地下水監測儀器有哪些

㈠ 地下水水位

地下水水位監測主要測量含水層水位的埋藏深度，也就是從地面到含水層水面的垂直深度。對於潛水含水層即測量地面到潛水面的垂直深度；對於承壓水含水層則是測量地面到鑽孔揭露承壓水含水層時井孔中水面的垂直深度。

20世紀50～80年代，地下水位的測量是地下水監測的主要項目。截至目前，中國絕大部分地區的地下水位監測還是依靠人工手動測量。人工監測方法有測鍾法、音響式水位計、燈顯式水位計、指針式水位儀、浮標式水位計、感應水位儀、半自動測井儀、自記水位儀、三用電導儀和全自動水位水溫儀等。

一、測鍾法

該方法用到的測鍾是最古老的地下水水位測具(圖2-1)。測鍾鍾體是長約10cm的金屬中空圓筒，直徑數厘米，圓筒下端開口，上端封閉，並系測繩。測量時，人工將測鍾、測繩放入井中，當測鍾放至地下水面時，上下提放測鍾。測鍾開口端觸及水面時會發出「砰、砰」的撞擊聲，由此即可判斷水面位置，讀取測繩上的刻度，即測得地下水埋深數值。另外，測鍾在生產中，常與水溫計組合在一起。

圖2-1 測鍾(左為水位、水溫同測測鍾原理圖，右為水位測鍾原理圖)

此方法簡單，但由於判斷測鍾接觸水面會產生誤差，同時測繩的長度也存在誤差，監測數值不會很准確。開泵抽水的生產井，機械干擾聲音大，另外，地下水水位太深時(超過30m)，響聲聽不清，亦會影響測量結果。另外測鍾沒有規格產品。目前國內大部分地區仍然廣泛使用其衍生產品。

二、懸錘式水尺讀數法

這種測量地下水水位的設備也常被稱為「懸錘式水位計」、「水位測尺」。設備由懸錘、測尺、水面接觸指示器(音響、燈光、指針)、測尺收放盤等組成。測尺是一柔性金屬長捲尺(或測繩)，其上附有端點與捲尺(或測繩)0點對齊的兩根導線，捲尺上有準確的刻度。懸錘有一定質量，下端有兩個相互絕緣的觸點，且分別與兩根導線相連。監測時靠懸錘自重將測尺人工放入井口中，觸點接觸地下水面時，電阻變小(導通)，地上與2根導線相連的音響、燈光、指針指示發出信號，表示已到達地下水水面，從測尺上讀出讀數，可以知道地下水水位埋深。工作原理見圖2-2。該測量方法使用的儀器簡單，便於攜帶，對使用者的熟練程度要求不高，可以用於各種地下水水位的觀測。由於能很准確地指示地下水水面的位置，水位測量准確性較高。測尺的長度不受限制，可以用於不同的地下水水位埋深與變幅的觀測。水位指示器可用音響、燈光、指針形式，均由直流電池供電。

圖2-2 懸錘式水尺工作原理圖

三、浮標式水位計法

浮標式地下水位計(圖2-3)是由具有感應水位變化的浮標、懸索、水位輪系統、平衡錘，或者用自收懸索機構取代平衡錘構成。早期的長期水位記錄用長圖紙帶畫線方式，目前已基本不使用。現在的產品用編碼器將水位值編碼輸出供固態存儲記錄。一般的產品，其編碼器在地面上；先進的產品，整個儀器，包括水位感應、編碼器、固態存儲、電源等所有部分都懸掛在井中水面上自動工作。浮標式地下水位計一般都能在108mm口徑的測井管中工作，有些可裝在50mm口徑的井內工作，水位輪、浮標、平衡錘的直徑都很小。浮標感應水位變化的靈敏度較差。地下水埋深較大，懸索長，也影響水位感應靈敏度。因此，地下水位計的記錄組件，編碼器的阻力應盡可能小，應避免懸索和水位輪之間打滑，應優先選用帶球鋼絲繩、穿孔帶作為懸索。浮標式水位計結構簡單、可靠，便於操作維護。只要測井口徑滿足安裝要求，便可以用於所有地點，水位測量的准確性也較高。地下水埋深較大時，尤其要注意懸索、水位輪的配合，了解和控制可能產生的誤差。

四、感應水位計法

感應水位儀(圖2-4)由井下電極、導線、信號燈、晶體管元件等構成，電源交直流兩用。使用方法簡單便捷，當井下電極接觸水面時，信號燈顯示，同時電表指示已到水位，從測尺上讀出讀數，即可知道地下水水位埋深。

該方法是比較直接和簡單的水位測量方法，目前野外工作多用此法。測繩易於攜帶，刻度便於直接讀取數據。部分測繩可以直接測量電導率和水溫。

圖2-3 浮標式水位計

圖2-4 無感應水位儀

五、半自動測井儀法

半自動測井儀由計數輪與計數表組成自動讀數部分，由晶體管、指示燈、電極組成信號部分(圖2-5)。該儀器使用方法簡單便捷，測量水位時，將接地線連接地面或井口，調整計數表至零點，然後將導線下入井內，導線接觸水面後，導線導通，以指示燈燈亮為准讀取水位深度。該儀器適用於各種鑽孔和生產井，可直接讀出水位深度，不必經常校準導線長度標記。

圖2-5 半自動測井儀

六、自動水位水溫儀法

自動水位水溫儀由壓力感測器、溫度感測器、電纜線、數據連接線和數據傳輸裝置構成(圖2-6)，適用於大范圍地下水日常監測及數據傳輸的工作需要。該儀器可連續測量井(孔)中地下水水位和水溫。儀器適用環境溫度一般為-20～80℃。存儲空間較大，當測量工作需要在10min測量一次數據時，可以連續存儲12個月的監測數據。該方法便於技術人員在室內觀測地下水水位動態，減少天氣或路途等因素對地下水監測的影響。

圖2-6 自動水位水溫儀

七、超聲波式水位儀法

對准井口向下發射超聲波，通過水面反射回波在空氣中的傳播時間由顯示表直接讀數，或通過數據介面由計算機進行數據回收。該儀器適用於水位埋深較淺的地區，適宜快速一次性觀察及連續且頻繁變化的水位觀測，但其缺點是受外部環境影響大(圖2-7)。

圖2-7 超聲波式水位儀工作示意圖

㈡ 地下水水位監測系統的監測儀器

在國際上具有一定影響力的地下水水位監測儀器或儀表主要包括：斯倫貝謝水務公司推出的Diver系列產品，In-Situ公司推出的levelTroll系列產品，Keller公司推出的DCX系列，以及Solist推出的Levelogger系列等。而由中國地質調查局水文地質環境地質調查中心推出的WS-1040作為國產品牌的後起之秀，也在該領域占據一席之地。由於斯倫貝謝水務公司的Diver產品在產地荷蘭占據80%左右的市場份額，在整個歐洲則占據了70%左右，在全球范圍內應用也非常廣泛，因此可以通過對其進行一定的介紹來了解地下水水位監測系統的的功能以及作用。 DIVER主要分為Micro-Diver，Mini-Diver, Sera-Diver，CTD-Diver 和Baro-Diver 5種。DIVER在國內多地已經廣泛應用，而其他公司各類型的地下水水位監測系統也在國內呈現出百花齊放百家爭鳴的情況。
1999年，DIVER地下水自動監測儀在中國水利水電科學院水利研究所合作的西北地下水資源長期調查項目開始，在國內一直應用至今，產品的質量和信譽都是不錯的。在國內，最大的項目是通過荷蘭官方和中國地質環境監測院合作的中國地下水信息中心能力建設，在該項目中使用了上百台的DIVER 地下水自動監測儀，主要開展地下水監測、數據採集、儲存、處理、分析以及向公眾和地下水管理決策者發布信息等研究工作。
（以Micro-Diver為例）
壓力感測器材質： 陶瓷
采樣頻率： 0.5秒到99小時
內存：2×48000個數據
電池壽命：8到10年
溫度范圍：－20到80攝氏度
精度：±0.1攝氏度
解析度：0.01攝氏度
溫度補償范圍：－10到40攝氏度
深度范圍：10，20，50和100米四種可選
精度：±0.05% 全量程
解析度：0.2，0.4，1和2厘米（對應四種范圍） Micro-Diver是全世界最小的自動測量、記錄地下水水位和溫度的儀器。它只有手掌大小，長度90毫米，直徑18毫米，非常輕便，幾乎可以在任何監測井中使用。Micro-Diver內部集成溫度和壓力感測器，內存和電池，外部為密封的不銹鋼材質(RVS 316L)，這使Micro-Diver完全不受潮濕或外部電流的影響。
Micro-Diver通過一條鋼線纜懸掛在監測井裡，可以定期讀取數據，或者安裝GPRS在線監測系統，以便在室內進行數據的動態實時監測。儀器自動測量地下水的溫度和水位，並保存在其內存中，內存可以記錄保存2×48,000個數據，這意味著你每10分鍾測量一次， 內存可以記錄長達12個月時間的數據。電池的壽命達8－10年。Micro-Diver是短小精悍和持久可靠的完美結合。
無論你設置Micro-Diver每小時記錄數次，每天記錄1次，或是進行抽水試驗，都沒有問題，只需簡單的設置，就能獲得你需要的信息。設置和讀取數據使用讀數裝置和1台電腦（筆記本電腦或PocketPC）。Micro-Diver快速和簡單易用的特點，可以讓用戶事半功倍的得到最准確的數據。
Micro-Diver測量絕對壓力（水壓+大氣壓），單位是厘米水柱。為了得到准確的水位變化，必須進行大氣壓補償。最理想的方法是配置一個額外的氣壓補償裝置，即Baro-Diver。軟體LDM會自動進 行氣壓補償，在辦公室或野外快速准確的讀取、記錄數據。數據可保存在電腦內，或以Excel的形式導出、列印。