C5315型一體化遙測(cè)水位計(jì)在地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

□葉 飛 左天偉 左洪臣

地下水是水資源的重要組成部分，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是地下水規(guī)劃管理、合理開發(fā)利用和水資源優(yōu)化配置調(diào)度的重要基礎(chǔ)工作。為了提高地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量，獲得規(guī)范、準(zhǔn)確可靠連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保定地區(qū)引入了C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)，現(xiàn)將3 年來(lái)水位計(jì)運(yùn)行情況加以分析，尋求其誤差產(chǎn)生的主要原因，以便于在今后的應(yīng)用中加以借鑒。

1.地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

保定市地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作始于1957 年，多年來(lái)為水資源管理和合理開發(fā)利用做出了很大貢獻(xiàn)。目前地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)仍存在許多問題：現(xiàn)有地下水監(jiān)測(cè)井多為開采利用機(jī)民井，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能體現(xiàn)真實(shí)的地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；監(jiān)測(cè)井更換頻繁，資料連續(xù)性差，不滿足長(zhǎng)期系列分析；監(jiān)測(cè)工作多為委托人工監(jiān)測(cè)方式，觀測(cè)員監(jiān)測(cè)水平參差不齊，測(cè)具維護(hù)不及時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差大、精度低、時(shí)效性不足。

保定市自2017 年起采用C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，地下水水位、水溫等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每日按時(shí)采集并傳輸至信息服務(wù)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)3 年運(yùn)行，該水位計(jì)大大減少了外業(yè)工作量，提高了數(shù)據(jù)精確度和時(shí)效性。

2.C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)概況

C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)由壓力式傳感器、通訊線纜、RTU（遙測(cè)水位計(jì)主體，含無(wú)線傳輸模塊、電池等）以及天線4 部分構(gòu)成。

2.1 主要參數(shù)

（1）最大水位變幅：15m；

（2）最大靜水壓力：30m；

（3）分 編 率：水 位1mm，水 溫0.05℃；

（4）精 度：水 位0.05%FS，水 溫±0.2℃；

（5）氣壓補(bǔ)償方式：獨(dú)立氣壓補(bǔ)償；（6）時(shí)鐘誤差：≤±10s（10d）；

（7）工作溫度：壓力傳感器-20℃～60℃，數(shù)據(jù)傳輸裝置-40℃～85℃；

（8）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：＞5 萬(wàn)條；

（9）數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS/GMS（支持物聯(lián)卡）。

2.2 工作原理

C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)RTU、天線安裝在地面以上，壓力式傳感器通過(guò)通訊線纜懸掛在地下水專業(yè)監(jiān)測(cè)井內(nèi)的歷史最低水位以下，按照設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)通訊線纜傳至RTU 處理，再經(jīng)天線通過(guò)GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至信息服務(wù)平臺(tái)供人使用，見圖1。

式中：H—地下水水位埋深；

圖2 通訊線纜形變量與時(shí)間關(guān)系圖

L—壓力式傳感器至地面距離；

P—壓力式傳感器測(cè)得所處位置壓力；

P0—RTU 大氣補(bǔ)償單元測(cè)得地表大氣壓力；

ρ水—監(jiān)測(cè)井內(nèi)水體密度，取1g/cm3；

g—重力加速度，取9.8N/kg。

C5315 型一體化遙測(cè)水位計(jì)在安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)井歷史最低水位設(shè)定通訊線纜長(zhǎng)度，壓力式傳感器以歷史最低水位以下10m 為宜，且監(jiān)測(cè)井最高水位與壓力式傳感器所處位置距離不得超過(guò)其最大量程30m。壓力式傳感器按照設(shè)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)其所處位置的壓力P 和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，RTU 內(nèi)大氣補(bǔ)償單元同時(shí)測(cè)量地表大氣P0，從而計(jì)算出壓力傳感器以上水體壓力，再通過(guò)水體密度、重力加速度等參數(shù)，換算出該段水體的高度，最后由傳感器至地面距離L 減去其以上水體高度，得出當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地下水水位埋深數(shù)據(jù)H。

3.儀器使用影響因素

根據(jù)儀器工作原理及運(yùn)行結(jié)果顯示，影響儀器測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素為通訊線纜發(fā)生拉伸形變，致使壓力式傳感器至地面距離L 實(shí)際值與RTU 內(nèi)預(yù)先設(shè)置值不一致，從而導(dǎo)致儀器測(cè)量水位埋深值較真實(shí)值偏小，可通過(guò)調(diào)整通訊線纜長(zhǎng)度或調(diào)整RTU 預(yù)設(shè)值校準(zhǔn)設(shè)備。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，水位計(jì)在安裝360 天后線纜基本趨于穩(wěn)定，線纜拉伸形變量約5cm/100m，見圖2。另外，水體密度以及傳感器漂移也會(huì)一定程度影響水位測(cè)量精度。

4.結(jié)論

通過(guò)該型號(hào)水位計(jì)在保定地區(qū)的廣泛使用，提升了地下水觀測(cè)手段，完善了現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，大大提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度、時(shí)效性。但是，儀器通訊線纜拉伸形變會(huì)影響儀器測(cè)量精度，需在安裝后360 天內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。□