地下水监测仪器有哪些

㈠ 地下水水位

地下水水位监测主要测量含水层水位的埋藏深度，也就是从地面到含水层水面的垂直深度。对于潜水含水层即测量地面到潜水面的垂直深度；对于承压水含水层则是测量地面到钻孔揭露承压水含水层时井孔中水面的垂直深度。

20世纪50～80年代，地下水位的测量是地下水监测的主要项目。截至目前，中国绝大部分地区的地下水位监测还是依靠人工手动测量。人工监测方法有测钟法、音响式水位计、灯显式水位计、指针式水位仪、浮标式水位计、感应水位仪、半自动测井仪、自记水位仪、三用电导仪和全自动水位水温仪等。

一、测钟法

该方法用到的测钟是最古老的地下水水位测具(图2-1)。测钟钟体是长约10cm的金属中空圆筒，直径数厘米，圆筒下端开口，上端封闭，并系测绳。测量时，人工将测钟、测绳放入井中，当测钟放至地下水面时，上下提放测钟。测钟开口端触及水面时会发出“砰、砰”的撞击声，由此即可判断水面位置，读取测绳上的刻度，即测得地下水埋深数值。另外，测钟在生产中，常与水温计组合在一起。

图2-1 测钟(左为水位、水温同测测钟原理图，右为水位测钟原理图)

此方法简单，但由于判断测钟接触水面会产生误差，同时测绳的长度也存在误差，监测数值不会很准确。开泵抽水的生产井，机械干扰声音大，另外，地下水水位太深时(超过30m)，响声听不清，亦会影响测量结果。另外测钟没有规格产品。目前国内大部分地区仍然广泛使用其衍生产品。

二、悬锤式水尺读数法

这种测量地下水水位的设备也常被称为“悬锤式水位计”、“水位测尺”。设备由悬锤、测尺、水面接触指示器(音响、灯光、指针)、测尺收放盘等组成。测尺是一柔性金属长卷尺(或测绳)，其上附有端点与卷尺(或测绳)0点对齐的两根导线，卷尺上有准确的刻度。悬锤有一定质量，下端有两个相互绝缘的触点，且分别与两根导线相连。监测时靠悬锤自重将测尺人工放入井口中，触点接触地下水面时，电阻变小(导通)，地上与2根导线相连的音响、灯光、指针指示发出信号，表示已到达地下水水面，从测尺上读出读数，可以知道地下水水位埋深。工作原理见图2-2。该测量方法使用的仪器简单，便于携带，对使用者的熟练程度要求不高，可以用于各种地下水水位的观测。由于能很准确地指示地下水水面的位置，水位测量准确性较高。测尺的长度不受限制，可以用于不同的地下水水位埋深与变幅的观测。水位指示器可用音响、灯光、指针形式，均由直流电池供电。

图2-2 悬锤式水尺工作原理图

三、浮标式水位计法

浮标式地下水位计(图2-3)是由具有感应水位变化的浮标、悬索、水位轮系统、平衡锤，或者用自收悬索机构取代平衡锤构成。早期的长期水位记录用长图纸带画线方式，目前已基本不使用。现在的产品用编码器将水位值编码输出供固态存储记录。一般的产品，其编码器在地面上；先进的产品，整个仪器，包括水位感应、编码器、固态存储、电源等所有部分都悬挂在井中水面上自动工作。浮标式地下水位计一般都能在108mm口径的测井管中工作，有些可装在50mm口径的井内工作，水位轮、浮标、平衡锤的直径都很小。浮标感应水位变化的灵敏度较差。地下水埋深较大，悬索长，也影响水位感应灵敏度。因此，地下水位计的记录组件，编码器的阻力应尽可能小，应避免悬索和水位轮之间打滑，应优先选用带球钢丝绳、穿孔带作为悬索。浮标式水位计结构简单、可靠，便于操作维护。只要测井口径满足安装要求，便可以用于所有地点，水位测量的准确性也较高。地下水埋深较大时，尤其要注意悬索、水位轮的配合，了解和控制可能产生的误差。

四、感应水位计法

感应水位仪(图2-4)由井下电极、导线、信号灯、晶体管元件等构成，电源交直流两用。使用方法简单便捷，当井下电极接触水面时，信号灯显示，同时电表指示已到水位，从测尺上读出读数，即可知道地下水水位埋深。

该方法是比较直接和简单的水位测量方法，目前野外工作多用此法。测绳易于携带，刻度便于直接读取数据。部分测绳可以直接测量电导率和水温。

图2-3 浮标式水位计

图2-4 无感应水位仪

五、半自动测井仪法

半自动测井仪由计数轮与计数表组成自动读数部分，由晶体管、指示灯、电极组成信号部分(图2-5)。该仪器使用方法简单便捷，测量水位时，将接地线连接地面或井口，调整计数表至零点，然后将导线下入井内，导线接触水面后，导线导通，以指示灯灯亮为准读取水位深度。该仪器适用于各种钻孔和生产井，可直接读出水位深度，不必经常校准导线长度标记。

图2-5 半自动测井仪

六、自动水位水温仪法

自动水位水温仪由压力传感器、温度传感器、电缆线、数据连接线和数据传输装置构成(图2-6)，适用于大范围地下水日常监测及数据传输的工作需要。该仪器可连续测量井(孔)中地下水水位和水温。仪器适用环境温度一般为-20～80℃。存储空间较大，当测量工作需要在10min测量一次数据时，可以连续存储12个月的监测数据。该方法便于技术人员在室内观测地下水水位动态，减少天气或路途等因素对地下水监测的影响。

图2-6 自动水位水温仪

七、超声波式水位仪法

对准井口向下发射超声波，通过水面反射回波在空气中的传播时间由显示表直接读数，或通过数据接口由计算机进行数据回收。该仪器适用于水位埋深较浅的地区，适宜快速一次性观察及连续且频繁变化的水位观测，但其缺点是受外部环境影响大(图2-7)。

图2-7 超声波式水位仪工作示意图

㈡ 地下水水位监测系统的监测仪器

在国际上具有一定影响力的地下水水位监测仪器或仪表主要包括：斯伦贝谢水务公司推出的Diver系列产品，In-Situ公司推出的levelTroll系列产品，Keller公司推出的DCX系列，以及Solist推出的Levelogger系列等。而由中国地质调查局水文地质环境地质调查中心推出的WS-1040作为国产品牌的后起之秀，也在该领域占据一席之地。由于斯伦贝谢水务公司的Diver产品在产地荷兰占据80%左右的市场份额，在整个欧洲则占据了70%左右，在全球范围内应用也非常广泛，因此可以通过对其进行一定的介绍来了解地下水水位监测系统的的功能以及作用。 DIVER主要分为Micro-Diver，Mini-Diver, Sera-Diver，CTD-Diver 和Baro-Diver 5种。DIVER在国内多地已经广泛应用，而其他公司各类型的地下水水位监测系统也在国内呈现出百花齐放百家争鸣的情况。
1999年，DIVER地下水自动监测仪在中国水利水电科学院水利研究所合作的西北地下水资源长期调查项目开始，在国内一直应用至今，产品的质量和信誉都是不错的。在国内，最大的项目是通过荷兰官方和中国地质环境监测院合作的中国地下水信息中心能力建设，在该项目中使用了上百台的DIVER 地下水自动监测仪，主要开展地下水监测、数据采集、储存、处理、分析以及向公众和地下水管理决策者发布信息等研究工作。
（以Micro-Diver为例）
压力传感器材质： 陶瓷
采样频率： 0.5秒到99小时
内存：2×48000个数据
电池寿命：8到10年
温度范围：－20到80摄氏度
精度：±0.1摄氏度
分辨率：0.01摄氏度
温度补偿范围：－10到40摄氏度
深度范围：10，20，50和100米四种可选
精度：±0.05% 全量程
分辨率：0.2，0.4，1和2厘米（对应四种范围） Micro-Diver是全世界最小的自动测量、记录地下水水位和温度的仪器。它只有手掌大小，长度90毫米，直径18毫米，非常轻便，几乎可以在任何监测井中使用。Micro-Diver内部集成温度和压力传感器，内存和电池，外部为密封的不锈钢材质(RVS 316L)，这使Micro-Diver完全不受潮湿或外部电流的影响。
Micro-Diver通过一条钢线缆悬挂在监测井里，可以定期读取数据，或者安装GPRS在线监测系统，以便在室内进行数据的动态实时监测。仪器自动测量地下水的温度和水位，并保存在其内存中，内存可以记录保存2×48,000个数据，这意味着你每10分钟测量一次， 内存可以记录长达12个月时间的数据。电池的寿命达8－10年。Micro-Diver是短小精悍和持久可靠的完美结合。
无论你设置Micro-Diver每小时记录数次，每天记录1次，或是进行抽水试验，都没有问题，只需简单的设置，就能获得你需要的信息。设置和读取数据使用读数装置和1台电脑（笔记本电脑或PocketPC）。Micro-Diver快速和简单易用的特点，可以让用户事半功倍的得到最准确的数据。
Micro-Diver测量绝对压力（水压+大气压），单位是厘米水柱。为了得到准确的水位变化，必须进行大气压补偿。最理想的方法是配置一个额外的气压补偿装置，即Baro-Diver。软件LDM会自动进 行气压补偿，在办公室或野外快速准确的读取、记录数据。数据可保存在电脑内，或以Excel的形式导出、打印。