S WY-1型数字式钻孔水位测量仪主要科技创新研究与推广

李海鸥 舒细秀

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

工程地质、水文地质钻探是岩土工程勘察工作中重要的勘探手段，在钻探过程中，可以充分合理地获取大量的综合性的原始资料。其中，精准测量地下水位是钻孔原位试验中一个必要的工作，其准确程度关系到水文地质资料的精度。传统地下水位测量方法主要依靠手工测量数据为主，较为落后，存在工作效率低、人为误差大、深孔测量难、压水试验内管水位不好测等问题。为了解决上述问题，湖南省水电设计院研究出了SWY-1型数字式钻孔水位测量仪。本水位仪于2012年11月已获得国家专利，专利号ZL 2009 1 0166823.0。

1 项目主要科技创新研究

（1）根据液体浮力原理，利用水的导电性能，首次采用特殊工艺设计研发了重力式浮标探头。

仪器的关键部件是探头，它主要由一个传感器组成，制作工艺要求相当高。首先探头直径不能大于16 mm，否则在套管内管中无法下放；其次测线重量要适当，过重既浪费材料，还有可能影响下放，过轻则无法克服水的浮力和其他阻力，到达不了指定位置；其三金属柱需有良好的导电性，中间部位需绝缘，否则，导致探头反应不灵敏。

（2）采用智能计数技术，首次自主研发了自动计数系统。其基本原理是采用圆周分割计数、弱电信号脉冲放大、可视和声频智能提示、自动计数、自动储存。解决了人工测量造成的人为误差过大和劳动强度大的难题，实现了钻探孔内水位测量智能化和数字化。

本仪器采用圆周分割计数原理，利用测量电缆下放到钻孔中的传动装置，将传动转轮分割成需要的等分进行计数，把转轮的圆周弧长转换成电缆长度，这个方法精度可任意调整，误差小，容易操作。传动轮边缘与升降电缆部位设置光纤放大器，当电缆产生微弱的电信号时，光纤放大器会将电信号放大，达到观测和记录需要的量级。放大的电信号会被主机同步接收，在显示屏上出现可视和声频信号，起到提示和报警作用。

（3）首次利用水位仪做到钻孔内地下水位数字化观测及水温同步测量，能满足地下热水的开采要求。在探头中增设一个电子温控元件，主机面板上增加测水温开关，可以左右拨动，将开关拨至“水温”档时，就可以测水温。仪器采用分用电线合成主电缆方式，实行水位和水温数据分开传输，取得了圆满成功，目前水温测量精度达（0.5～1）℃,时间不超过 3min。经室内和室外检测，测量范围可在常温到100℃。

2 项目推广应用情况

SWY-1型数字式钻孔水位测量仪作为水利部水利科技推广项目，委托某集团加工制造了40余台，产品经过湖南省计量设计院的权威检测，所有指标均达到预期要求，满足了向社会推广的条件。通过大量的市场调研后，水位仪按推广价3800元/台来销售，其目的是让大家先了解仪器，使用仪器。等有了一定市场后可扩大规模生产，降低生产成本后再考虑利润。所以，目前不能以销售价格来衡量经济效益。其经济效益主要体现在提高岩土工程勘察的精度、提高工程勘察产品的质量、优化工程设计方案、降低工程造价，减少劳动力和降低工作强度等方面，具有很好的间接效益和社会效益。

项目推广第一年主要依托自身的工程进行应用、改进。5个项目分别为为湖南省涔天河水库扩建工程、莽山水库工程、洞庭湖工程、蓝山毛俊水库工程、长沙航电枢纽库区地下水监测项目。经过5个大项目14个时段300余孔的测试，取得了大量第一手资料。通过自己的项目应用，在项目组成员的跟踪指导下，现场人员掌握了操作要领，同时也发现了一些需要改进的问题，为推向市场打下了基础。

推广第二年主要面向省内外同行业各单位，一共向外推广了21台，主要使用单位：湖南益阳市水利水电勘测设计院、湘西工程勘察院、娄底市水利水电勘测设计院、湖南状元地质装备有限公司、湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司、湖南省地质矿产勘查开发局四○二队、四○九队、湖南中南水电水利工程建设有限公司、中国电建中南勘测设计研究院、湘西自治州水利水电勘测设计院、湖南院洞潭水电站基础处理施工项目部。这些单位分布在水利系统、地矿系统和工民建等不同系统中，勘探环境复杂多样，通过他们的使用，证明仪器适应性广，使用效果好，特别是增加测水温功能后，对深层地下水和地下热水开发具有很好的应用效果。

通过使用本仪器，使用单位普遍反映效果好、效率高，资料准确可靠。一是解决了深孔测量问题。莽山水库和毛俊水库，钻孔地下水最大埋深超过60 m，水质纯净，常规的两极电表没有办法测量到水位，利用本仪器很准确地测量了地下水位；湘西龙潭河水库处于岩溶地区，地下水最大深度超过180 m，一般方法无法解决测量地下水位问题，我们在临时加接电缆改制绞车的情况下，测量到地下水位，并利用本仪器进行了长期地下水位观测，使用效果好；二是解决了压水试验测内管水位的问题。没有使用本仪器前，内管水位测量十分困难，偶尔出现数据不准确，影响压水试验成果，在运用本仪器测量的工程中，有1 500余段压水试验测量了内管水位，提高了工作效率，减少了误差；三是特殊钻孔使用效果好。在涔天河、毛俊、莽山等项目中，测量了许多小口径微型钻孔的水位，微型钻孔孔径只有26mm，一般工具很难下放，本仪器不受任何阻碍。完成微型孔测量48孔70余次。

本仪器使用方便，能耗低，广泛适应于各种勘探环境，不存在影响环境和操作安全问题。水位仪的推广应用，填补了钻孔内地下水位数字化观测及同步测量水温的空白，解决了我国目前水利工程勘探的水文数据测量手段较为落后的问题，特别是解决了压水试验按规范测量内管水位的问题。它的推广应用，为提高工程勘察行业的科技装备水平，提高基础资料的精度，优化工程设计方案将有很好的帮助，产生了良好的社会效益。以涔天河项目为例，大坝帷幕灌浆剖面线长度约1 200 m,原设计帷幕平均深度85 m。因勘察压水试验质量提高，相对不透水层埋深约平均减少3.5 m,相应减少帷幕灌浆面积约4 200 m2,可节约直接投资约250余万元。

3 推广前景与建议

SWY—Ⅰ数字式钻孔水位测量仪其优点有：测量数字准确，水位测量有报警声提示，不会产生误操作；水温测量较快，3min左右就能实现温度稳定，精度达到正负1℃左右；探头能下入到钻杆内，完全满足水利水电压水试验规定测内管水位的要求；仪器轻，使用方便，单人就能完成测量工作，节约了一定的人工成本。本仪器解决了钻孔内测量地下水位一些难题，特别是解决了地下水位埋藏较深的测量问题，在水利水电工程勘探中具有很好的使用和推广价值，在地矿系统及地下水开发应用方面也有较好的潜在市场前景。

数字式钻孔水位测量仪也存在一定的局限性，如仪器功能较单一，难以采用工厂化生产，制造成本偏高，对超过100m的测深要定制绞车等辅助设备。