一、背景

地下水是地球上重要的淡水資源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用水。然而，近年來無節(jié)制的開采導(dǎo)致地下水量減少、水位下降，同時(shí)工業(yè)和生活污水的排放也使地下水水質(zhì)惡化，引發(fā)地面沉降和生態(tài)退化等問題。傳統(tǒng)地下水監(jiān)測(cè)手段難以預(yù)測(cè)水質(zhì)趨勢(shì)和未來污染變化，限制了地下水的合理開發(fā)和利用。

地下水資源較地表水資源復(fù)雜，因此地下水本身質(zhì)和量的變化以及引起地下水變化的環(huán)境條件和地下水的運(yùn)移規(guī)律不能直接觀察，同時(shí)，地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞。因此準(zhǔn)確開發(fā)保護(hù)地下水就必須依靠長(zhǎng)期的地下水監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)變化情況。

二、現(xiàn)狀分析

地下水位數(shù)據(jù)的收集不僅能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地反應(yīng)問題，分析問題，解決問題，從而指導(dǎo)工作實(shí)踐，而且更是研究地下水位動(dòng)態(tài)規(guī)律，掌握不同水文地質(zhì)單元、不同層位、不同水源地地下水位變化特征的重要依據(jù)，對(duì)水資源的研究與管理具有重要意義。

地下水的監(jiān)測(cè)是指對(duì)地下水的水位、水量、水質(zhì)、水壓、水溫及流速、流向等自然或人為因素影響下隨時(shí)間或空間變化規(guī)律的監(jiān)測(cè)。地下水的監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)巖土工程和建筑物穩(wěn)定性的需要有目的、有計(jì)劃、有組織地進(jìn)行。

當(dāng)前地下水監(jiān)測(cè)面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)偏遠(yuǎn)，供電困難，依賴太陽能電池板供電，且設(shè)備需具備獨(dú)立性、可擴(kuò)展性和集成穩(wěn)定性。另一方面，監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型和配置應(yīng)依據(jù)具體監(jiān)測(cè)需求和場(chǎng)地條件，綜合考慮各種因素。此外，監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量也存在差異，需要加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)管和數(shù)據(jù)管理。

三、解決思路

為應(yīng)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)的挑戰(zhàn)，可從以下幾方面入手：

1.優(yōu)化設(shè)備選型與配置：根據(jù)監(jiān)測(cè)目的、場(chǎng)地條件和預(yù)算等因素，合理選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備，確保其適應(yīng)性與可靠性。

2.強(qiáng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)管：建立嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)、安裝和運(yùn)行的監(jiān)管，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.提升數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用水平：構(gòu)建專業(yè)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、整理和分析，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為地下水管理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

4.加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新：持續(xù)投入研發(fā)資源，推動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)升級(jí)，提高設(shè)備性能和智能化水平，如開發(fā)更高效的傳感器和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

四、系統(tǒng)組成和設(shè)備選型

地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由以下部分組成：

1. 水位監(jiān)測(cè)設(shè)備：如一體化水位水溫計(jì)、壓力式水位計(jì)等，用于測(cè)量地下水位變化，適用于不同量程和精度要求。

一體化水位水溫計(jì)：

水位水溫計(jì)用于測(cè)量水井水位、水溫，將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過信號(hào)線傳送給遙測(cè)終端機(jī)。

水位水溫計(jì)中內(nèi)置壓力、溫度、敏感元件，利用壓力電阻效應(yīng)，將承受的液壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由電壓電流轉(zhuǎn)換器，把電信號(hào)變換成RS485標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳信號(hào)。

計(jì)算公式：P=PI+Q*H

其中 P:被測(cè)液體壓力；PI:大氣壓力；H:液體深度；Q:被測(cè)液體比重

由于大氣壓隨地理位置高度的不同而變化，為了消除大氣壓變化引起的測(cè)量誤差，傳感器采用導(dǎo)氣電纜，將大氣壓PI導(dǎo)入敏感元件另一側(cè)，導(dǎo)氣電纜的導(dǎo)氣孔于大氣連通。從而使計(jì)算公式變?yōu)椋篜=Q*H

這樣就消除了大氣壓力變化引起的測(cè)量誤差，測(cè)量精度可達(dá)0.05%

對(duì)于波動(dòng)較大的水池的液位測(cè)量，可以根據(jù)具體情況采用防波管、固定支架等手段固定變送器。

2.水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備：包括多參數(shù)水質(zhì)分析儀、水質(zhì)采樣器等，可監(jiān)測(cè)pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、重金屬含量等水質(zhì)參數(shù)，滿足多樣化的水質(zhì)監(jiān)測(cè)需求。

3.數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備：如數(shù)據(jù)采集器、遙測(cè)終端機(jī)等，負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)，并通過有線或無線通信方式傳輸至監(jiān)控中心，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和完整性。

4.遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理平臺(tái)：由服務(wù)器、監(jiān)控軟件等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、展示和分析，支持遠(yuǎn)程設(shè)備管理和控制，提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理水平。

數(shù)據(jù)采集部分：數(shù)據(jù)采集部分由水位傳感器、水溫傳感器、PH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、濁度傳感器等其他地下水監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)地下水質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集;

網(wǎng)絡(luò)傳輸部分：網(wǎng)絡(luò)傳輸部分主要設(shè)備為智能遙測(cè)終端，負(fù)責(zé)連接前端采集設(shè)備，將前端采集設(shè)備的采集數(shù)值通過4G無線網(wǎng)絡(luò)或其他網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送;

數(shù)據(jù)管理中心：數(shù)據(jù)管理中心又可以分為三個(gè)小部分，分別是水資源監(jiān)測(cè)云平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，水資源監(jiān)測(cè)云平臺(tái)可使用水資源監(jiān)測(cè)云平臺(tái)也可以使用用戶自己開發(fā)的水資源監(jiān)測(cè)云平臺(tái)，通過大屏、PC端、移動(dòng)端對(duì)圖形化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示與處理，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行永久化存儲(chǔ)。

地下水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合移動(dòng)通信技術(shù)，對(duì)地下水的pH、水溫、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率、水位、氨氮、氯化物等因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過水利遙測(cè)終端實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)，平臺(tái)自動(dòng)接收存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)地下水變化規(guī)律進(jìn)行分析。系統(tǒng)采用太陽能供電或鋰電池自供電，節(jié)省能耗。

在設(shè)備選型方面，需綜合考慮測(cè)量范圍、精度、穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、成本等因素，以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和可靠性。

五、應(yīng)用場(chǎng)景

1.城市供水水源地監(jiān)測(cè)：在城市供水水源地安裝地下水監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位和水質(zhì)變化，確保供水安全。一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，及時(shí)采取措施，防止污染水源進(jìn)入供水系統(tǒng)。

2.工業(yè)污染場(chǎng)地監(jiān)測(cè)：對(duì)工業(yè)污染場(chǎng)地周邊的地下水進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，評(píng)估污染物的擴(kuò)散趨勢(shì)和影響范圍，為污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控提供依據(jù)。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)治理工程的實(shí)施，降低治理成本，提高治理效果。

3.農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)監(jiān)測(cè)：在農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)監(jiān)測(cè)地下水位和水質(zhì)，合理安排灌溉用水，防止過度開采和水質(zhì)污染。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化灌溉制度，提高水資源利用效率，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

通過以上措施，可以有效提升地下水監(jiān)測(cè)的效率和質(zhì)量，為地下水的合理開發(fā)、利用和保護(hù)提供有力支持，保障地下水資源的可持續(xù)利用。

六、水測(cè)家項(xiàng)目案例

唐山地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目