寶雞市地下水自動監(jiān)測站校測工作中的常見問題及提升對策探討

紀 剛

(寶雞市地下水管理監(jiān)測中心，陜西 寶雞 721001)

0 引言

寶雞市地下水動態(tài)監(jiān)測工作從1975年開始至今已有30余年歷史，最初，地下水位監(jiān)測站網(wǎng)中多以生產(chǎn)井和民用井為主，監(jiān)測方式以人工監(jiān)測為主。近年來，隨著國家地下水監(jiān)測工程建設一期項目的實施，建成了大量國家級地下水自動監(jiān)測站，優(yōu)化完善了全市監(jiān)測站網(wǎng)，大大提升了地下水監(jiān)測水平。在省級監(jiān)測中心的加持下，實現(xiàn)了地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集傳輸、接收處理、交換共享、分析評價等全業(yè)務流程信息化[1]。尤其是近些年來，基于手機通訊系統(tǒng)和傳感器的地下水自動監(jiān)測技術，越來越多應用于地下水監(jiān)測工作，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、處理、傳輸，實時獲悉地下水的水位、水質(zhì)、水溫、水量的動態(tài)信息，應用科學先進的自動監(jiān)測儀不但節(jié)約地下水監(jiān)測成本，還能提高監(jiān)測效率。但因為自動監(jiān)測設備一般為壓力式傳感器，設備在長期運行中會因漂移產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差，所以每年需進行1-2次校測，通過人工修正的方式不斷修正其監(jiān)測精度，達到規(guī)范要求的人工測量和設備讀取誤差不超過2 cm。寶雞市的國家監(jiān)測站自2017年建設至今，已經(jīng)運行了4年，在每年的日常運行維護工作中，記錄了大量的監(jiān)測和運維數(shù)據(jù)。筆者結合多年從事地下水監(jiān)測工作的經(jīng)驗，重點對日常地下水自動監(jiān)測站校測中的常見問題進行整理分析，對一般的校測程序和成果進行探討，以期為提高地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量提供依據(jù)[2]。

1 寶雞市地下水監(jiān)測站網(wǎng)概況

寶雞市位于陜西省關中西部，屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，總面積為18 172 km2，其中平原區(qū)面積3 098 km2。為掌握地下水動態(tài)變化規(guī)律，合理調(diào)控地下水位，進行地下水資源評價，實行嚴格地下水資源管理，就要開展地下水動態(tài)監(jiān)測，截至2021年，寶雞市現(xiàn)有地下水監(jiān)測站205處，除太白、鳳縣、麟游3個山區(qū)縣沒有布設監(jiān)測井以外，其余各個縣區(qū)均布設地下水監(jiān)測站。其中國家監(jiān)測站81處，全部安裝自動監(jiān)測儀。省控監(jiān)測站77處，安裝自動監(jiān)測儀23處。市區(qū)監(jiān)測站27處，超采區(qū)統(tǒng)測井20處，均為人工測量。

2 典型代表站監(jiān)測數(shù)據(jù)比測分析

2.1 代表監(jiān)測站地下水位變化

(1)以黃土塬區(qū)的北庵監(jiān)測站2018年7月1日-2020年7月1日的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，從自動監(jiān)測數(shù)據(jù)看，2018年7月1日零點的埋深值為126.01 m，2019年7月1日零點的埋深值為125.9 m，2020年7月1日零點的埋深值為126.62 m。2018年到2019年水位上升0.11 m，2019年到2020年水位又下降0.72 m。2020年比2018年下降0.61 m(見圖1)。

圖1 北庵監(jiān)測站2018.7.1-2020.7.1地下水埋深變化

(2)以黃土塬邊塬區(qū)的高升堡監(jiān)測站2018年7月1日-2020年7月1日的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，從自動監(jiān)測數(shù)據(jù)看，2018年7月1日零點的埋深值為53.64 m，2019年7月1日零點的埋深值為52.08 m，2020年7月1日零點的埋深值為53.64 m。2018年到2019年水位上升1.56 m，而2020年又回到2018年的53.64 m。三年內(nèi)上升下降平穩(wěn)(見圖2)。

圖2 高升堡監(jiān)測站2018.7.1-2020.7.1地下水埋深變化

以千河階地的地下水監(jiān)測站2018年7月1日-2020年7月1日的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，從自動監(jiān)測數(shù)據(jù)看，2018年7月1日零點的埋深值為44.31 m，2019年7月1日零點的埋深值為43.45 m，2020年7月1日零點的埋深值為43.39 m。2018年到2019年水位上升0.86 m，2019年到2020年水位又上升0.06 m。逐年上升，三年共上升0.92 m(見圖3)。

圖3 千河階地地下水監(jiān)測站 2018.7.1-2020.7.1地下水埋深變化

2.2 自動監(jiān)測與人工觀測數(shù)據(jù)比測分析

本次選取的3個自動監(jiān)測站經(jīng)緯度相距不遠，屬于同一個區(qū)域。一般在每年的7-9月均會開展一次自動監(jiān)測站的數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)的比測工作，以便對自動監(jiān)測站的數(shù)據(jù)精度進行校核，避免誤差偏大而影響數(shù)據(jù)精度。通過收集2018-2020年近3年內(nèi)的比測數(shù)據(jù)來看，北庵監(jiān)測站2018-2020年自動監(jiān)測儀讀數(shù)和現(xiàn)場人工測量測誤差分別為5 cm、7 cm和10 cm；高升堡監(jiān)測站2018-2020年自動監(jiān)測儀和現(xiàn)場人工測量測誤差分別為3 cm、5 cm和12 cm，千河階地地下水監(jiān)測站2018-2020年自動監(jiān)測儀和現(xiàn)場人工測量測差分別為4 cm、6 cm和2 cm.據(jù)此估算一個正常設備運行一年，由于壓力傳感器自身漂移而產(chǎn)生的誤差平均為6～10 cm，由此可見，定期開展比測校準工作是十分必要的。

(1)以渭北旱塬鳳翔縣田家莊鎮(zhèn)監(jiān)測站為例，2020年4月28日監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)突變，較前一天埋深上升7 m左右，現(xiàn)場進行了比測，自動監(jiān)測儀顯示埋深值為34.001 m，人工校測埋深值為26.650 m。差值竟然達到7.351 m。經(jīng)現(xiàn)場查找原因得知，該監(jiān)測井為改建井，原來每天取用生活用水，現(xiàn)在由于接通接自來水作為生活用水，已經(jīng)不在監(jiān)測井中抽取地下水，所以地下水水位上升，遂進行了校表。從這個監(jiān)測井的監(jiān)測數(shù)據(jù)突變看，動水位情況下比測誤差較大，應該等水位穩(wěn)定后比測。所以在平常應注意監(jiān)測站的運行工況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(2)以渭河高階地渭濱區(qū)的石壩河監(jiān)測站為例，2020年3月16日零點埋深值為34.74 m，2020年4月21日零點埋深值為33.60 m，在35 d之內(nèi)差值超過一米多。一個多月期間數(shù)據(jù)運行不穩(wěn)定，上下波動超過1m，經(jīng)過現(xiàn)場查勘，核實該監(jiān)測站不受動水位影響，經(jīng)現(xiàn)場比測誤差已超過5 m，經(jīng)廠家檢查，傳感器出現(xiàn)故障，需要更換，屬設備故障產(chǎn)生的誤差。

(3)以寶雞市隴縣張家莊監(jiān)測站為例，2020年10月25日的數(shù)據(jù)有變，較前一天上升0.498 m，現(xiàn)場查勘后發(fā)現(xiàn)，因水質(zhì)取樣需暫時提出傳感器，放回傳感器時線纜沒有掛到固定點，致使傳感器線纜固定點發(fā)生變動，屬于人為疏忽導致。

2.3 自動監(jiān)測站常見誤差問題分析

(1)從近年監(jiān)測設備運行過程中的誤差情況看，設備誤差大于2 cm小于10 cm的站點為27處，占校表數(shù)61%。對比近三年的校測數(shù)據(jù)，此類監(jiān)測站運行基本穩(wěn)定，水位變化規(guī)律較小，這些變化由于設備自身長期運行漂移產(chǎn)生誤差，誤差一般小于10 cm。

(2)設備故障方面：誤差大于50 cm的監(jiān)測站為11處，占校表數(shù)25%。連續(xù)讀取設備數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的或多次校準不準確等情況，在接收系統(tǒng)平臺查看監(jiān)測數(shù)據(jù)過程線，能發(fā)現(xiàn)水位發(fā)生突變、波動較大、連續(xù)上升或下降等異常情況，需現(xiàn)場進行核查，此類多為探頭精度下降、損壞而產(chǎn)生的故障。

(3)人為誤差方面：誤差在10～50 cm的監(jiān)測站為6處，占校表數(shù)13%。可能為水質(zhì)取樣或提泵維修后，設備未放置好偏離固定懸掛點，或者改建井抽水原因，由于人為操作失誤等主觀原因產(chǎn)生的誤差。

3 校測工作提升對策

根據(jù)2020年校測的數(shù)據(jù)，國控81處監(jiān)測站校表數(shù)達到了44處，校表率為自動設備總數(shù)的54%，其中新建井校表37處，占新建井比例72%，改建井校表7處，占改建井比例23%。所以自動監(jiān)測儀校測工作十分必要且不能馬虎，對校測工作流程應該進行規(guī)范、優(yōu)化和改進。

3.1 增加比測頻次

根據(jù)設備運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，正常運行設備平均每年產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差大約在10 cm以內(nèi)，建議每年開展2次比測，一次常規(guī)，一次水質(zhì)取樣后，如遇到提泵、水質(zhì)取樣等特殊情況，增加比測次數(shù)。

3.2 及時排查故障問題

及時在國家監(jiān)測井信息平臺中查看單站數(shù)據(jù)和水位過程線，通過查看“運行工況”欄的監(jiān)測站數(shù)據(jù)到報統(tǒng)計、水位異常數(shù)據(jù)查詢、水溫異常數(shù)據(jù)查詢、泉涌量異常數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測站設備運行工況、異常數(shù)據(jù)篩選排查問題原因，及時排查出故障設備，必要時開展現(xiàn)場核查，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確有效，并根據(jù)監(jiān)測站運行情況設置有效閾值，根據(jù)預警值及時發(fā)現(xiàn)處理設備運行問題。

3.3 規(guī)范比測環(huán)節(jié)，掌握技術要點

(1)在日常比測工作中，筆者發(fā)現(xiàn)不同的量具量出的結果是不盡相同的。測具的選擇非常重要。國家監(jiān)測井配備了專用的水位測量儀，所以每次比測一定要做到專尺專用，固定測具。比測時應做好現(xiàn)場記錄，并留取影像資料，比測工作以兩人為宜，且不宜在雨天進行。

(2)人工比測要求兩次測量，這是因為水位測量儀在下放的過程中難免與井中的電線、泵管(改建井)相互纏繞，水位在100 m以下更是嚴重。所以應在第二次測量時一定要將水位測量儀的探頭提出保護筒外，再重新下放一次探頭，下放的過程中一定保持勻速，讓尺子在手套中勻速滑下，這樣就可以感知探頭在下放的過程中遇到了那些阻力，對井中的情況有一個大概的了解。兩次讀數(shù)后，記錄至比測記錄表。取其平均值。儀器讀數(shù)也要兩次，判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，傳感器是否有故障。

(3)在每次測水位過程中，對固定點的處理一定要統(tǒng)一。每一次進行測量時，必須用夾子將鋼鋸條夾在固定點上面，這樣鋼鋸條的另一端延伸至保護筒中心位置。下放水位測量儀至水面，待水位測量儀蜂鳴器響起，將垂直的尺子靠在鋼鋸條下沿讀數(shù)。這樣統(tǒng)一操作，無論誰測井，固定點都是一樣的，從操作層面，才能保證達到2cm誤差值。

4 結語

總之，隨著自動監(jiān)測技術越來越多應用于地下水監(jiān)測工作中，極大地節(jié)約地下水監(jiān)測成本，提高了監(jiān)測效率。尤其是近年來國家越來越重視地下水監(jiān)測工作，不斷加大對地下水事業(yè)的投資力度，已經(jīng)實施了國家地下水監(jiān)測工程一期項目，并于2020年全面完成建設任務。國家地下水監(jiān)測工程的建設完成，解決了原來專用監(jiān)測井少、人工監(jiān)測為主、信息采集時效性差、服務能力低等突出問題，實現(xiàn)了地下水監(jiān)測信息自動采集與傳輸，大幅度提高了地下水監(jiān)測頻次和時效性。在日常監(jiān)測的工作中，從事基層地下水業(yè)務的技術人員應不斷在實踐中總結運行管理經(jīng)驗，掌握處理日常運維問題的基本技能，提高監(jiān)測設備的精確度，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和時效性，為區(qū)域地下水保護與科學利用工作提供科學依據(jù)。