井。如果实现专井专用，这样就能使监测的数据更加准确，资料更加可靠。

（3）建议对地下水严重超采区和出现漏斗区的地方进行重点监测，以便更好地保护地下水。

4 结论

地下水位动态变化是一个比较漫长的过程，只有通过准确、长期、系统的地下水位监测，不断地累计资料，正确地分析计算，才能了解其变化规律。地下水系统监测是直接获得地下水位动态变化的有效方法。不断完善地下水位监测系统，重视和加强地下水监测资料的分析工作，对地下水资源的合理开发利用、管理和保护具有重要意义。同时也为水行政主管部门提供准确的数据，便于他们根据地下水总量，提出合理的用水计划，使得经济社会发展、生态环境保护和地下水资源开发利用协调发展，为科学地指导地下水的开发、利用、保护、治理、修复及加强地下水管理提供依据。如果该技术得到广泛应用，将会对保护地下水起到非常重要作用。