水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的研制與應用

韋國付

摘 要：研制水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本。文章主要探討了水文地質參數(shù)的自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的研制，以及數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：水文地質；自動監(jiān)測處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)；研制與應用

研制水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：減少水文試驗的次數(shù)；提高試驗效率；降低工作人員的勞動強度；同時完成穩(wěn)定性和非穩(wěn)定性的抽水試驗，并依據(jù)試驗數(shù)據(jù)自動生成報告。目前，我國在獲取水文地質參數(shù)中使用的方法主要包括注水試驗和壓水試驗等。但是，這些方法不僅費時費力，而且數(shù)據(jù)處理的精度也很低。因此，有必要研制一種簡單、方便而有快捷的水文試驗方法，并通過研發(fā)相應的數(shù)據(jù)分析處理軟件，來提高水文地質相應參數(shù)測定的準確性。

在二十世紀五十年代初，M.J.沃斯列夫首先在水文地質試驗中使用了沖擊試驗技術，同時也研發(fā)出了相應的數(shù)學模型。沖擊試驗的主要原理是：在待測定地區(qū)的水位達到一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)后，快速的向外抽出一定量的水，或是向內注入一定量的水。隨后仔細觀察并記錄該區(qū)域的水位恢復情況，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，分析總結出這一地區(qū)的水文地質參數(shù)。伴隨著該技術的提出，在此后的幾十年里，國內外針對沖擊試驗做了大量的研究性工作。發(fā)表了大量的有關沖擊試驗的文章和專著。但是，在我國對于沖擊試驗的研究則相對較少。借鑒國外五十多年的研究結果和技術，沖擊試驗技術已經發(fā)展成為了一種可以在水文地質參數(shù)測定中被成熟應用的手段，而且大力促進沖擊試驗在我國水文地質參數(shù)測定領域，以及其他領域的應用也十分必要。

1 水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的研制與應用

1.1 水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)的作用可以概括為兩個方面的內容：首先，使用科學的手段和方法，對傳統(tǒng)水文試驗數(shù)據(jù)進行處理、分析；其次，使用新的水文試驗方法--沖擊試驗技術。在傳統(tǒng)的水文試驗過程中，由于受到技術等多方面因素的限制，對非平穩(wěn)性的水流試驗數(shù)據(jù)的處理一直存在著很多的問題，使得分析得到的結果不穩(wěn)定，精準度也不高。但是，在自動監(jiān)測處理系統(tǒng)中，可以根據(jù)試驗的需要來設計和建立科學的計算方式，而且在該系統(tǒng)中，可以利用內插法和比對法等計算手段來科學分析和處理非平穩(wěn)性的水流試驗，獲得的試驗結果具有極高的可信度。

自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的組成主要包括兩個部分：一是數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)；二是后處理系統(tǒng)。其中前者主要是由數(shù)據(jù)統(tǒng)計程序、鉆孔探頭和攪動水文設備等設備組成。而后者的組成部分則不包含硬件設備。在進行水文地質的試驗過程中，這兩個系統(tǒng)能夠單獨的開展試驗工作。也就是說，在試驗的過程中，可以通過這兩個系統(tǒng)來獲取數(shù)據(jù)，并進行單獨的分析和處理。

1.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是獲得水文地質參數(shù)的一個關鍵系統(tǒng)，下面就其兩個方面對該系統(tǒng)進行詳細的論述。

首先，水位攪動設備；作為沖擊試驗中的關鍵專業(yè)設備，攪動設備的主要作用是讓試驗區(qū)域的水位能夠在短時間內發(fā)生快速的變化。在此過程中，經常使用的輔助設備是硬聚氯乙烯管。在使用硬聚氯乙烯管時，需要將內管道內部填充滿流砂，并封住硬聚氯乙烯管的兩端。但是，這種硬聚氯乙烯管的最大缺點就是攜帶不方便。在試驗的過程中，選擇使用體積較大的硬聚氯乙烯管，保證管道內的水位發(fā)生明顯的變化。除了硬聚氯乙烯管，在試驗中，還可以選擇內部裝有鋼珠的提桶，這可以省去注入流砂的過程，而且提桶的下端是中空的，方便水的進入。提桶的內部是節(jié)狀，方便于調整提桶的長度，同時，提桶的重量較輕，方便攜帶。需要注意的是，為確保試驗過程中提桶能夠吻合鉆孔，在將提桶放入到鉆孔的同時，再加入一條電纜。同時，為了能夠保證電纜的安全性，將提桶的兩端進行打磨也是必要的。

其次，科學合理的收集試驗數(shù)據(jù)；由于在水文試驗中，數(shù)據(jù)的傳輸量和測量系數(shù)之間是一種非線性的關系，因此，在數(shù)據(jù)的處理過程中，就必須要使用一種科學合理的處理方法。通常使用的處理方法有兩種：一是軟件處理（數(shù)據(jù)監(jiān)測常用的方法），二是硬件處理。在試驗開始前，通過專業(yè)的設備對水面到水泵底端之間進行標注（每隔一米標注一次）。同時還要將管道周圍的電纜固定好，以避免在試驗過程中傳感器的位置發(fā)生變化。在水文試驗的過程中，監(jiān)測系統(tǒng)可以在無人操作的前提下，實時準確的監(jiān)測特定區(qū)域內的水位變化。針對那些水位變化相對復雜的區(qū)域，在試驗過程中，可以縮短記錄時間的間隔。而且，由于監(jiān)測系統(tǒng)具有龐大的儲存系統(tǒng)，可以同時保存數(shù)十萬組試驗數(shù)據(jù)。在實際測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)滲透性相對較弱的地層需要的存儲空間更大一些。

1.3 后處理系統(tǒng)

后處理系統(tǒng)使用的是專業(yè)軟件編寫的程序，在這些程序中，包含了試驗數(shù)據(jù)分析和生產報表等內容。一般是將這些軟件安裝在計算機等相應的先進設備上，并通過對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的篩選和分析，來確定所需要的數(shù)據(jù)進行計算，同時使用專業(yè)的計算方法來計算特定區(qū)域內的水文地質參數(shù)。最終將這些數(shù)據(jù)以及分析結果以生產試驗報表的形式體現(xiàn)出來。

后處理系統(tǒng)分為三個模塊：定性水流分析模塊、非定性水流分模塊和沖擊試驗模塊。同時，可以將系統(tǒng)中的應用界面劃分為以下幾個主要部分：數(shù)據(jù)信息區(qū)域（該區(qū)域的功能是通過對特定數(shù)據(jù)的處理和分析，例如可以通過搜索和選取等手段來實現(xiàn)對特定區(qū)域試驗數(shù)據(jù)的特殊處理和分析）；計算方法選擇區(qū)域（通過該區(qū)域可以實現(xiàn)一些特殊數(shù)據(jù)的錄入，以及實現(xiàn)穩(wěn)定性和非穩(wěn)定性水流沖擊試驗的計算）等。通常是在沖擊試驗過程中，具體是在提桶離開水面之前，開始對測定區(qū)域的水文變化進行實時的跟蹤記錄，直到試驗結束。在試驗完成后，在收集整理試驗數(shù)據(jù)的過程中，可以有選擇性的使用一些計算需要的數(shù)據(jù)，而其余的數(shù)據(jù)則可以被刪除。

2 結束語

水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本，尤其是可以極大的提高試驗效率。這就要求我們切實要做好水文地質參數(shù)自動監(jiān)測處理系統(tǒng)的研究應用工作。

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