S WY-1型數(shù)字式鉆孔水位測量儀主要科技創(chuàng)新研究與推廣

李海鷗 舒細(xì)秀

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

工程地質(zhì)、水文地質(zhì)鉆探是巖土工程勘察工作中重要的勘探手段，在鉆探過程中，可以充分合理地獲取大量的綜合性的原始資料。其中，精準(zhǔn)測量地下水位是鉆孔原位試驗中一個必要的工作，其準(zhǔn)確程度關(guān)系到水文地質(zhì)資料的精度。傳統(tǒng)地下水位測量方法主要依靠手工測量數(shù)據(jù)為主，較為落后，存在工作效率低、人為誤差大、深孔測量難、壓水試驗內(nèi)管水位不好測等問題。為了解決上述問題，湖南省水電設(shè)計院研究出了SWY-1型數(shù)字式鉆孔水位測量儀。本水位儀于2012年11月已獲得國家專利，專利號ZL 2009 1 0166823.0。

1 項目主要科技創(chuàng)新研究

（1）根據(jù)液體浮力原理，利用水的導(dǎo)電性能，首次采用特殊工藝設(shè)計研發(fā)了重力式浮標(biāo)探頭。

儀器的關(guān)鍵部件是探頭，它主要由一個傳感器組成，制作工藝要求相當(dāng)高。首先探頭直徑不能大于16 mm，否則在套管內(nèi)管中無法下放；其次測線重量要適當(dāng)，過重既浪費(fèi)材料，還有可能影響下放，過輕則無法克服水的浮力和其他阻力，到達(dá)不了指定位置；其三金屬柱需有良好的導(dǎo)電性，中間部位需絕緣，否則，導(dǎo)致探頭反應(yīng)不靈敏。

（2）采用智能計數(shù)技術(shù)，首次自主研發(fā)了自動計數(shù)系統(tǒng)。其基本原理是采用圓周分割計數(shù)、弱電信號脈沖放大、可視和聲頻智能提示、自動計數(shù)、自動儲存。解決了人工測量造成的人為誤差過大和勞動強(qiáng)度大的難題，實(shí)現(xiàn)了鉆探孔內(nèi)水位測量智能化和數(shù)字化。

本儀器采用圓周分割計數(shù)原理，利用測量電纜下放到鉆孔中的傳動裝置，將傳動轉(zhuǎn)輪分割成需要的等分進(jìn)行計數(shù)，把轉(zhuǎn)輪的圓周弧長轉(zhuǎn)換成電纜長度，這個方法精度可任意調(diào)整，誤差小，容易操作。傳動輪邊緣與升降電纜部位設(shè)置光纖放大器，當(dāng)電纜產(chǎn)生微弱的電信號時，光纖放大器會將電信號放大，達(dá)到觀測和記錄需要的量級。放大的電信號會被主機(jī)同步接收，在顯示屏上出現(xiàn)可視和聲頻信號，起到提示和報警作用。

（3）首次利用水位儀做到鉆孔內(nèi)地下水位數(shù)字化觀測及水溫同步測量，能滿足地下熱水的開采要求。在探頭中增設(shè)一個電子溫控元件，主機(jī)面板上增加測水溫開關(guān)，可以左右撥動，將開關(guān)撥至“水溫”檔時，就可以測水溫。儀器采用分用電線合成主電纜方式，實(shí)行水位和水溫數(shù)據(jù)分開傳輸，取得了圓滿成功，目前水溫測量精度達(dá)（0.5～1）℃,時間不超過 3min。經(jīng)室內(nèi)和室外檢測，測量范圍可在常溫到100℃。

2 項目推廣應(yīng)用情況

SWY-1型數(shù)字式鉆孔水位測量儀作為水利部水利科技推廣項目，委托某集團(tuán)加工制造了40余臺，產(chǎn)品經(jīng)過湖南省計量設(shè)計院的權(quán)威檢測，所有指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期要求，滿足了向社會推廣的條件。通過大量的市場調(diào)研后，水位儀按推廣價3800元/臺來銷售，其目的是讓大家先了解儀器，使用儀器。等有了一定市場后可擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本后再考慮利潤。所以，目前不能以銷售價格來衡量經(jīng)濟(jì)效益。其經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在提高巖土工程勘察的精度、提高工程勘察產(chǎn)品的質(zhì)量、優(yōu)化工程設(shè)計方案、降低工程造價，減少勞動力和降低工作強(qiáng)度等方面，具有很好的間接效益和社會效益。

項目推廣第一年主要依托自身的工程進(jìn)行應(yīng)用、改進(jìn)。5個項目分別為為湖南省涔天河水庫擴(kuò)建工程、莽山水庫工程、洞庭湖工程、藍(lán)山毛俊水庫工程、長沙航電樞紐庫區(qū)地下水監(jiān)測項目。經(jīng)過5個大項目14個時段300余孔的測試，取得了大量第一手資料。通過自己的項目應(yīng)用，在項目組成員的跟蹤指導(dǎo)下，現(xiàn)場人員掌握了操作要領(lǐng)，同時也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的問題，為推向市場打下了基礎(chǔ)。

推廣第二年主要面向省內(nèi)外同行業(yè)各單位，一共向外推廣了21臺，主要使用單位：湖南益陽市水利水電勘測設(shè)計院、湘西工程勘察院、婁底市水利水電勘測設(shè)計院、湖南狀元地質(zhì)裝備有限公司、湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司、湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○二隊、四○九隊、湖南中南水電水利工程建設(shè)有限公司、中國電建中南勘測設(shè)計研究院、湘西自治州水利水電勘測設(shè)計院、湖南院洞潭水電站基礎(chǔ)處理施工項目部。這些單位分布在水利系統(tǒng)、地礦系統(tǒng)和工民建等不同系統(tǒng)中，勘探環(huán)境復(fù)雜多樣，通過他們的使用，證明儀器適應(yīng)性廣，使用效果好，特別是增加測水溫功能后，對深層地下水和地下熱水開發(fā)具有很好的應(yīng)用效果。

通過使用本儀器，使用單位普遍反映效果好、效率高，資料準(zhǔn)確可靠。一是解決了深孔測量問題。莽山水庫和毛俊水庫，鉆孔地下水最大埋深超過60 m，水質(zhì)純凈，常規(guī)的兩極電表沒有辦法測量到水位，利用本儀器很準(zhǔn)確地測量了地下水位；湘西龍?zhí)逗铀畮焯幱趲r溶地區(qū)，地下水最大深度超過180 m，一般方法無法解決測量地下水位問題，我們在臨時加接電纜改制絞車的情況下，測量到地下水位，并利用本儀器進(jìn)行了長期地下水位觀測，使用效果好；二是解決了壓水試驗測內(nèi)管水位的問題。沒有使用本儀器前，內(nèi)管水位測量十分困難，偶爾出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響壓水試驗成果，在運(yùn)用本儀器測量的工程中，有1 500余段壓水試驗測量了內(nèi)管水位，提高了工作效率，減少了誤差；三是特殊鉆孔使用效果好。在涔天河、毛俊、莽山等項目中，測量了許多小口徑微型鉆孔的水位，微型鉆孔孔徑只有26mm，一般工具很難下放，本儀器不受任何阻礙。完成微型孔測量48孔70余次。

本儀器使用方便，能耗低，廣泛適應(yīng)于各種勘探環(huán)境，不存在影響環(huán)境和操作安全問題。水位儀的推廣應(yīng)用，填補(bǔ)了鉆孔內(nèi)地下水位數(shù)字化觀測及同步測量水溫的空白，解決了我國目前水利工程勘探的水文數(shù)據(jù)測量手段較為落后的問題，特別是解決了壓水試驗按規(guī)范測量內(nèi)管水位的問題。它的推廣應(yīng)用，為提高工程勘察行業(yè)的科技裝備水平，提高基礎(chǔ)資料的精度，優(yōu)化工程設(shè)計方案將有很好的幫助，產(chǎn)生了良好的社會效益。以涔天河項目為例，大壩帷幕灌漿剖面線長度約1 200 m,原設(shè)計帷幕平均深度85 m。因勘察壓水試驗質(zhì)量提高，相對不透水層埋深約平均減少3.5 m,相應(yīng)減少帷幕灌漿面積約4 200 m2,可節(jié)約直接投資約250余萬元。

3 推廣前景與建議

SWY—Ⅰ數(shù)字式鉆孔水位測量儀其優(yōu)點(diǎn)有：測量數(shù)字準(zhǔn)確，水位測量有報警聲提示，不會產(chǎn)生誤操作；水溫測量較快，3min左右就能實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定，精度達(dá)到正負(fù)1℃左右；探頭能下入到鉆桿內(nèi)，完全滿足水利水電壓水試驗規(guī)定測內(nèi)管水位的要求；儀器輕，使用方便，單人就能完成測量工作，節(jié)約了一定的人工成本。本儀器解決了鉆孔內(nèi)測量地下水位一些難題，特別是解決了地下水位埋藏較深的測量問題，在水利水電工程勘探中具有很好的使用和推廣價值，在地礦系統(tǒng)及地下水開發(fā)應(yīng)用方面也有較好的潛在市場前景。

數(shù)字式鉆孔水位測量儀也存在一定的局限性，如儀器功能較單一，難以采用工廠化生產(chǎn)，制造成本偏高，對超過100m的測深要定制絞車等輔助設(shè)備。