地下水監(jiān)測方法和儀器概述

姚永熙

（水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012）

我國地下水的主要監(jiān)測要素是地下水水位、水溫、水質(zhì)和出水量。由于特殊需要，還可能監(jiān)測地下水流向和流速。

1 地下水水位監(jiān)測

1.1 地下水水位的監(jiān)測要求

地下水水位是最普遍、最重要的地下水監(jiān)測要素，地下水水位一般都以“埋深”進行觀測，再得到水位。

按 SL183-2005《地下水監(jiān)測規(guī)范》要求，人工觀測時，“兩次測量允許偏差為 ± 0.02 m；水位自動監(jiān)測時，“允許精度誤差為 ± 0.01 m”。在其附錄中對傳感器規(guī)定“組建系統(tǒng)應選用 3 級以上設備”，3 級精度的水位計水位誤差是 ± 3 cm（10 m 水位變幅范圍內(nèi)）[1]。在 SL360-2006《地下水監(jiān)測站建設技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定“水位監(jiān)測誤差應為 ± 0.02 m”[2]。

測量地下水水位的儀器并不比測量地表水位的水位計先進。使用條件中有利的方面為：水體的地下環(huán)境比較穩(wěn)定，水位變幅較慢（除抽水試驗外），水質(zhì)也比地表水好；不利的一面為：埋深可能很深，測井管可能很小。

考慮綜合影響，地下水位的觀測準確性不容易普遍達到 ± 0.01 m，可考慮按 “水位監(jiān)測誤差應為 ± 0.02 m”（并限定變幅 10 m）執(zhí)行，比較符合實際情況。上述規(guī)范也都在修訂中。而現(xiàn)行的地下水水位計的儀器標準則落后于實際情況。

1.2 地下水位的監(jiān)測方法和儀器

監(jiān)測地下水位的方法可以分為人工觀測和自動觀測 2 種，使用相應的人工和自動觀測設備。

1.2.1 地下水位人工觀測儀器

人工觀測地下水位基本上應用測盅和電接觸懸錘式水尺，還有更簡單的代用措施。

1.2.1.1 地下水位測盅

測盅是最古老的地下水位測具，測盅盅體是長約 10 cm 的金屬中空圓筒，直徑數(shù)厘米，圓筒一端開口，另一端封閉，封閉端系測繩，開口端向下。測量時，人工提測繩，將測盅放至地下水面，上下提放測盅。測盅開口端接觸水面時會發(fā)出撞擊聲，由此判斷水面位置，讀取測繩上刻度，得到地下水埋深值。

此方法很簡單，目前還一直在較大范圍使用。由于判斷測盅接觸水面會產(chǎn)生誤差，同時測繩的長度也存在誤差，水位觀測值不會很準確。

測盅沒有正規(guī)產(chǎn)品，此方法也不應再繼續(xù)使用。

1.2.1.2 電接觸懸錘式水尺

這種地下水位測量設備也常被稱為“懸錘式水位計”、“水位測尺”。儀器由水位測錘、測尺、接觸水面指示器（音響、燈光、指針）、測尺收放盤等組成。

測尺是一柔性金屬長卷尺，其上附有 2 根導線，卷尺上有很準確的刻度。測錘有一定重量，端部有 2 個相互絕緣的觸點，觸點與導線相聯(lián)；也可以以錘體作為 1 個觸點。2 觸點接觸地下水體時，電阻變?。▽ǎ?。地上與 2 根導線相聯(lián)的音響、燈光、指針指示發(fā)出信號，表示已到達地下水水面。從測尺上讀出讀數(shù)，可以知道地下水位埋深。

這種儀器簡單，便于攜帶，對使用者的熟練程度要求不高，可以用于各種地下水位的觀測。由于能很準確地指示地下水面的位置，水位測量準確性較高。測尺是專門制作的，高質(zhì)量的產(chǎn)品可以達到 ± 1 cm/100 m 的準確度（刻度）。定期按規(guī)定進行計量或校核后能保證地下水位測值的準確性。

測尺的長度基本不受限制，有 500 m 的產(chǎn)品，可以用于不同的地下水位埋深與變幅。

國內(nèi)和國外都有這類產(chǎn)品，其技術(shù)性、結(jié)構(gòu)都差不多。測尺都是覆蓋塑料涂層的鋼卷尺，刻度 1 mm；水位測錘用不銹鋼材質(zhì)制造，帶觸點，直徑小于 20 mm；水位指示用音響、燈光、指針形式，都是直流電池供電，準確度（刻度）能達到± 2 cm/100 m 或 ± 1 cm/100 m。

有些產(chǎn)品可測井深，可以選配溫度傳感器測量地下水溫。

1.2.2 地下水位自動監(jiān)測儀器

能自動測量地下水位的儀器主要有浮子式和壓力式 2 種地下水位計，曾經(jīng)應用過自動跟蹤式懸錘水尺。大口徑測井、埋深不大時，可以應用所有類型的地表水位計。

1.2.2.1 浮子式地下水位計

浮子式地下水位計的結(jié)構(gòu)和測地表水位用的浮子式水位計相同。感應水位變化的都是浮子、懸索、水位輪系統(tǒng)，一般也都有平衡錘，或者用自收懸索機構(gòu)取代平衡錘。早期的長期水位記錄用長圖紙帶劃線方式，目前已基本不生產(chǎn)?，F(xiàn)在的產(chǎn)品用編碼器將水位值編碼輸出供固態(tài)存貯記錄或遙測傳輸。一般的產(chǎn)品，其編碼器在地面上；先進的產(chǎn)品，整個儀器，包括水位感應、編碼器、固態(tài)存貯、電源等所有部分都懸掛在井中水面上自動工作。

浮子式地下水位計一般都能在 10 cm 口徑的測井管中工作，有些可裝在 5 cm 口徑的井內(nèi)工作，水位輪、浮子、平衡錘的直徑都很小。小浮子感應水位變化的靈敏度較差。地下水埋深較大，懸索長，也影響水位感應靈敏度。因此，地下水位計的記錄機構(gòu)，編碼器的阻力應盡可能小些，還應避免懸索和水位輪之間打滑，應優(yōu)先選用帶球鋼絲繩、穿孔帶作為懸索。一些產(chǎn)品應用自收懸索的方法，不應使用放入井中的平衡錘，以便于使用于小口徑測井。

用于地表水的浮子式自記水位計可以直接用于井徑較大（大于 40 cm），地下水埋深較淺的地下水位測量。

浮子式地下水位計結(jié)構(gòu)簡單、可靠，便于操作維護。只要測井口徑滿足安裝要求，可以用于所有地點，水位測量的準確性也較高。

水位編碼器的性能各異，選用時要注意。地下水埋深較大時，尤其要注意懸索、水位輪的配合，了解和控制可能產(chǎn)生的誤差。

浮子式水位計對測井的傾斜度有要求，應用時需注意。

不同產(chǎn)品的性能差距很大，具體如下：

（1）用普通日記水位計改造的產(chǎn)品

適用井徑：10 cm；

水位變化范圍：0～10 m；

水位準確性：± 2 cm；

水位記錄：24 h，劃線記錄；

平衡錘：平衡錘進入測井。

（2）國內(nèi)的浮子式編碼地下水位計

水位輸出：格雷碼編碼輸出，供記錄和數(shù)據(jù)傳輸；

適用井徑：12 cm；

儀器結(jié)構(gòu)：儀器主體在地面上。可選自收懸索方式，不使用平衡錘。

（3）國外先進的的浮子式地下水位計

適用井徑：50 mm（2 英寸）；

適用埋深水位范圍：埋深不限，水位變化范圍0～15 m，可按需要配置；

水位準確度：< 1 cm；

懸索：帶球鋼絲繩；

水位輸出記錄方式：內(nèi)置編碼器、固態(tài)存貯器、電池，自動存貯。

記錄能力：電池壽命 15 a，存貯數(shù)據(jù) 15000 個；

儀器結(jié)構(gòu)：一體化結(jié)構(gòu)，沒有地上部分，可以整體懸掛安裝在井內(nèi)工作。

1.2.2.2 壓力式地下水位計

壓力式地下水位計的原理結(jié)構(gòu)和測量地表水的壓力水位計一致。儀器測量水面以下某一點的靜水壓力，再根據(jù)水體的密度換算得到此測量點以上水位的高度，從而得到水位。水面上承受著大氣壓力，所以水下測點測到的壓力是測量點以上水柱高度形成的水壓力與水體表面的大氣壓力之和。換算成水位高度時應減去大氣壓力，或者應用補償方式自動減掉大氣壓力。在應用的儀器設備中，這一補償過程是自動進行的。

壓力式水位計包括壓力傳感器和水位顯示記錄器、專用電纜、電源等，也可以是一體化的。

一體化壓力式地下水位計的壓力傳感器、測量控制裝置、固態(tài)存貯器、電源都密封安裝在一細長圓柱狀的機殼內(nèi)，具有相應的耐壓密封性能。用專用纜索掛在地下水測井內(nèi)的最低水位以下。儀器按設定時間間隔自動采集、存貯水位數(shù)據(jù)。 其存貯的水位數(shù)據(jù)可以通過專用電纜或光纖在地面上采集，采集時使用一般電腦或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)收集器。也可能需要定時將儀器整體提上地面，采集數(shù)據(jù)。需要接入自動化系統(tǒng)時應用專用電纜傳輸。國外產(chǎn)品基本上是這種一體化形式。

傳感器＋主機形式的壓力式地下水位計由壓力傳感器和測量控制裝置組成，用專用電纜聯(lián)接。壓力傳感器用專用纜索懸掛在地下水測井內(nèi)的最低水位以下，測控裝置在地面上。電源和記錄裝置也可能是單獨的，和測控裝置相聯(lián)。國內(nèi)產(chǎn)品目前都是這種形式。

浮子式水位計的水位準確性會受小測井的影響，而壓力式水位計沒有這問題?？梢杂糜谥睆?5 cm 的地下水位測井，甚至 1 英寸直徑的測井。因此可以認為使用中對測井口徑?jīng)]有要求，而且基本上可以適用于任何埋深。

地下水中的泥沙含量少，水質(zhì)密度較為穩(wěn)定，很適合壓力式地下水位計的應用。因而，壓力式地下水位計適合地下水位的高準確度測量。

一體化的壓力地下水位計的所有工作部分都在地下水測井的水下，不受地面上的干擾，工作穩(wěn)定。

此水位計同時可測量水溫，具有溫度補償修正功能。陶瓷電容式壓力傳感器彌補了硅壓力傳感器的一些不足，使壓力傳感元件更加穩(wěn)定。壓力式地下水位計的水位測量準確性已高于浮子式地下水位計。

需要同時測量某些水質(zhì)參數(shù)時，可以選用同時具有某些水質(zhì)參數(shù)測量功能的多參數(shù)壓力水位計，同時測量記錄水位、水溫、水質(zhì)等參數(shù)。

1.2.2.3 自動跟蹤式懸錘水尺

應用電接觸懸錘式水尺時，需要人工下放測錘，觀測燈光、音響信號，以判別測錘是否正好接觸水面。自動跟蹤式懸錘水尺用一電機自動下放測錘，測錘接觸水面時，導通信號控制電機停止轉(zhuǎn)動。測尺下放時聯(lián)動一編碼器，或者用步進電機下放測尺，測得接觸水面時測尺的下放長度。此長度數(shù)據(jù)編碼輸出，或由步進電機輸出，就能自動測得地下水位。

這類儀器結(jié)構(gòu)較復雜，可動部件較多，可靠性差，水位測量誤差也較大。目前已沒有適用的產(chǎn)品。

1.3 國內(nèi)外地下水位監(jiān)測儀器的比較

1.3.1 人工觀測用國內(nèi)外地下水位儀器比較

國外大量應用電接觸懸錘式水尺人工觀測地下水位。國內(nèi)外都有這類產(chǎn)品，其性能差別不大 。

國外不使用測盅觀測地下水位。

1.3.2 自動監(jiān)測用國內(nèi)外地下水位計比較

1.3.2.1 浮子式地下水位計的比較

國內(nèi)的此類產(chǎn)品主要是兼用于地表水位測量的儀器。共同特點是浮子較小，直徑一般在 6～10 cm 之間；另一特點是水位記錄裝置或編碼器體積較大，阻力也偏大，都要安裝在地面上。大多數(shù)產(chǎn)品并不是專門為地下水位測量而設計的，還沒有設計成能較大范圍地應用于各種地下水位測井的水位計。

國外產(chǎn)品都是專門設計用于地下水位測量的，其浮子很小，有些產(chǎn)品的浮子連同平衡錘可以安裝在 5 cm 直徑的測井內(nèi)。典型的產(chǎn)品，其編碼器和存貯記錄器是一體化、小型化的，可以吊裝在測井內(nèi)。懸索采用帶球鋼絲繩，使用標準接口，可以接入自動化系統(tǒng)。

國內(nèi)還沒有可以和國外先進產(chǎn)品相比較的浮子式地下水位計。

1.3.2.2 壓力式地下水位計的比較

國內(nèi)有幾種壓力式地下水位計產(chǎn)品，是專門設計用于地下水位自動測量的，不是一體化結(jié)構(gòu)?？梢蚤L期自動測量地下水位，也可以用固態(tài)存貯方式存貯，且都能以標準接口輸出接入自動化系統(tǒng)。有的可以自動測量水溫，并同時對水位進行修正。水位測量準確性可以基本滿足規(guī)范要求。

國外的壓力式地下水位計產(chǎn)品種類很多，在國內(nèi)銷售的典型產(chǎn)品各有特點，但它們的綜合性能，各項指標都不同程度地超過國產(chǎn)產(chǎn)品。基本情況如下：

（1）結(jié)構(gòu)與體積，國外產(chǎn)品基本上都是一體化的，傳感器、固態(tài)存貯器、電源在一個整體內(nèi)，懸掛在水下工作，其直徑可以小于 3 cm，用于 1 英寸直徑的測井；

（2）存貯量大，存貯數(shù)據(jù)都大于 10000 個；

（3）使用方便，功耗低，多數(shù)儀器工作 6～8 年不需更換內(nèi)裝電池，不需調(diào)整，但有些儀器不能自行更換電池；

（4）水位準確性高，多優(yōu)于 ± 1 ‰，可以達到± 0.5 ‰；

（5）可靠性高，MTBF 都大于 3 a ；

（6）多參數(shù)記錄性能，很多產(chǎn)品具有多參數(shù)測記性能，包括水溫、水質(zhì)參數(shù)；

（7）保護措施好，具有不同程度的防干擾、抗雷擊、防破壞措施；

（8）產(chǎn)品化程度高，這是保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠的最重要條件。

1.4 地下水位監(jiān)測儀器的應用

水文系統(tǒng)目前基本依靠人工觀測地下水位，大量使用測盅測量地下水位，少量站點應用地下水位測尺測量地下水位。少數(shù)測站能自動測記地下水位，基本上使用浮子式地下水位計，劃線記錄。有少量地下水位遙測系統(tǒng)，使用浮子式編碼水位計或壓力式水位計。除數(shù)據(jù)存貯可靠性外，這些方法和儀器能滿足現(xiàn)行要求。但實際上人工觀測地下水位的準確性差別很大，難以達到 2 cm 誤差的要求。

2 地下水水質(zhì)監(jiān)測

2.1 地下水水質(zhì)監(jiān)測要求

SL219-98《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定了地下水水質(zhì)監(jiān)測項目[3]，參數(shù)與地表水接近，其分析方法按地表水規(guī)定執(zhí)行。此規(guī)范也規(guī)定了地下水采樣方法。

此規(guī)范沒有規(guī)定對地下水水質(zhì)自動監(jiān)測的要求。

2.2 地下水水質(zhì)監(jiān)測方法和設備

地下水水質(zhì)監(jiān)測方法可以分為人工采樣分析和自動監(jiān)測 2 種方法。自動監(jiān)測又可分為電極法水質(zhì)自動測量和抽水采樣自動分析方法。地下水水質(zhì)自動監(jiān)測基本上都采用電極法水質(zhì)自動測量儀器。

人工測量時一般都只在現(xiàn)場采集水樣，帶回實驗室分析。也可以使用便攜式自動測量儀在現(xiàn)場進行人工自動測量和采樣現(xiàn)場分析。

地下水采樣最好使用地下水采樣泵和采樣器，型式較多。一些采樣器是工業(yè)上用的，也可用于一般的地下水采樣。

2.2.1 電極法水質(zhì)直接測量儀器

電極法水質(zhì)直接測量儀器的傳感器（水質(zhì)測量電極或相應的測量元件）放入水體中，能直接感測或轉(zhuǎn)換得到某一水質(zhì)參數(shù)的數(shù)值。某一種電極只能測得某一種水質(zhì)參數(shù)。感應頭直接感應水質(zhì)，沒有可動部件，可以較長時期在水中工作，連續(xù)測量。

使用時，將儀器懸掛在地下水測井的水下。一體化產(chǎn)品的測量電極、測控電路、數(shù)據(jù)存貯器、電源等部件是一整體，在水下自動完成測量、記錄，通過專用電纜讀取數(shù)據(jù)和遙測傳輸。

非一體化儀器的測控、記錄、電源部分在地面上。

電極法水質(zhì)儀的特點：

（1）應用范圍廣，可以對大多數(shù)水質(zhì)進行直接測定；

（2）線性范圍廣，這是指測得電位等量值與水質(zhì)參數(shù)的關系穩(wěn)定而言；

（3）快速，這是自動測量所必須的，不過也是相對于自動分析法而言的；

（4）設備簡單，電極簡單、牢固、體積不大，便于安裝應用；

（5）價格較低，比自動分析儀器便宜很多。

電極法水質(zhì)儀的局限性：

（1）一些產(chǎn)品的維護要求較高，有定期清洗、更換耗件的要求；

（2）測量準確度稍低。這是相對于自動分析法來講的；

（3）不同測量電極的產(chǎn)品性能差別很大。

地下水水質(zhì)的電極法直接測量儀器很多，性能差異不大，但國產(chǎn)產(chǎn)品罕見。

一種國外的地下水位水質(zhì)多參數(shù)儀器參數(shù)特點：

（1）儀器尺寸：可用于 50.8 mm（2 英寸）直徑的測井；

（2）可測參數(shù)：水位、水溫、電導率、溶氧、pH、鹽度、濁度等參數(shù)；

（3）最多同時測量參數(shù)：13 個；

（4）存貯方式：固態(tài)存貯；

（5）接口：RS-485；

2.2.2 地下水水質(zhì)自動分析儀器

用于地下水的水質(zhì)自動分析儀器和用于地表水的相同。工作時要從地下水測井中直接抽取水樣。在地下水埋深較深時，及需要分層采樣時，對水樣采取設備有特殊要求。

極少將水質(zhì)自動分析儀器安裝在地下水測井現(xiàn)場自動測量地下水水質(zhì)。

2.2.3 人工在現(xiàn)場直接測量地下水水質(zhì)的儀器

這類儀器都是便攜式的，分為 2 類：一類是便攜式直接法水質(zhì)測量儀，另一類是便攜式水質(zhì)分析儀。這 2 類儀器主要用于地表水水質(zhì)的現(xiàn)場人工測量，都需要現(xiàn)場采取水樣（或投放入水體中）進行測量。

2.2.4 地下水采樣設備

地下水采樣設備分為采樣泵和采樣器 2 類。

地下水采樣泵將地下水抽出地面，一般都具有大揚程、流量小的特點。按工作特性不同，有底閥、雙閥、氣囊式、蠕動、不連續(xù)間隔等取樣泵。其中的底閥取樣泵可以人工操作，最大揚程 30 m。

低流量的氣囊式取樣泵用壓縮空氣擠壓氣囊將水樣提升出地面，水樣不和氣體接觸，也不受攪拌和抽吸。低流量采樣又減少了對地下水體的擾動。因此，得到的水樣代表性較好。

一些取樣泵可以工作在直徑 2 cm 的測井內(nèi)。

地下水采樣器放入地下水面以下，取得某一指定深度的水樣，在提升到水面的過程中不能與地下水體發(fā)生水的交換。在進入地下水面到達指定深度的過程中，也不應有這一行程中的水體停留在采樣器中。

簡單的地下水采樣器一般以長圓形采樣筒為主體，上、下端具有自動開閉的簡單閥門，控制水樣的進入和防止漏失。也可用落錘的方式擊下鐘形采樣筒，采取水樣。采樣容積基本上在 0.5～1.5 L 范圍，配有有刻度的懸掛測繩，用手搖絞盤提放，手搖絞盤類似于懸錘式地下水位計。地下水采樣器一般工作在口徑大于 5 cm 的測井內(nèi)。

2.3 國內(nèi)外地下水水質(zhì)監(jiān)測儀器的比較

國內(nèi)使用的儀器基本上都是國外產(chǎn)品，國內(nèi)外合作生產(chǎn)的也很少。

2.4 國內(nèi)外地下水水質(zhì)監(jiān)測儀器的應用狀況

水文系統(tǒng)基本都用取水樣回實驗室分析的方法測量地下水水質(zhì)。也有開始使用地下水水質(zhì)自動監(jiān)測儀器，但應用極少。其它行業(yè)應用得多一些。

國內(nèi)水文系統(tǒng)大多數(shù)取樣方法只是在生產(chǎn)井出流處取水樣，基本上沒有使用專用的地下水采樣設備進行地下水水質(zhì)采樣。其他行業(yè)有一些應用。

國外比較普遍地應用自動水質(zhì)監(jiān)測設備、地下水采樣器和采樣泵。

3 地下水水溫監(jiān)測方法和儀器

3.1 地下水水溫監(jiān)測要求

規(guī)范要求水溫的觀測允許誤差為 ± 0.2 ℃，同時觀測的氣溫的允許誤差也是 ± 0.2 ℃。

3.2 地下水水溫監(jiān)測方法和儀器

人工測量地下水溫時應用各種數(shù)字式溫度計測溫，流出地面后可以用一般溫度計測水溫 。

自動測量水溫的傳感器一般和其它傳感器安裝在一起，構(gòu)成水位、水溫測量傳感器，多參數(shù)水質(zhì)傳感器等。單獨自動測量水溫的儀器使用半導體、鉑電阻等傳感器。這些儀器都能達到測溫準確性要求。

3.3 國內(nèi)外地下水水溫監(jiān)測儀器的比較

國內(nèi)外各種測溫儀器的性能差別不大。但國外的地下水位、地下水水質(zhì)自動監(jiān)測儀器都帶有水溫測量傳感器，而國內(nèi)還極少有這類產(chǎn)品。

3.4 地下水水溫監(jiān)測儀器的應用

水文系統(tǒng)基本用人工方法測量地下水溫。一種方法是在地下水抽出地面后進行測量，另一方法是用數(shù)字式溫度計直接放入地下水測井中測量?；緵]有自動測量記錄地下水溫的站點。

4 地下水出水量監(jiān)測

地下水以泉水方式自動流出地面，或用水泵抽出地面。

以泉水形式出流地面時，出水量的測量和渠道流量測量方式相同；以水泵抽出地面時可以以管道流量的方式進行測量。這 2 類流量測量的方法和使用儀器都有規(guī)范規(guī)定，也比較成熟。

4.1 泉水出流流量測量

泉水流量一般不會很大，其泥沙含量也不大。針對這些特點，可以優(yōu)先考慮使用量水建筑物法、流速儀法。應用量水建筑物法測量流量時，只測水位，可以方便地做到自動測量。應用各種自動水位計測量上游水位，只是水位準確度要求高，水位測量誤差要達到 ± 3 mm。水量和流速很小時，可以使用小浮標測速的方法；水量很大時，可以使用其它河流流量測驗儀器。

4.2 水泵抽水量流量測量

在管道內(nèi)可以使用各種管道流量計，如水表、電磁管道流量計、聲學（超聲波）管道流量計等。一般地下水中泥沙很少，適合使用水表來計測水量，水表價廉、可靠。電子水表可以用于自動化系統(tǒng)，應優(yōu)先考慮。但很多地下水的泥沙含量并不小，會很快損壞水表，其他管道流量計又較貴，所以還普遍應用電功率法由水泵耗電量得到水量。

水泵出水流入渠道后可以使用明渠流量測驗方法測量流量。

4.3 地下水出水量監(jiān)測儀器的應用

水文系統(tǒng)承擔地下水出水量測驗工作的站點不多。對于泉流量，多數(shù)用流速儀面積法人工測量。也使用堰槽法測量，主要使用測流堰，人工測量水位，很少應用水位自動測量儀器測量。對于水泵抽水管道出流，常使用水表直接測量和用水力機械法、電功率法推算，由于測點數(shù)量非常多，適用的方法儀器需要具有價廉、耐用、較準確、便于使用的性能。上述方法和現(xiàn)有產(chǎn)品還不能滿足要求。

5 地下水流速流向的監(jiān)測調(diào)查方法

測量地下水流速流向有多種方法，大多數(shù)只是應用方法。有些測量結(jié)果屬于定性范疇，構(gòu)成專用儀器的較少。測量結(jié)果多數(shù)用于調(diào)查性的監(jiān)測，很少有長期監(jiān)測的。

按應用方法分類，主要有：抽水試驗法、示蹤法、電位差法。

抽水試驗法是傳統(tǒng)方法，在多井地區(qū)可以應用；示蹤法可以在單井中應用，同位素示蹤法有專門儀器；電位差法是測量地電場 / 電位的水文物探方法。

用測量地電位的方法可以判別一地塊的地下水流速流向，多用于專門調(diào)查。

6 地下水監(jiān)測資料的收集、記錄和傳輸

6.1 地下水監(jiān)測資料的收集、記錄

目前，大量地下水監(jiān)測參數(shù)由人工觀測，人工記錄收集。

一般傳統(tǒng)儀器用記錄紙劃線記錄，先進的產(chǎn)品都是固態(tài)存貯記錄。這些記錄方式和地表水參數(shù)記錄儀器基本一致。不同的是地下水固態(tài)存貯記錄和測量探頭是一體化的，包括水位、水質(zhì)參數(shù)。一體化的密封儀器懸吊安裝在井下，長期工作。

6.2 地下水監(jiān)測資料的遙測傳輸（數(shù)傳儀）

6.2.1 現(xiàn)狀概況

國內(nèi)水文系統(tǒng)已開始應用地下水信息的遙測傳輸設備，目前建設的自動收集系統(tǒng)、應用的儀器設備和水文自動測報系統(tǒng)基本一致。一些系統(tǒng)是參照水文自動測報系統(tǒng)的規(guī)定建設的，所用的設備儀器通用于水文自動測報系統(tǒng)。

其它部門，如地質(zhì)調(diào)查局、地震局應用的數(shù)傳儀已不同程度考慮了地下水測量的需要。

水文系統(tǒng)、地質(zhì)調(diào)查局、地震局、一些公司也都在繼續(xù)開發(fā)應用于地下水數(shù)據(jù)收集的數(shù)傳設備。

6.2.2 地下水數(shù)傳儀技術(shù)特點

地下水自動測報系統(tǒng)和水文（地表水）自動測報系統(tǒng)有很多相同的技術(shù)特性，但是，地下水自動測報系統(tǒng)也有自己的技術(shù)特點，具體如下：

（1）地下水的測次有規(guī)律，以定時觀測為主要方式；

（2）由于地下水參數(shù)變化較慢，一般觀測時，可以將較多的定時監(jiān)測數(shù)據(jù)一次性發(fā)送給中心，如每天將前一天的多個定時監(jiān)測數(shù)據(jù)一起上傳傳輸，但用于專門觀測的地下水測井，如地震、抽水試驗等，其測量頻度可能非常高；

（3）參數(shù)穩(wěn)定，以水位、水溫及水質(zhì)為主；

（4）基本采用標準化接口；

（5）基本都有在站數(shù)據(jù)存貯；

（6）應用環(huán)境特殊，尤其是地下水測井內(nèi)；

（7）設備有小型化要求；

（8）防護和環(huán)境適應性和地表水監(jiān)測要求不同；

（9）低功耗要求更高，有的站要求只用電池供電。

6.2.3 典型數(shù)傳儀產(chǎn)品

6.2.3.1 NSY.DA-2型數(shù)傳儀（國產(chǎn)）技術(shù)指標

（1）可接水位計類型：浮子式（格雷碼輸出）、壓力式、超聲波、雷達等水位計，4～20 mA 輸入；

（2）等待電流：小于 5 μA ；

（3）固態(tài)存貯功能：能存 1 a 的數(shù)據(jù)；

（4）通訊方式：GPRS 或 SMS 短信；

（5）主要工作方式：定時發(fā)送數(shù)據(jù)，5 min 至24 h 間隔可設，可以定時發(fā)送短期內(nèi)存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均有時標；

（6）內(nèi)置電池：可發(fā)射數(shù)據(jù) 2000 次以上，電池充電后可繼續(xù)使用；

（7）可使用外接電源，電壓 6 V；

（8）鑄鋁外殼密封，可安裝在野外與地下水測井口；

（9）環(huán)境溫度：-40～60 ℃。

6.2.3.2 國外典型產(chǎn)品

（1）內(nèi)置鋰電池，壽命 1～5 a；（2）可選 RS-232 / RS-485 接口；

（3）大容量數(shù)據(jù)存貯，定時采集、上報歷史數(shù)據(jù)；

（4）通信方式：短消息和 GPRS；

（5）GPRS 傳輸支持遠程維護；

（6）1 min ≤ 數(shù)據(jù)采集間隔 ≤ 31 d，1 min ≤ 數(shù)據(jù)上報間隔 ≤ 31 d；

（7）環(huán)境溫度：-20～70 ℃；

（8）2 節(jié) 1 號鋰電池發(fā)射 1000 次；

（9）體積小，可安裝在野外與地下水測井口。

6.3 國內(nèi)外地下水監(jiān)測資料的記錄和傳輸儀器比較

6.3.1 記錄儀器

國外大量應用固態(tài)存貯記錄方式記錄地下水數(shù)據(jù)，國內(nèi)目前還很少使用。

國外的記錄儀器比較可靠，其高度集成、小型化、低功耗的性能使得記錄部分和傳感器可以成為小型一體化的整體，適用于地下水監(jiān)測。

國內(nèi)外地下水記錄儀器的功能差距不大，但可靠性差距大。

6.3.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

國內(nèi)的水文自動測報系統(tǒng)已較成熟，所用儀器設備的功能、可靠性較好。多年的建設已使國內(nèi)人員積累了豐富的建設經(jīng)驗，有能力建設地下水自動化系統(tǒng)。不過，地下水和地表水總還有所不同，國內(nèi)的水文通用遙測設備對地下水的需要有不能滿足之處 。

與國外產(chǎn)品比較和考慮實際需要，應注意以下問題：

（1）在站數(shù)據(jù)固態(tài)存貯

國外產(chǎn)品都是一體化的，數(shù)據(jù)存貯部分基本包含在傳感器內(nèi)。國內(nèi)產(chǎn)品可能都包含在傳輸設備內(nèi)，存貯可靠性差別大。

（2）傳輸設備的型式

國外產(chǎn)品都是小型化的，可以裝在測井口上。防護性能較好，也便于建設、維護，并可以有多種安裝方式。

國內(nèi)水文系統(tǒng)用的產(chǎn)品基本都是地表水用的遙測設備，小型化程度較差，要建站房或儀器箱。國內(nèi)也開始出現(xiàn)可以安裝在測井管上端的遙測設備。

（3）電源

國外產(chǎn)品基本上都可以只依靠電池供電工作，一般工作狀況下，工作時間都不低于 2 a。當然也可以用太陽能電池或交流電充電方式由蓄電池供電。

國內(nèi)產(chǎn)品的大部分是以太陽能電池浮充蓄電池供電方式為主，功耗偏高，只依靠電池供電工作的產(chǎn)品很少。

（4）數(shù)據(jù)采集傳輸工作方式

定時采集地下水數(shù)據(jù)已能滿足需要，傳輸也以定時自報為主。除極少數(shù)站外，水文系統(tǒng)可以不需要事件性自報，也不需要召測功能。

為節(jié)約經(jīng)費，可以將定時監(jiān)測的較多數(shù)據(jù)一次性（如 1 天發(fā) 1 次）上傳。

通用于地表水的國內(nèi)產(chǎn)品具有較多功能，用于地下水時，選用其部分功能。但需要更改設計以滿足一些特殊要求。一些專門為地下水監(jiān)測而設計的國外、國內(nèi)產(chǎn)品，對這些情況都對應作了處理。

6.4 地下水數(shù)據(jù)傳輸存貯設備的應用

水文行業(yè)只有少量試驗性地下水數(shù)據(jù)自動采集傳輸站點，用于地下水位、水溫數(shù)據(jù)采集，使用浮子式編碼水位計，或壓力式地下水位計。通信方式基本是GPRS 和 SMS，基本沒有應用 PSTN 通信、超短波和衛(wèi)星通信方式。數(shù)據(jù)存貯在終端機內(nèi)，或存貯在進口的傳感器內(nèi)。

這些系統(tǒng)帶有試驗性，基本能正常運行。但數(shù)據(jù)存貯和傳輸?shù)目煽啃圆顒e較大。水文行業(yè)應用的終端機基本上是水文自動測報系統(tǒng)使用設備的改進型，專門應用于地下水的終端機還不多。

國外發(fā)達國家有較多的專門用于地下水數(shù)據(jù)傳輸、記錄的終端機產(chǎn)品。

典型的地下水水位、水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要性能如下：

（1）測量參數(shù)：地下水位、地下水溫，水質(zhì)參數(shù)：溶解氧、電導率、pH、濁度、氧化還原電位（ORP）、氨氮、硝酸鹽等參數(shù)；

（2）應用傳感器：壓力式地下水位計（同時測量水溫），多參數(shù)地下水水質(zhì)測定儀（電極法）；

（3）工作方式：定時自報式，短期數(shù)據(jù)存貯后集中發(fā)送，可以具有應答功能；

（4）數(shù)據(jù)存貯：傳感器內(nèi)自動存貯；

（5）通信方式：GPRS；

（6）供電：蓄電池供電，太陽能電池浮充。內(nèi)置電池供電，不需浮充。

7 地下水監(jiān)測設備標準、要求

7.1 已有標準

我國已制定了多項標準、規(guī)范，從不同方面對地下水監(jiān)測提出要求。

水利部標準中含有地下水監(jiān)測儀器的有：

SL183-2005《地下水監(jiān)測規(guī)范》；

SL360-2006《地下水監(jiān)測站建設技術(shù)規(guī)范》；

SL219-98《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》；

SL187-96《水質(zhì)采樣技術(shù)規(guī)程》。

其他部門也有一些行業(yè)標準規(guī)定了對地下水監(jiān)測的要求。

已有很少的國標，如《地下水質(zhì)量標準》。

7.2 現(xiàn)有標準的不足和建議

現(xiàn)有水利標準中，對監(jiān)測要求有不完全一致的地方，如水位監(jiān)測的要求。水質(zhì)監(jiān)測的要求比較原則、簡單，體現(xiàn)地下水特點的要求很少。先進的監(jiān)測方法、儀器在標準中體現(xiàn)不夠；自動化采集、傳輸?shù)募夹g(shù)基本沒有體現(xiàn)。

目前，正在準備建設“國家地下水監(jiān)測工程”，已初步提出地下水監(jiān)測的技術(shù)要求，這些要求基本上是合理的。這些技術(shù)要求已超出現(xiàn)有地下水監(jiān)測標準的范圍，更說明現(xiàn)有標準應在修訂中發(fā)展。

為了完整地規(guī)范對地下水監(jiān)測設備的標準要求，可以考慮制定《地下水監(jiān)測設備》，包括地下水水位監(jiān)測設備、地下水水溫監(jiān)測設備、地下水水質(zhì)監(jiān)測及采樣設備、地下水數(shù)據(jù)傳輸設備等幾部分。

8 結(jié)語

國內(nèi)目前生產(chǎn)、應用的地下水監(jiān)測儀器還比較簡單，自動化程度較差。作為水資源監(jiān)測的一部分，地下水數(shù)據(jù)采集已開始應用壓力式地下水位計、電極法地下水水質(zhì)自動監(jiān)測儀等先進儀器，自動測量、記錄、傳輸?shù)叵滤缓退|(zhì)等參數(shù)，并開始有計劃地建設利用公網(wǎng)傳輸?shù)牡叵滤當?shù)據(jù)自動收集系統(tǒng)。

[1]SL183-2005，地下水監(jiān)測規(guī)范[S].

[2]SL360-2006，地下水監(jiān)測站建設技術(shù)規(guī)范[S].

[3]SL219-98，水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范[S].