基于地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

劉金玲

摘 要：水資源是人們能夠正常生活生產(chǎn)的最重要的因素。由于生態(tài)環(huán)境處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)，這就致使了水資源的相關(guān)參數(shù)也在不斷的變化。在水資源的各項(xiàng)參數(shù)值中，對(duì)人們影響最大的因素之一就是水位，加強(qiáng)對(duì)水位動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)對(duì)于人們生活、生產(chǎn)都有著重要意義。

關(guān)鍵詞：地下水位 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)研究

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0011-01

對(duì)于地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)對(duì)于促進(jìn)人們提升水資源的利用率以及水資源利用的合理性都有一定意義。本文就建設(shè)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性以及地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1 建設(shè)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的信息直接影響人們生活以及農(nóng)業(yè)模式的選擇。對(duì)于地下水狀況的掌握需要測(cè)量多個(gè)和地下水資源有關(guān)系的多個(gè)參數(shù)，其中最重要的就是水位的測(cè)量，水位一旦發(fā)生某些輕微的變動(dòng)就會(huì)對(duì)人們生活生產(chǎn)造成極大的影響。因此加強(qiáng)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立和完善對(duì)于促進(jìn)區(qū)域內(nèi)水資源合理利用有著重要作用。但是就我國(guó)目前地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立情況來(lái)看，其還存在這許多的問(wèn)題。目前對(duì)于地下水測(cè)量的主要方式還以傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的方式為主，即在被測(cè)量地運(yùn)用手工放線或者簡(jiǎn)單測(cè)量?jī)x器等對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量，這種方式受外界因素的影響較大，不利于相關(guān)部門對(duì)于水位精確變化的掌握。

2 地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)

地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立最主要的目的就是為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效的對(duì)地下水位進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在此系統(tǒng)中水位測(cè)量數(shù)據(jù)的采集主要運(yùn)用的就是相關(guān)傳感器，當(dāng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)由傳感器獲得水位數(shù)據(jù)之后利用相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸方式把其傳至系統(tǒng)終端，從而為相關(guān)人員對(duì)于數(shù)據(jù)的分析創(chuàng)造條件。在對(duì)水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立過(guò)程中需要公共電信網(wǎng)通訊技術(shù)的支撐，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞娇梢砸訥SM技術(shù)為核心。對(duì)于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)的采集可以采用無(wú)線控制技術(shù)，像ZIGBEE等。一個(gè)完善的水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)改能夠?qū)崿F(xiàn)每天都能對(duì)水位進(jìn)行采集并把所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自我儲(chǔ)存的功能，從而為水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

2.2 地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成部分

地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的對(duì)象主要為地下水位的高度以及埋藏的長(zhǎng)度，所檢測(cè)的地下水位的數(shù)據(jù)應(yīng)該能夠自己錄入相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)中并能夠經(jīng)處理之后以報(bào)表和曲線等形式得以體現(xiàn)。一般情況下一個(gè)完整的地下水位檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該由傳感器、檢測(cè)主機(jī)RTU以及通信網(wǎng)絡(luò)等組成。

（1）傳感器。

根據(jù)傳感器的作用機(jī)理傳感器也叫做換能器、變送器以及探測(cè)器等。其在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中所具有的最主要的作用就是對(duì)水位的變化情況進(jìn)行檢測(cè)和感知，并把所感知的變化情況以數(shù)據(jù)信號(hào)的形式得以體現(xiàn)。在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所運(yùn)用的傳感器的類型為水位傳感器，在對(duì)傳感器類型進(jìn)行選擇時(shí)要把傳感器的自身性能、傳感器被使用的環(huán)境以及成本等因素納入考慮范圍之內(nèi)。一般情況下，所采用的水位傳感器的具體參數(shù)如下。

測(cè)量范圍（FS）：0--50mH2o；

允許過(guò)壓：2倍滿量程壓力；

測(cè)量介質(zhì)：與316不銹鋼兼容的液體；

綜合精度：±0.25%FS；

長(zhǎng)期穩(wěn)定性：典型為±0.1%FS/年；

使用溫度范圍：一體式為-20～70℃；

零點(diǎn)溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

靈敏度溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

供電范圍：12～36VDC（一般24VDC）；

信號(hào)輸出：4～20mA；

負(fù)載電阻：≤（U-12）/0.02Ω；

結(jié)構(gòu)材料：外殼為不銹鋼1Cr18Ni9Ni， 膜片不銹鋼316L，密封為氟橡膠，電纜為Φ7.2mm聚氯乙烯專用電纜；

絕緣電阻：100MΩ，500VDC；

防雷：三級(jí)防雷設(shè)計(jì)（1萬(wàn)V/5kA）；特殊可（2萬(wàn)V/1萬(wàn)A）；

防護(hù)等級(jí)：外殼防護(hù)等級(jí)IP68；

安全防爆：ExiaⅡ CT5；

分辨率：無(wú)限小（理論），1/100000（通常）。

（2）監(jiān)測(cè)主機(jī)RTU。

在對(duì)監(jiān)測(cè)主機(jī)RTU進(jìn)行選擇時(shí)一定要綜合考量其各種性能，尤其是可靠性以及低能耗性要最大程度的滿足于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，在主機(jī)上要具有各種通信接口以及傳感器接口，能夠?qū)崿F(xiàn)查詢--應(yīng)答式和自報(bào)式的混合工作制式。另外主機(jī)還應(yīng)該具有定時(shí)自檢發(fā)送、死機(jī)自動(dòng)復(fù)位、站址設(shè)定、掉電數(shù)據(jù)保護(hù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)、直觀現(xiàn)場(chǎng)顯示和設(shè)備測(cè)試等功能；可顯示、主動(dòng)發(fā)送電源電壓、端口工作狀態(tài)；能接受中心站的遠(yuǎn)程自動(dòng)校時(shí)，計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)2min/年；能接受中心站的按時(shí)段遠(yuǎn)程下載存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)。

在地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立過(guò)程中所采用的通信網(wǎng)絡(luò)主要為公共運(yùn)營(yíng)通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程中需要遵循一定的原則，為了使這種原則能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)部門則定義了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，當(dāng)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，相關(guān)數(shù)據(jù)壓縮和打包過(guò)程就需要把設(shè)定的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為依據(jù)，并按照數(shù)據(jù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。在把數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端之后，經(jīng)過(guò)相關(guān)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可以使得數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為人們能夠理解的形式。另外為了獲取最準(zhǔn)確的水位測(cè)量信息，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)水位測(cè)量要求對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率進(jìn)行設(shè)定，一般情況下8 h采集一次數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)中記錄至少20個(gè)字節(jié)，一天傳輸3條。這樣下來(lái)，一個(gè)月所需要的數(shù)據(jù)流量也不過(guò)6KB左右，加上系統(tǒng)運(yùn)行所需要的必要的心跳包，整體算下來(lái)，一個(gè)月的數(shù)據(jù)流量也會(huì)小于4M，這能夠極大程度的降低數(shù)據(jù)傳輸成本以及提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

3 某地地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)例分析

為了更好的了解地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程，該文以某地地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程為例，對(duì)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

在實(shí)例中地下水位檢測(cè)系統(tǒng)所采用的傳感器為文中所述傳感器。

主機(jī)參數(shù)如下所示：

值守功耗：≤2mA<100mA；長(zhǎng)加電功耗<100mA；

傳感器供電5V、12V可選，設(shè)備工作電壓交流220V；

輸數(shù)模轉(zhuǎn)換：16位高精度ADC采集芯片，轉(zhuǎn)換誤差<0.1%；

可靠性指標(biāo)：在正常維護(hù)條件下，設(shè)備的MTBF≥25000h；

工作環(huán)境：溫度-30～+60℃。

可以看出，地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立和完善不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)檢測(cè)地的水位的測(cè)量還能夠?qū)ο嚓P(guān)區(qū)域的水量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。另外整個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，這對(duì)于相關(guān)人員對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確查詢提供了一定的便利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該文的論述我們可以發(fā)現(xiàn)建立一個(gè)完善的地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立能夠?yàn)槿藗儗?duì)于水資源的管理以及利用提供最為可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 魯海壽，亢海濤.地下水資源過(guò)量開(kāi)采問(wèn)題初步研究[J].山西水利科技，1999（1）：30-33.