地下水在线监测系统：守护地下水资源的“千里眼”

一、背景

地下水是地球上重要的淡水资源，广泛应用于工业、农业和生活用水。然而，近年来无节制的开采导致地下水量减少、水位下降，同时工业和生活污水的排放也使地下水水质恶化，引发地面沉降和生态退化等问题。传统地下水监测手段难以预测水质趋势和未来污染变化，限制了地下水的合理开发和利用。

地下水资源较地表水资源复杂，因此地下水本身质和量的变化以及引起地下水变化的环境条件和地下水的运移规律不能直接观察，同时，地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降是缓变型的，一旦积累到一定程度，就成为不可逆的破坏。因此准确开发保护地下水就必须依靠长期的地下水监测，及时掌握动态变化情况。

二、现状分析

地下水位数据的收集不仅能够及时、准确地反应问题，分析问题，解决问题，从而指导工作实践，而且更是研究地下水位动态规律，掌握不同水文地质单元、不同层位、不同水源地地下水位变化特征的重要依据，对水资源的研究与管理具有重要意义。

地下水的监测是指对地下水的水位、水量、水质、水压、水温及流速、流向等自然或人为因素影响下随时间或空间变化规律的监测。地下水的监测应根据岩土工程和建筑物稳定性的需要有目的、有计划、有组织地进行。

当前地下水监测面临诸多挑战。一方面，部分监测点偏远，供电困难，依赖太阳能电池板供电，且设备需具备独立性、可扩展性和集成稳定性。另一方面，监测设备的选型和配置应依据具体监测需求和场地条件，综合考虑各种因素。此外，监测设备的性能和数据质量也存在差异，需要加强设备的质量监管和数据管理。

三、解决思路

为应对地下水监测的挑战，可从以下几方面入手：

1.优化设备选型与配置：根据监测目的、场地条件和预算等因素，合理选择监测设备，确保其适应性与可靠性。

2.强化设备质量监管：建立严格的质量标准和认证体系，加强对设备生产、安装和运行的监管，确保监测数据的准确性和可靠性。

3.提升数据管理与应用水平：构建专业的数据管理平台，对监测数据进行集中存储、整理和分析，挖掘数据价值，为地下水管理和保护提供科学依据。

4.加强技术研发与创新：持续投入研发资源，推动监测技术升级，提高设备性能和智能化水平，如开发更高效的传感器和数据传输技术。

四、系统组成和设备选型

地下水监测系统主要由以下部分组成：

1. 水位监测设备：如一体化水位水温计、压力式水位计等，用于测量地下水位变化，适用于不同量程和精度要求。

一体化水位水温计：

水位水温计用于测量水井水位、水温，将测量的数据通过信号线传送给遥测终端机。

水位水温计中内置压力、温度、敏感元件，利用压力电阻效应，将承受的液压转换成电信号，再由电压电流转换器，把电信号变换成RS485标准远传信号。

计算公式：P=PI+Q*H

其中 P:被测液体压力；PI:大气压力；H:液体深度；Q:被测液体比重

由于大气压随地理位置高度的不同而变化，为了消除大气压变化引起的测量误差，传感器采用导气电缆，将大气压PI导入敏感元件另一侧，导气电缆的导气孔于大气连通。从而使计算公式变为：P=Q*H

这样就消除了大气压力变化引起的测量误差，测量精度可达0.05%

对于波动较大的水池的液位测量，可以根据具体情况采用防波管、固定支架等手段固定变送器。

2.水质监测设备：包括多参数水质分析仪、水质采样器等，可监测pH值、电导率、溶解氧、重金属含量等水质参数，满足多样化的水质监测需求。

3.数据采集与传输设备：如数据采集器、遥测终端机等，负责采集传感器数据，并通过有线或无线通信方式传输至监控中心，确保数据的及时性和完整性。

4.远程监控与管理平台：由服务器、监控软件等组成，实现对监测数据的接收、存储、展示和分析，支持远程设备管理和控制，提升监测系统的运行效率和管理水平。

数据采集部分：数据采集部分由水位传感器、水温传感器、PH传感器、电导率传感器、浊度传感器等其他地下水监测传感器，对地下水质进行数据的采集;

网络传输部分：网络传输部分主要设备为智能遥测终端，负责连接前端采集设备，将前端采集设备的采集数值通过4G无线网络或其他网络对数据进行传送;

数据管理中心：数据管理中心又可以分为三个小部分，分别是水资源监测云平台、数据处理中心、数据库存储，水资源监测云平台可使用水资源监测云平台也可以使用用户自己开发的水资源监测云平台，通过大屏、PC端、移动端对图形化后的数据进行展示与处理，同时将数据存入数据库中，对数据进行永久化存储。

地下水在线监测系统运用现代传感器技术、物联网技术，结合移动通信技术，对地下水的pH、水温、溶解氧、浊度、电导率、水位、氨氮、氯化物等因子进行实时监测，通过水利遥测终端实时将数据上传到监测中心平台，平台自动接收存储数据，并对地下水变化规律进行分析。系统采用太阳能供电或锂电池自供电，节省能耗。

在设备选型方面，需综合考虑测量范围、精度、稳定性、环境适应性、成本等因素，以确保监测系统的性能和可靠性。

五、应用场景

1.城市供水水源地监测：在城市供水水源地安装地下水监测设备，实时监测水位和水质变化，确保供水安全。一旦发现水质异常，及时采取措施，防止污染水源进入供水系统。

2.工业污染场地监测：对工业污染场地周边的地下水进行长期监测，评估污染物的扩散趋势和影响范围，为污染治理和风险防控提供依据。通过监测数据指导治理工程的实施，降低治理成本，提高治理效果。

3.农业灌溉区监测：在农业灌溉区监测地下水位和水质，合理安排灌溉用水，防止过度开采和水质污染。根据监测数据优化灌溉制度，提高水资源利用效率，保障农业可持续发展。

通过以上措施，可以有效提升地下水监测的效率和质量，为地下水的合理开发、利用和保护提供有力支持，保障地下水资源的可持续利用。

六、水测家项目案例

唐山地下水监测项目