徐松華，汪水吉

（廈門市吉龍德環(huán)境工程有限公司，福建 廈門 361008）

Level TROLL 700水位計(jì)在測定含水層特性中的應(yīng)用

徐松華，汪水吉

（廈門市吉龍德環(huán)境工程有限公司，福建 廈門 361008）

概述了抽水試驗(yàn)測定滲透系數(shù)k值方法和微水試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)；以瑞華高科電子工業(yè)園（廈門）有限公司的實(shí)際應(yīng)用為例，闡述了Level TROLL水位計(jì)通過短時(shí)間內(nèi)快速記錄水位，采用微水測試方法，并通過AQTESOLV軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)，快速求出地下水監(jiān)測井滲透系數(shù)k值的應(yīng)用過程。

水位計(jì)；微水試驗(yàn)；滲透系數(shù)；抽水試驗(yàn)

1 地下水監(jiān)測井測定滲透系數(shù)的基本概念和意義

滲透系數(shù)又稱水力傳導(dǎo)系數(shù)。在各向同性介質(zhì)中，其定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度，滲透系數(shù)k是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，其數(shù)值的正確確定對滲透計(jì)算有著非常重要的意義。影響滲透系數(shù)大小的因素有很多，主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的黏滯性等。滲透系數(shù)是控制地下水流動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)，含水層滲透系數(shù)的空間分布規(guī)律一直是研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。研究滲透系數(shù)的空間分布需要以大量的野外實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。以往受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等問題的制約，野外勘測所獲得的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)很少，所以這方面的研究進(jìn)度一直不大。目前依據(jù)In-Situ公司研制出的高精度可快速記錄水位和時(shí)間變化的水位計(jì)Level TROLL 700滿足技術(shù)需求，通過微水測試方法可以實(shí)現(xiàn)野外快速獲得監(jiān)測井滲透系數(shù)的目的，為該領(lǐng)域的研究和發(fā)展，打開了一個(gè)好的突破口。

不同土壤結(jié)構(gòu)和含水層結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 不同土壤結(jié)構(gòu)和含水層結(jié)構(gòu)圖

2 微水測試的測定原理及方法

微水試驗(yàn)是一種簡便獲取地下水滲透系數(shù)k值的野外試用方法。是通過向監(jiān)測井或者鉆孔內(nèi)注入水或其他方式引起水位突然升高，通過觀測水位和時(shí)間的變化規(guī)律，利用現(xiàn)有的求滲透系數(shù)公式與測定的時(shí)間、水位變化圖表進(jìn)行擬合，從而求出滲透系數(shù)k值的一種方法（如圖2）。

Level TROLL 700之所以能夠進(jìn)行含水層水位和時(shí)間記錄，是因?yàn)槠淠軌蚩焖儆涗洠ㄗ羁?s可記錄4次）每0.25s可記錄一次水位數(shù)據(jù)。因此可以達(dá)到技術(shù)需求。

圖2 實(shí)測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)公式曲線擬合情況

3 微水測試和抽水試驗(yàn)求滲透系數(shù)k值的方法對比

（見下表）

微水測試和抽水試驗(yàn)求滲透系數(shù)k值的方法對比表

地下土壤結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，滲透方向（垂直和水平）很有可能因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)的不同而產(chǎn)生一個(gè)垂直滲透性、一個(gè)水平滲透性，對于抽水試驗(yàn)，其代表較大范圍內(nèi)地下水的滲透情況，但只是表示水平方向的滲透性，而微水試驗(yàn)影響半徑小，反映垂直方向上的滲透性。

此外微水試驗(yàn)由于通過注水或其他方式引起水位變化，其影響范圍小，容易受周圍含水層的影響。但對于弱含水層，微水試驗(yàn)測定滲透系數(shù)效果非常好。

4 Level TROLL水位計(jì)及在測定含水層具體步驟和方法

4.1 水位計(jì)的介紹

Level TROLL 700是美國In-Situ公司研發(fā)的工業(yè)界非常先進(jìn)的壓力水位計(jì)，其包含了進(jìn)行水位測量和記錄資料所需要的功能，在直徑18.3mm的外殼里配有水位和溫度傳感器、數(shù)據(jù)記錄器、內(nèi)部電源。操作軟件對數(shù)據(jù)的采集和管理非常快速和方便。Level TROLL 水位計(jì)的另一項(xiàng)新穎的特點(diǎn)是由鈦金屬焊接制造，極具耐腐蝕性，使用壽命大大增長（目前印度已經(jīng)有運(yùn)用10年的記錄），適用于海水入侵監(jiān)測。Level TROLL水位計(jì)的外形見圖3。

圖3 Level TROLL水位計(jì)外形

4.2 測定含水層特性的方法和步驟

（1）微水試驗(yàn)通常在單口井中進(jìn)行操作，需要的條件是井中靜水位下降或上升，以及測量水位恢復(fù)到原始值的時(shí)間；

（2）可將一小金屬塊扔進(jìn)井里引起水位上升，或者取出金屬塊，引起水位下降，當(dāng)水位回到原高度時(shí)，停止時(shí)間及水位測量；

（3）測量值以一個(gè)非?？斓牟蓸勇蔬M(jìn)行記錄，通常與儀表的記錄速度有關(guān)，也可使用對數(shù)衰減采樣率進(jìn)行記錄；

（4）Level TROLL 700儀表具有快速線性采樣功能， 另外Level TROLL 700具備針對數(shù)采樣功能，可進(jìn)行微水試驗(yàn)；

（5）數(shù)據(jù)通過Win-Situ軟件導(dǎo)出，再由AQTESOLV軟件進(jìn)一步分析。

分別投入6-ft金屬塊和4-ft金屬塊后微水試驗(yàn)中的水位變化如圖4所示。

4.3 Level TROLL水位計(jì)設(shè)置操作步驟

（1）打開井蓋，使用Level TAPE 200水位指示器測量水位讀數(shù)， 記錄水位值（若監(jiān)測井不通大氣，多記錄幾次數(shù)據(jù)并確保水位達(dá)到平衡；

（2）連接電腦或Rugged Reader手持式PC、TROLL Com設(shè)備、Level TROLL儀表和通訊電纜，使用前再次確認(rèn)所有連接；

圖4 通過添加重物使水位上升的微水試驗(yàn)方法

（3）將Level TROLL儀表放入井中低于水位處，即將要插入金屬塊的地方，但不要放入井底，以免淤泥堵塞；

（4）使用一個(gè)井塢將潛入（井內(nèi)）電纜固定在井的上端以防挪動(dòng)，出現(xiàn)水位錯(cuò)誤的水位變化；

等待至少20分鐘，然后使用Level Tape 200確認(rèn)地下水水位是否回到原高度（當(dāng)Level TROLL放置于水中后）；

（5）水位保持穩(wěn)定后，設(shè)定Level TROLL儀表的內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄；

（6）設(shè)置地下水的水位參比，選擇Elevation（海拔）（Win-Situ 5）或Level-Surface Elevation（地表水位海拔）（Win-Situ Mobile）（見圖5）；

圖5 地下水的水位參比

（7）選擇Set First Logged Reading（設(shè)置初始記錄讀數(shù)）并將其設(shè)置為0（或任意其他數(shù)據(jù)點(diǎn)），以便在主頁查看相關(guān)水位變化（如圖6）；

圖6 初始記錄讀數(shù)

（8）確保Level TROLL儀表深入井中的高度適中，以防接觸到金屬塊；

（9）將金屬塊放置在高于水位處，按Start按鈕，開始進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄；

（10）數(shù)至3，然后迅速將金屬塊滑下至水平面，不要讓金屬塊自動(dòng)滑落到水中；

（11）當(dāng)?shù)叵滤换謴?fù)至0或原始值時(shí)，停止測試，這些在主頁即可查看；

（12）點(diǎn)擊下載 ，選擇下載全部數(shù)據(jù)；

（13）點(diǎn)擊 ，選擇Preference（參數(shù)）＞General Settings（常規(guī)設(shè)置）。自定義時(shí)間格式并選擇Export Delimiter Character 框內(nèi)的Tab；

（14）選擇Preference（參數(shù)）＞Data View Settings（查看數(shù)據(jù)設(shè)置）并選中Show Elapsed Time（顯示經(jīng)過時(shí)間）；

（15）查看數(shù)據(jù)，右擊數(shù)據(jù)文件夾并將數(shù)據(jù)輸出到文本中，文本文檔后期將會(huì)導(dǎo)入AQTESOLV軟件進(jìn)行分析。

4.4 通過AQTESOLV計(jì)算過程

第一步：選擇進(jìn)行微水試驗(yàn)分析的測量單位（見圖7）；

第二步：輸入項(xiàng)目信息（見圖8）；

第三步：輸入最初位移（相對于靜水位的變化值），以及靜水水體高度（井底到靜水水位深度），然后輸入井名及其坐標(biāo)（通常X=0，Y=0），見圖9；

第四步：輸入含水層的飽和厚度，對于非承壓含水層，這個(gè)值是指地下水位到含水層底部所測的深度，而相對于承壓含水層，這個(gè)指最高隔水層與最低隔水層之間的距離，然后輸入異向性比，即垂直與水平滲透系數(shù)比（通常為1），見圖10；

第五步：輸入井構(gòu)造信息（見圖11）；

第六步：輸入井半徑數(shù)據(jù)（見圖12）；

第七步：輸入無錯(cuò)誤會(huì)彈出如圖所示表格（見圖13）；

第八步：通過軟件AQTESOLV可得原始水位與時(shí)間的關(guān)系圖（見圖14）；

圖7 步驟1

圖8 步驟2

圖9 步驟3

圖10 步驟4

圖11 步驟5

圖12 步驟6

圖13 步驟7

圖14 步驟8

第九步：通過擬合公式整理最終求出k值圖（見圖15）。

圖15 步驟9

4.5 瑞華高科電子工業(yè)園（廈門）有限公司實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場（見圖16）

圖16 實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場

5 小結(jié)

微水試驗(yàn)在國外已經(jīng)做了大量研究，并且在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，形成了完整的理論。微水試驗(yàn)作為野外快速測定含水層滲透系數(shù)的一種方法，運(yùn)用的意義重大，除考慮經(jīng)濟(jì)投入力度外，在國內(nèi)推廣有著很深的意義。通過監(jiān)測水位和時(shí)間最終通過擬合曲線求出滲透系數(shù)k值是Level TROLL水位計(jì)一項(xiàng)重要的應(yīng)用，國內(nèi)現(xiàn)在海水入侵方面的研究和地下水水資源管理力度都在增大，市場前景非常廣闊。

Application of Level TROLL 700 Water Meter in Determining Containing-water Layer Characteristic

XU Song-hua, WANG Shui-ji

（略）

P335

A

1006-5377（2015）04-0029-04