寿阳盆地地下水监测系统应用分析

张海燕

(山西省寿阳县水资源管理委员会办公室，山西晋中045400)

寿阳县位于山西省东部、太行山西麓，居于晋中市北部，潇河中上游。现辖14个乡镇，206个行政村，960个自然村，总人口约22万;总面积2 114 km2，南北长61 km，东西宽63 km，平均海拔1 200 m;现有耕地97.64万亩，农业人均耕地面积近6亩。矿产资源丰富，主要有煤、铁、矾石、石膏、耐火粘土等县境历史悠久、文化深厚、民风淳朴，交通便利、煤炭资源丰富。境内主要河流有潇河、白马河、向阳河。我县属温带大陆性气候，是寒温干燥区和寒温半干燥区，根据《山西省水资源第二次评价》成果，1956－2000年系列多年平均水资源总量为11 928万 m3，其中地表水资源量9 578万 m3，地下水资源量5 280万 m3，重复计算量2 930 m3;多年平均降水量为496.7 mm，多年平均蒸发量为1 670.7 mm。

1 盆地地下水监测的必要性

寿阳是山西省煤炭资源大县，全县探明煤炭储量约200亿t。丰富的煤炭资源，为寿阳县带来了巨大的经济和社会效益，2012年全年原煤产量达到1 992万 t。新元、开元、段王、平舒煤业、富东5户煤炭企业工业增加值占到全县规模以上工业增加值的80%，煤炭产业已成为寿阳县国民经济发展主要的支柱产业。

煤炭行业的快速发展，为推动寿阳县国民经济建设的发展发挥了重要的作用。但是，随着煤炭产量的不断提高，特别是新元、七元等大型煤矿的上马，不可避免地会给当地自然环境、生态环境以及水环境造成一定程度的影响。随着国民经济建设的发展，盆地内地下水开采量也在不断提高，从历年的水资源公报、水资源用水年报可以看出，1981年－1990年地下水年均开采量351万 m3，1991年－2000年地下水年均开采量610万 m3，2001年－2010年地下水年均开采量980万 m3，近三年(2010年—2012年)地下水年均开采量1 360万m3。因此可见，地下水用水量在逐年增加，而且近年来地下水开发利用已经处于很高程度。一旦县城盆地地下水受到煤矿开采的影响，破坏了地下水，将直接影响城区人民生活。为保证县城及县城周边国民经济建设的可持续发展，水资源的可持续利用，我县在县城盆地内设计了监测网点，加强了地下水的监测。

2 地下水监测站建设

2.1 监测站布设

要分期分批逐步加大监控力度与监测范围的原则，建设一批专用监测井。第一期监测站重点建设在白马河干流沿线地下水开采集中的区域，第二期向外围扩展，基本控制重点开采区域，第三期在边界上建设监测站，加强盆地地下水位的整体监控。

1)地下水监测站应分别沿着平行和垂直于地下水流向的监测线布设。

2)尽量建设一批专用观测井。建立地下水监测站的基本资料库，包括:位置、编号、井深、井孔柱状图、监测站类别、井口标高情况。

3)对选定的地下水监测站，根据其井孔的情况，必要时应做透水性灵敏度试验。灵敏度试验包括:抽水和注水试验。

4)地下水监测站的选定要具有长期性和稳定性。能够真实的控制本区段地下水年内年际地下水动态变化规律。

2.2 监测站建设

2.2.1 机井工程

朝阳镇金石庄村、闫家坪村和下湖峪三个村的机井工程。各水源井参数见表1。

表1 机井工程水源参数表

2.2.2 地下水监控系统

1)监测系统

监测系统由省水资源管理中心(主站)和水位数据远传处理器两部分组成，各监测点通过互联网定时的把水量、水位等信息传送给主站，主站的计算机在收到数据后，根据与各个监测点的通信协议由主程序确认数据的有效性，收集到数据库中进行处理。主站定时检索各监测点的历史信息，若有缺失则自动召测。

2)供电系统

朝阳镇金石庄村、闫家坪村这两个监测点由于现场没有供电设备，因此采用了太阳能电池板供电远程测控终端技术;太阳能电池板供电，测控终端用带高性能锂电池的微功耗远程控制技术。

3)水资源远程测控终端

水资源远程测控终端运用了最新的计算机网络成果，通过GPRS网络对地下水数据自动采集、自动检测、定时处理和上报监测数据，提高了水情测报速度和精度，扩大了地下水监测范围。系统采用模块化框架，结构比较简单、监测准确、耗电量低，操作方便，综合采用了防潮、防震、防雾等干扰措施，具有很好的可操作性、可维修性和高的监测准确性，水位监测误差小于0.1 m。

3 地下水监控系统功能

3.1 数据监测功能

通过远程测控终端相应的采集端口，对取水单位可定位监测，对多种参数进行采集，包括:取水单位名称、取水许可证编号、水井位置、取水许可批准水量、瞬时流量、地下水水位、当前水泵工作状态等，另外还可以通过水泵运行状态和在线状态判断当前取水户的取水情况等等。

3.2 数据的定时召测和发送功能

数据上报采用定时自报体制，即终端设备通过GPRS网络数据间隔1小时上报一次，测站终端系统自动定时响应后台系统的查询，将采集的地下水资源数据或者工作状态信息发送给后台系统，然后发送到监测中心。监测中心可以看到每小时上报累计用水量、瞬时流量、水位变化、水泵运行情况等数据，如果GPRS网络无法连通时，切换到GSM短信发送。系统的数据接收设备始终处于值守状态。

3.3 数据查询功能

通过历史上报数据可查询任意一个取水单位、在过去某一时间段的取水量历史信息，包括所属行业、取水类型等，以及通过水位监测井的查询地下水水位，获取相关的监测指标。

3.4 数据存储自记功能

远程测控终端配备有E2ROM存储器，可对各种用水数据进行记录，固态存储器基本配置8M。监测点数据可以在断电情况下储存15 d，在设备异常情况下储存30 d。

3.5 检测报警功能

3.5.1 水位报警功能

水位报警:当被测点水位低于一定限制或高于一定限制(可预先设定)，代码终端将进行报警操作，在终端上可进行声光报警，同时通过无线网络发送告警信息到监测中心。

3.5.2 开箱告警功能

开箱告警:终端设计有门限报警器，当终端机器门打开后，终端将通过无线网络发送开门告警信息到监测中心。提示监测中心注意。

3.5.3 断电告警功能

断电告警:当终端断电后，后备电源将工作，发送断电信息到监测中心。

4 结语

工程建成后，首先是解决三个自然村900人饮水和200亩大田灌溉水源问题。另外通过各区段地下水水位的观测、能够按年、按月自动做出观测区域内水位走势曲线图，通过对监测点曲线图分析，了解监测区域内水位变化趋势，分析年内年际地下水动态变化规律，及时掌握煤矿开采过程中盆地地下水水位、水质变化发展过程，为规划和制定城区周边地下水富水区保护方案提供科学的依据，实现对寿阳盆地地下水实时监控，建立寿阳县城地下水开采预警体系。以“一个中心、一个平台、一张网络、一套机制“的创新思路，提高了水资源信息化水平，为实行最严格的水资源管理制度提供技术支撑。