自动化监测技术在抽水试验中的应用

秦国强

(新疆水利水电勘测设计研究院 地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)

自动化监测技术在抽水试验中的应用

秦国强

(新疆水利水电勘测设计研究院 地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)

[摘要]通过与传统监测方法比较，介绍了地下水位及流量的自动化监测技术，即利用 Mini-Diver 监测水位埋深并利用TDS—100H 水位流量计监测流量。而且，通过在新疆博州地下水资源评价项目抽水试验中的应用，证明该自动化监测技术记录准确，误差小，监测数据量大，操作方便灵活，可及时掌握地下水动态变化，具有广泛的推广利用价值。

[关键词]自动化监测；传统监测；抽水试验；地下水

在新疆博州地下水资源评价项目抽水试验中引进了自动化监测技术，对抽水井及主要监测井布置了自动化监测装置，进行地下水位及出水量的监测。实践表明，与传统监测方法相比，自动化监测具有及时性、准确性、快速性，弥补了传统监测方法的不足。对抽水实验来说，具有广泛的推广价值。

1传统监测方法

传统监测地下水位的方法为：采用“测绳+万用表”。监测抽水实验地下水埋深过程为：每个落程抽水开始后第1分钟、第2分钟、第3分钟、第4分钟、第6分钟、第8分钟、第10分钟、第15分钟、第20分钟、第25分钟、第30分钟、第40分钟、第50分钟、第60分钟、第80分钟、第100分钟、第120分钟、第150分钟分测量1次动水位，以后每隔30 min分钟测量1次动水位；直到水位稳定后再增加水泵进行下一落程的抽水试验；抽水试验稳定后需要对水位进行恢复测量：在第1分钟、第2分钟、第3分钟、第4分钟、第6分钟、第8分钟、第10分钟、第15分钟、第20分钟、第25分钟、第30分钟、第40分钟、第50分钟、第60分钟、第80分钟、第100分钟、第120分钟、第150分钟分测量1次恢复水位，以后每隔30 min分钟观测1次，直至水位恢复到静止水位为止。(由于人为原因，抽水井和观测井埋深往往不能同步观测，或对抽水过程中的其它一些变化不能及时掌握。)

传统监测出水流量的方法为：采用三角堰或梯形堰。将三角堰或梯形堰安装在要测定的水流处，当水溢流并稳定以后，利用标尺测量水位读取标尺读数。三角堰或梯形堰应安置于稳固的基础上，保持水平；每次标尺测量时应保证起始读数准确，保持垂直。

2自动化监测系统介绍

自动化监测系统具有先进性、可靠性、分布性、易操作性等特点。其融合了计算机网络技术，集成了国内先进的监测技术，在监测功能和技术选择方面有较好的代表性；监测系统具有独立性，当单个监测系统发生故障时，不会影响整个监测装置的监测；快速进行数据的采集、传输、管理及分析，及时准确的掌握数据动态变化[1]。本次所选用自动化监测系统由地下水位自动监测单元Mini-Diver和流速流量自动监测单元TDS—100H两部分组成，下面对其分别介绍。

2.1Mini-Diver

Mini-Diver用来监测地下水位的埋深。首先，设定其监测频率；其次，通过一条刚线缆悬挂在监测井动水位埋深以下，即可对地下水位动态进行定时监测。

图1　Mini-Diver

Mini-Diver是来自荷兰的地下水自动记录仪(见图 1)。它只有手掌大小，长度90 mm，直径22 mm。Mini-Diver内部集成温度和压力传感器，内存和电池；外部为密封的不锈钢材质。因此，Mini-Diver不易受潮，也不易受到外部电流的影响[2,3]。Mini-Diver的内存可以记录保存224 000个数据。因此，若设定监测频率为每10 min一次，则内存可记录长达6个月时间的数据。

2.2TDS—100H

TDS—100H 超声波流速流量计是一种用于管道流速流量测量的仪器。首先，将传感器探头固定在管道外壁上，其次，设定手操器中管道材质、管径及介质类型，即可实时读取并记录流速、流量数据(见图 2)。

图2　TDS—100H

该流速流量仪可以根据实地使用对手操器进行设置，从而测量各种不同材质管道、不同介质类型的流速、流量。其流速测量精度可达±1%，流量测量精度可达±2%～5%。工作方式为自记式采集方式即按设定时间周期将流速、流量数据的自动采集保存在片内存储器中，并可记录来水时间和断水时间。

TDS—100H 超声波流速流量计的特点为：(1)可以根据实地使用对传感器进行设置，并可测量各种不同材质管道、不同介质类型的流速、流量；(2)可靠性高、密封、强度高，无腐蚀，外部安装牢固，适合野外无人环境使用；(3)特低功耗，无需外部供电，采样时间短，非采样时功耗极低，内置电池可连续工作24 h；(4)配套手操器可提供全中文提示，为用户提供了良好的人机界面，通过手动置数，可对各种参数进行设置、查询、修改等[4]；(5)内置实时时钟，精度可调整，可以准确记录采样时刻的时间；(6)仪表内配有大容量的数据存储器，对所有设置的参数和测量数据会长久保存，即使去掉电池。数据亦可保存十年以上；(7)仪表内置科学的数字滤波方式及防涌水功能，能够有效地解决涌水对测量的影响，使测量值稳定、真实、可靠。

3实例

3.1应用区概况

本次自动化监测技术抽水试验应用于新疆博州境内，高斯投影坐标为：X(583 500～693 500 m)，Y(4 919 000～4 969 000 m)。应用区内共有机井2 700多眼，井径一般为426 mm，管径多为150 mm，井深为80～180 m不等，均为农业灌溉所用。本次对区内30眼机井进行抽水试验。区内中下游靠近艾比湖区域多为潜水和承压水互层，水量较丰富，单位涌水量为7.5～20.3 L/s·m，水化学类型主要为SO4·HCO3-Na·Ca和SO4·CL-Mg·Ca型，渗透系数3.5～27.0 m/d，矿化度0.83～1.32 g/L。上游为单一结构孔隙潜水含水层，水量较丰富，单位涌水量为4.7～31.5 L/s·m，水化学类型主要为SO4·Cl-Na·Ca和SO4·HCO3-Na·Ca型，渗透系数9.3～29.7 m/d，矿化度0.25～0.87 g/L。

3.2成果展示

在新疆博州地下水资源评价抽水试验中，抽水井中安装Mini-Diver进行地下水位实时监测，应用TDS—100H监测实时流速流量。表1为G13号井抽水试验各仪器实时监测的部分数据成果。

图3　G13号井抽水试验自动化监测数据

G13号井位于精河县大河沿子镇，该井为2006年所凿农用机井，井深120 m，井径426 mm，管径150 mm，出水量在120 m3/h左右，灌溉耕地面积近300亩。本次抽水试验从上午11点整开始，进行了水位下降试验和水位恢复试验，表 1和图 4给出了下降试验所得成果，由图 4可知该井降深7 m左右，在11点30分左右达到稳定状态，经过计算该井所在地渗透系数K为22.37 m/d，与此区域相一致。

可见，自动化监测系统在抽水试验中可对地下水位和机井出水流量进行实时、准确、快速的监测，充分地掌握地下水位的动态变化，并且不受外界因素的干扰，能够精准的反映地下水位的整个监测过程。

表1　G13号井抽水试验部分数据

4结语

自动化监测技术是一种新的掌握、了解地下水参数变化的方式。本文结合实例，介绍了地下水位自动监测技术的特点及监测方法，总结如下：

自动化监测技术和传统监测方法相比，其实现了对地下水各要素的实时、准确、无误的采集，测量数据准确、连续，其精度符合标准要求。对于多孔抽水试验，自动化监测技术安装方便，保护性好，可以任意设置监测时间，避免了因环境因素和人为因素带来的误差。真正做到了对地下水动态变化的及时掌握。故自动化监测系统的使用已成为一种趋势，其携带方便、准确度高、数据处理快速，对今后的抽水试验工作起着至关重要的影响作用。

参考文献

[1]罗霄，韩润萍.面向对象软件自动生成在检测系统中的应用[J]. 微计算机信息.2007(18):222-223.

[2]胡胜利，万晋军.基于GPRS的地下水自动监测系统设计[J].水利水电技术.2011(01)：89-91.

[3]罗延婷，王耀邦，岳永峰，等. 基于Mini-Diver的降水头试验在砂砾石层的应用[J].人民长江.2014(15):86-88.

[4]刘宇波，付丽凤.TDS-100型超声波流量计常见故障处理[J].科技信息.2010(27):515-516.

[收稿日期]2016-03-21

[作者简介]秦国强(1988-)，男，湖北红安人，助理工程师，主要从事地下水资源利用工作。

[中图分类号]P641.5+4

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0082-02