劉雅欣

（1.太原理工大學，太原 030024；2.山西省水利水電科學研究院，太原030002）

20世紀70年代以來，為滿足能源基地建設用水的需求，山西省地下水開采量開始逐年增加。1971年，山西全省地下水用水量僅為11億m3，如今，山西省地下水的年用水量已攀升到40億m3，占全省總用水量的61.5%，地下水開采程度高達77.42%。為實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和水環(huán)境的可持續(xù)維系，必須大力控制地下水的開采。為了及時準確地掌握地下水的變化情況，必須對地下水位進行監(jiān)測?，F(xiàn)在我省對地下水位的監(jiān)測，大部分監(jiān)測點仍以傳統(tǒng)的人工定時測量方法（電表、測鐘、測繩等）為主，不僅會占用大量的人力，而且存在人為誤差。地下水監(jiān)測系統(tǒng)不僅避免了人工監(jiān)測的缺點，而且具有及時、準確的特點，因此利用地下水水位監(jiān)測系統(tǒng)進行地下水的監(jiān)測具有明顯的優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

地下水水位監(jiān)測系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)處理控制中心兩部分組成。系統(tǒng)硬件由XYX-DS26投入式壓力硅液位傳感器、A/D變送器、XYX-WX-MIDEM無線通訊模塊等組成，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理控制中心由PLC可編程智能控制器、數(shù)據(jù)分析處理軟件等組成。

1.2 工作原理

地下水位監(jiān)測系統(tǒng)由XYX-DSC地下水位自動采集器、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等對地下水位進行全面監(jiān)控，實施實時數(shù)據(jù)分析等。

在晉中祁縣的試驗區(qū)內(nèi)有多個數(shù)據(jù)采集點（監(jiān)測井），在每個數(shù)據(jù)采集點（監(jiān)測井）上安裝專用的數(shù)據(jù)采集器（XYXDS26投入式壓力硅液位傳感器），實時采集地下水位數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D變送器把所采集的數(shù)據(jù)傳輸給智能控制器；智能控制器利用XYX-WX-MIDEM無線通訊模塊，借助無線網(wǎng)絡傳輸?shù)娇偪刂剖?；總控制室的無線接收模塊接受到數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行匯總、分析處理，并可以真實地在顯示屏上模擬當前的靜態(tài)水位、動態(tài)水位和片區(qū)水位曲線等。其工作原理圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

1.3 系統(tǒng)功能與特點

本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)可靠、方便快捷的優(yōu)點。能實時監(jiān)測地下水位的靜態(tài)和動態(tài)情況，并可及時地通過無線網(wǎng)絡傳到總控制室?？梢愿鶕?jù)需要隨時采集數(shù)據(jù)，既可以滿足長期數(shù)據(jù)采集需求，又可以滿足抽水實驗等水位降落過程的觀測需要。

2 應用效果分析

2001年在晉中祁縣試驗區(qū)內(nèi)的21眼機井全部安裝了地下水位監(jiān)測系統(tǒng)，同時配有一套計量控制系統(tǒng)，對地下水位實施實時監(jiān)測。水行政授權(quán)管理部門以獲得的水位數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算出可以開采的水量，在分析水資源承載能力的基礎上，根據(jù)用水計劃及干旱程度合理分配用水指標，對用水總量進行控制。為水行政主管部門制定取水計劃提供了科學依據(jù)，并在保護地下水方面取得了明顯的效果。

2.1 水位變化及節(jié)水效果分析

由于社會經(jīng)濟的發(fā)展，試驗區(qū)的地下水位由1980年的768～769 m下降到2000年的712～726 m，地下水位下降近50 m，平均地下水位下降的速率為2 m/a左右，有部分地區(qū)出現(xiàn)了漏斗區(qū)，地下水環(huán)境遭到了嚴重的破壞。至2001年使用地下水水位監(jiān)控系統(tǒng)后，該區(qū)的地下水位在2004年開始停止下降，到2009年水位累計上升了1.5m。1990年至2009年試驗區(qū)地下水位變化狀況見圖2。

圖2 1990～2009年試驗區(qū)地下水位變化圖

2.2 社會效益

通過對地下水位的實時監(jiān)測不僅可以掌握地下水的水位、水量，同時達到下列社會效益：

（1）預測下一年的可用水量。根據(jù)監(jiān)測到的水位變化情況，在分析數(shù)據(jù)的基礎上，可以預測下一年的水量情況，便于制定下一年的地下水開采計劃。

（2）指導地面水的合理配置。根據(jù)地下水動態(tài)變化情況，以保護水環(huán)境為目標，有目的有計劃地調(diào)節(jié)和控制地面水的配置方案。

（3）能夠有效地保護水源地。該系統(tǒng)能準確掌握地下水環(huán)境真實狀態(tài)，為水環(huán)境的保護提供了可靠的技術(shù)資料。水行政主管部門可以根據(jù)地下水長期觀測的動態(tài)情況，及時制定合理的方案來調(diào)整區(qū)域供水保護范圍和保護強度。

3 存在問題及建議

3.1 存在的問題

（1）經(jīng)費投入不足。由于各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展不平衡，儀器設備及安裝費用較高，很多地方的經(jīng)費不足，使得地下水位監(jiān)測設備得不到廣泛的使用，也使地下水位監(jiān)測工作進展緩慢。

（2）專用觀測井數(shù)量不足。實驗區(qū)內(nèi)有大部分監(jiān)測井為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水井，在監(jiān)測過程中有持續(xù)抽水的現(xiàn)象，這樣就增加了觀測的難度，影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確程度。

3.2 建議

（1）建議上級有關(guān)部門，加大地下水監(jiān)測系統(tǒng)上的資金投入，擴大監(jiān)測范圍，保證地下水監(jiān)測的質(zhì)量。另外可以利用監(jiān)測成果，積極開展有償服務，來彌補資金上的困難。

（2）建議開辟專用的監(jiān)測井，淘汰用于工農(nóng)業(yè)用水的生產(chǎn)井。如果實現(xiàn)專井專用，這樣就能使監(jiān)測的數(shù)據(jù)更加準確，資料更加可靠。

（3）建議對地下水嚴重超采區(qū)和出現(xiàn)漏斗區(qū)的地方進行重點監(jiān)測，以便更好地保護地下水。

4 結(jié)論

地下水位動態(tài)變化是一個比較漫長的過程，只有通過準確、長期、系統(tǒng)的地下水位監(jiān)測，不斷地累計資料，正確地分析計算，才能了解其變化規(guī)律。地下水系統(tǒng)監(jiān)測是直接獲得地下水位動態(tài)變化的有效方法。不斷完善地下水位監(jiān)測系統(tǒng)，重視和加強地下水監(jiān)測資料的分析工作，對地下水資源的合理開發(fā)利用、管理和保護具有重要意義。同時也為水行政主管部門提供準確的數(shù)據(jù)，便于他們根據(jù)地下水總量，提出合理的用水計劃，使得經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和地下水資源開發(fā)利用協(xié)調(diào)發(fā)展，為科學地指導地下水的開發(fā)、利用、保護、治理、修復及加強地下水管理提供依據(jù)。如果該技術(shù)得到廣泛應用，將會對保護地下水起到非常重要作用。