影響地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確度因素分析

張彥文

(陜西省地下水管理監(jiān)測(cè)局，陜西西安 710003)

影響地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確度因素分析

張彥文

(陜西省地下水管理監(jiān)測(cè)局，陜西西安 710003)

陜西省地下水示范井建設(shè)項(xiàng)目引進(jìn)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行地下水水位監(jiān)測(cè)，通過(guò)運(yùn)行與人工監(jiān)測(cè)比對(duì)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定誤差。運(yùn)用反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果認(rèn)為安裝調(diào)試過(guò)程不夠科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)是主因。只有嚴(yán)格控制儀器安裝過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算并科學(xué)改進(jìn)誤差校驗(yàn)方法，才能確保自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確度滿足規(guī)范要求。

地下水監(jiān)測(cè);精確度;安裝

長(zhǎng)期以來(lái)，地下水資源在陜西省的水資源總供給中占到42%至45%的比例，在關(guān)中地區(qū)更是達(dá)到60%左右，地下水資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的作用。地下水監(jiān)測(cè)必須實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)、準(zhǔn)確地采集與傳遞。然而，陜西省目前地下水監(jiān)測(cè)仍采用測(cè)繩、皮尺、測(cè)鐘或萬(wàn)用表等人工監(jiān)測(cè)為主方式，監(jiān)測(cè)方式手段比較落后，監(jiān)測(cè)資料的及時(shí)性及準(zhǔn)確性難以保證，已不能滿足現(xiàn)代化管理的要求。為此，陜西省地下水示范井建設(shè)項(xiàng)目在項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)安裝了XY－Ⅱ型地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)普遍存在一定的差異。通過(guò)對(duì)存在的問(wèn)題需要進(jìn)行分析研究，最終確定出影響地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確度的因素。

1 存在的問(wèn)題

針對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差的情況，對(duì)當(dāng)前寶雞、咸陽(yáng)兩市已安裝運(yùn)行的14臺(tái)套地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)分析校核，發(fā)現(xiàn)人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和與自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)普遍存在誤差，個(gè)別的監(jiān)測(cè)井甚至達(dá)到幾十公分。滿足規(guī)范要求人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)誤差規(guī)范要求小于2 cm的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)只有4個(gè)，占28.6%。數(shù)據(jù)比對(duì)情況，詳見(jiàn)表1。

表1 地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)情況統(tǒng)計(jì)表

4 1 1 6 6 4 6 5 寶雞市岐山縣河管站2 0 1 2.8.2 1 1 1:0 5 1 6.6 6 1 9.1 9 8 2.5 3 8 4 1 1 6 6 5 8 5 寶雞市岐山縣水管站2 0 1 2.8.2 1 1 1:5 0 1 3.4 6 1 3.5 1 8 0.0 5 8 4 1 1 6 7 0 6 0 咸陽(yáng)市渭城區(qū)林場(chǎng)村2 0 1 2.8.2 6 1 0:5 0 1 5.6 6 1 5.6 7 9 0.0 1 9 4 1 1 6 7 0 9 0 咸陽(yáng)市渭城區(qū)黃家寨2 0 1 2.8.2 6 1 1:2 5 6 0.9 9 5 5.6 7 0 5.3 2 4 1 1 6 7 1 0 0 咸陽(yáng)市渭城區(qū)石羊廟2 0 1 2.8.2 6 1 1:5 0 3 2.0 5 3 2.1 7 7 0.1 2 7 4 1 2 6 5 3 1 0 咸陽(yáng)市三原縣西澗村2 0 1 2.8.2 6 1 4:4 0 1 6.6 6 1 6.6 4 5 0.0 1 5 4 1 2 6 5 3 1 5 咸陽(yáng)市三原縣東南道2 0 1 2.8.2 6 1 5:0 5 1 3.7 0 1 3.7 0 5 0.0 0 5 4 1 1 6 7 2 3 6 咸陽(yáng)市興平北湯村2 0 1 2.8.2 6 1 6:4 0 1 6.2 4 1 5.9 9 0 0.2 5 4 1 1 6 7 2 3 4 咸陽(yáng)市興平北仁村2 0 1 2.8.2 6 1 7:0 5 9.8 2 8.8 3 1 0.9 8 9

2 影響監(jiān)測(cè)精確度原因的分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查總結(jié)以及調(diào)查儀器安裝使用過(guò)程中的每一環(huán)節(jié)入手環(huán)環(huán)相扣，從“人，機(jī)，料，法，環(huán)”五個(gè)方面認(rèn)真分析原因，見(jiàn)圖1。

圖1 因果圖

由于各監(jiān)測(cè)井使用的手工測(cè)量工具普遍落后，精度差，一般是用電線或是長(zhǎng)繩標(biāo)記刻度，底部懸掛測(cè)鐘或是電極估測(cè)水面接觸位置。標(biāo)尺精度不準(zhǔn)確，測(cè)繩與水接觸面的確定具有很大主觀性。用這個(gè)數(shù)據(jù)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)沒(méi)有可比行，無(wú)法校驗(yàn)儀器數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。同時(shí)，儀器自身也會(huì)產(chǎn)生誤差。儀器的精度、參數(shù)設(shè)置、基準(zhǔn)點(diǎn)位置等都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度，儀器誤差大部分可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)減小誤差，所以在初裝儀器的過(guò)程中，精確計(jì)算儀器所需各項(xiàng)參數(shù)，才能保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)值的誤差最小。安裝人員的主觀因素會(huì)對(duì)計(jì)算參數(shù)產(chǎn)生影響，安裝人員僅僅熟悉儀器情況，對(duì)監(jiān)測(cè)規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境了解較少，安裝過(guò)程中的水位擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致儀器測(cè)量值不準(zhǔn)確，影響到參數(shù)計(jì)算。下傳感器也是安裝的重要環(huán)節(jié)，用多長(zhǎng)線，下到多深，應(yīng)避免井內(nèi)環(huán)境影響線直。安裝過(guò)程工序復(fù)雜，以往安裝并沒(méi)有固定的人員，操作規(guī)程也不統(tǒng)一，容易導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。安裝完成后對(duì)儀器進(jìn)行校正，主要是與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，但由于人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不精確，自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確校正，主要是因?yàn)閭鞲衅骶€基準(zhǔn)點(diǎn)位置變化和線受拉由曲變直導(dǎo)致，這種原因一般很難避免，但可以通過(guò)校正來(lái)縮小誤差。

經(jīng)分析，確定“測(cè)量工具不準(zhǔn)確、儀器參數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)確、校驗(yàn)方法不科學(xué)”3個(gè)主要原因。

3 提高監(jiān)測(cè)精度對(duì)策

針對(duì)以上要因確認(rèn)，決定最終從“校正測(cè)量工具、計(jì)算儀器參數(shù)、規(guī)范校驗(yàn)措施”3個(gè)方面把握，并量化控制這一過(guò)程，來(lái)提高地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)精確度。

3.1 校正測(cè)量工具

調(diào)查中，測(cè)繩普遍存在一定的誤差，一般是由于刻度點(diǎn)移位，標(biāo)記不清或錯(cuò)誤，有的誤差甚至達(dá)到幾十公分，嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。在進(jìn)行人工測(cè)量前，用標(biāo)尺重新丈量測(cè)繩刻度，并標(biāo)記固定，確定測(cè)繩0點(diǎn)，在測(cè)量過(guò)程中細(xì)致認(rèn)真，找準(zhǔn)零界點(diǎn)，并反復(fù)測(cè)量3次，取平均值。

3.2 計(jì)算儀器參數(shù)

儀器安裝是一個(gè)復(fù)雜的工序，需要安裝人員協(xié)助配合，嚴(yán)格操作，保證儀器和傳感器安裝正常，參數(shù)計(jì)算正確并錄入準(zhǔn)確，才能達(dá)到盡可能精確的測(cè)量值。

做好安裝準(zhǔn)備工作。儀器安裝前需對(duì)監(jiān)測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境做基本了解，根據(jù)井深和埋深情況選擇適合的傳感器線長(zhǎng)。保證有3名中級(jí)工以上安裝人員和一名熟悉地下水情況的監(jiān)督人員在場(chǎng)，必須有負(fù)責(zé)人指揮協(xié)調(diào)。按要求連接儀器指示正常。

嚴(yán)格控制零界點(diǎn)測(cè)量值。由于傳感器線是按標(biāo)準(zhǔn)刻度制作，本身是非常準(zhǔn)確的測(cè)量工具，在下線時(shí)利用傳感器和儀器測(cè)量埋深H即零界點(diǎn)測(cè)量值。零頻f由壓力傳感器環(huán)境決定，在儀器面板上顯示，它在水下不同深度隨受壓而變化，在空氣中為固定值，所以利用零頻f在空氣中和水中的突變可以準(zhǔn)確找到傳感器與水面接觸的零界點(diǎn)，測(cè)得埋深H值，為保證測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)在接近零界點(diǎn)處，細(xì)微調(diào)整，反復(fù)試探，儀器觀測(cè)者應(yīng)與下傳感器的人密切配合，準(zhǔn)確定位零界點(diǎn)，待水位恢復(fù)穩(wěn)定反復(fù)測(cè)量三次取平均值求得H，H值與人工測(cè)量值誤差應(yīng)小于2 cm，否則查找原因，返回重新進(jìn)行下線測(cè)量。

精確進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。儀器參數(shù)包括傳感器在空氣中的底數(shù)零頻 f0，傳感器線長(zhǎng) L(見(jiàn)圖2所示)，傳感器系數(shù)K值。確定H值后，應(yīng)將傳感器多余線下至水面下25－30 m，視井深和線長(zhǎng)決定，應(yīng)特別注意井內(nèi)安裝水泵位置，傳感器停留位置應(yīng)距水泵上下5 m以上，傳感器線通過(guò)水泵時(shí)要特別留意線是否出現(xiàn)纏繞和松動(dòng)，以防線受水泵纏掛，并實(shí)時(shí)記錄頻率值f1。井口以下線長(zhǎng)為L(zhǎng)，則h=L－H，由傳感器系數(shù)計(jì)算公式K=100h/(f1－f0)求得K值，將參數(shù)K值，L值輸入儀器，儀器即可根據(jù)零頻變化自動(dòng)計(jì)算埋深變化值，完成后記錄各項(xiàng)參數(shù)備查。安裝過(guò)程的零界點(diǎn)測(cè)量對(duì)最終儀器自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果影響很大，控制好這個(gè)過(guò)程對(duì)提高儀器精確度起關(guān)鍵作用，必須細(xì)致認(rèn)真，反復(fù)校驗(yàn)。注意:參數(shù)設(shè)置完成后，用戶不得隨意更改各項(xiàng)參數(shù)，否則會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

圖2 水位水溫傳感器安裝示意圖

3.3 規(guī)范校驗(yàn)措施

在儀器安裝檢查完成后采集3組數(shù)據(jù)，取平均值與安裝儀器中間的零界點(diǎn)測(cè)量值H比對(duì)，若誤差超過(guò)2 cm，在確定K值不變的情況下，調(diào)整線長(zhǎng)L使儀器實(shí)時(shí)測(cè)量值接近零界點(diǎn)測(cè)量值，再與人工測(cè)量值比較，二者之差小于2 cm即為合格。否則，查找產(chǎn)生差值過(guò)大原因，若為儀器原因，調(diào)整線長(zhǎng)參數(shù)縮小誤差(一般認(rèn)定傳感器系數(shù)K為定值)，其它原因則分析解決。若儀器與人工測(cè)量差值超過(guò)5 cm，或是儀器測(cè)量值連續(xù)3組數(shù)據(jù)變化大于1 cm，必須分別更換新儀器和傳感器重新安裝檢測(cè)，排除是否有井下干擾，是否儀器或傳感器出現(xiàn)故障。在儀器初裝后保持人工同步測(cè)量做比對(duì)，3個(gè)月后進(jìn)行復(fù)校，參考人工測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)差值變化趨勢(shì)，在二者差值小幅變化的情況下(如果差值變化到大于10 cm，則分析原因，重新下線，計(jì)算各項(xiàng)參數(shù))調(diào)整線長(zhǎng)參數(shù)，使儀器測(cè)量值與現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量值之差小于2 cm。

4 結(jié)語(yǔ)

按照以上儀器安裝校驗(yàn)方法，通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)查勘實(shí)踐，總結(jié)出了一套自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的安裝調(diào)試技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在全省進(jìn)行推廣交流和意見(jiàn)反饋、調(diào)試實(shí)施。到2012年底，通過(guò)對(duì)全部設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)分析表明，誤差值小于2 cm的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由實(shí)施前的不到30%，提高到目前的93.6%，更重要的是該儀器安裝校驗(yàn)方法對(duì)今后自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀安裝調(diào)試工作具有指導(dǎo)性意義，必將節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力資源。自動(dòng)監(jiān)測(cè)精度的提高，充分證明驗(yàn)證提高地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)精度的措施，找準(zhǔn)了要因、切實(shí)可行、成效顯著。

隨著科技水平不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水利信息化的要求也越來(lái)越高，地下水監(jiān)測(cè)必須實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)、準(zhǔn)確地采集與傳遞。要實(shí)現(xiàn)地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，要注意科學(xué)的校正測(cè)量工具，細(xì)致認(rèn)真找準(zhǔn)零界點(diǎn)，并嚴(yán)格控制零界點(diǎn)測(cè)量值，精確進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。同時(shí)，必須以規(guī)范科學(xué)的校驗(yàn)方法確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確度誤差。全省一整套科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌惭b調(diào)試規(guī)章制度的出臺(tái)，亟待更多的實(shí)踐與總結(jié)。

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1004－1184(2013)05－0075－02

2013-06-20

張彥文(1983-)男，陜西榆林人，助理工程師，主要從事地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)工作。