水文地質參數自動監測處理系統的研制與應用

韋國付

摘 要：研制水文地質參數自動監測處理系統，可以提高現場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本。文章主要探討了水文地質參數的自動監測處理系統的研制，以及數據監測系統。

關鍵詞：水文地質；自動監測處理系統；數據監測系統；研制與應用

研制水文地質參數自動監測處理系統，可以提高現場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本。主要體現在以下幾個方面：減少水文試驗的次數；提高試驗效率；降低工作人員的勞動強度；同時完成穩定性和非穩定性的抽水試驗，并依據試驗數據自動生成報告。目前，我國在獲取水文地質參數中使用的方法主要包括注水試驗和壓水試驗等。但是，這些方法不僅費時費力，而且數據處理的精度也很低。因此，有必要研制一種簡單、方便而有快捷的水文試驗方法，并通過研發相應的數據分析處理軟件，來提高水文地質相應參數測定的準確性。

在二十世紀五十年代初，M.J.沃斯列夫首先在水文地質試驗中使用了沖擊試驗技術，同時也研發出了相應的數學模型。沖擊試驗的主要原理是：在待測定地區的水位達到一個相對平穩的狀態后，快速的向外抽出一定量的水，或是向內注入一定量的水。隨后仔細觀察并記錄該區域的水位恢復情況，根據記錄的數據，分析總結出這一地區的水文地質參數。伴隨著該技術的提出，在此后的幾十年里，國內外針對沖擊試驗做了大量的研究性工作。發表了大量的有關沖擊試驗的文章和專著。但是，在我國對于沖擊試驗的研究則相對較少。借鑒國外五十多年的研究結果和技術，沖擊試驗技術已經發展成為了一種可以在水文地質參數測定中被成熟應用的手段，而且大力促進沖擊試驗在我國水文地質參數測定領域，以及其他領域的應用也十分必要。

1 水文地質參數自動監測處理系統的研制與應用

1.1 水文地質參數自動監測處理系統的組成

該系統的作用可以概括為兩個方面的內容：首先，使用科學的手段和方法，對傳統水文試驗數據進行處理、分析；其次，使用新的水文試驗方法--沖擊試驗技術。在傳統的水文試驗過程中，由于受到技術等多方面因素的限制，對非平穩性的水流試驗數據的處理一直存在著很多的問題，使得分析得到的結果不穩定，精準度也不高。但是，在自動監測處理系統中，可以根據試驗的需要來設計和建立科學的計算方式，而且在該系統中，可以利用內插法和比對法等計算手段來科學分析和處理非平穩性的水流試驗，獲得的試驗結果具有極高的可信度。

自動監測處理系統的組成主要包括兩個部分：一是數據監測系統；二是后處理系統。其中前者主要是由數據統計程序、鉆孔探頭和攪動水文設備等設備組成。而后者的組成部分則不包含硬件設備。在進行水文地質的試驗過程中，這兩個系統能夠單獨的開展試驗工作。也就是說，在試驗的過程中，可以通過這兩個系統來獲取數據，并進行單獨的分析和處理。

1.2 數據監測系統

數據監測系統是獲得水文地質參數的一個關鍵系統，下面就其兩個方面對該系統進行詳細的論述。

首先，水位攪動設備；作為沖擊試驗中的關鍵專業設備，攪動設備的主要作用是讓試驗區域的水位能夠在短時間內發生快速的變化。在此過程中，經常使用的輔助設備是硬聚氯乙烯管。在使用硬聚氯乙烯管時，需要將內管道內部填充滿流砂，并封住硬聚氯乙烯管的兩端。但是，這種硬聚氯乙烯管的最大缺點就是攜帶不方便。在試驗的過程中，選擇使用體積較大的硬聚氯乙烯管，保證管道內的水位發生明顯的變化。除了硬聚氯乙烯管，在試驗中，還可以選擇內部裝有鋼珠的提桶，這可以省去注入流砂的過程，而且提桶的下端是中空的，方便水的進入。提桶的內部是節狀，方便于調整提桶的長度，同時，提桶的重量較輕，方便攜帶。需要注意的是，為確保試驗過程中提桶能夠吻合鉆孔，在將提桶放入到鉆孔的同時，再加入一條電纜。同時，為了能夠保證電纜的安全性，將提桶的兩端進行打磨也是必要的。

其次，科學合理的收集試驗數據；由于在水文試驗中，數據的傳輸量和測量系數之間是一種非線性的關系，因此，在數據的處理過程中，就必須要使用一種科學合理的處理方法。通常使用的處理方法有兩種：一是軟件處理（數據監測常用的方法），二是硬件處理。在試驗開始前，通過專業的設備對水面到水泵底端之間進行標注（每隔一米標注一次）。同時還要將管道周圍的電纜固定好，以避免在試驗過程中傳感器的位置發生變化。在水文試驗的過程中，監測系統可以在無人操作的前提下，實時準確的監測特定區域內的水位變化。針對那些水位變化相對復雜的區域，在試驗過程中，可以縮短記錄時間的間隔。而且，由于監測系統具有龐大的儲存系統，可以同時保存數十萬組試驗數據。在實際測試過程中，我們發現滲透性相對較弱的地層需要的存儲空間更大一些。

1.3 后處理系統

后處理系統使用的是專業軟件編寫的程序，在這些程序中，包含了試驗數據分析和生產報表等內容。一般是將這些軟件安裝在計算機等相應的先進設備上，并通過對現場試驗數據的篩選和分析，來確定所需要的數據進行計算，同時使用專業的計算方法來計算特定區域內的水文地質參數。最終將這些數據以及分析結果以生產試驗報表的形式體現出來。

后處理系統分為三個模塊：定性水流分析模塊、非定性水流分模塊和沖擊試驗模塊。同時，可以將系統中的應用界面劃分為以下幾個主要部分：數據信息區域（該區域的功能是通過對特定數據的處理和分析，例如可以通過搜索和選取等手段來實現對特定區域試驗數據的特殊處理和分析）；計算方法選擇區域（通過該區域可以實現一些特殊數據的錄入，以及實現穩定性和非穩定性水流沖擊試驗的計算）等。通常是在沖擊試驗過程中，具體是在提桶離開水面之前，開始對測定區域的水文變化進行實時的跟蹤記錄，直到試驗結束。在試驗完成后，在收集整理試驗數據的過程中，可以有選擇性的使用一些計算需要的數據，而其余的數據則可以被刪除。

2 結束語

水文地質參數自動監測處理系統，可以提高現場水文試驗的工作效率，并且可以顯著降低現場技術人員的工作負擔，有效的縮短水文試驗的周期，降低生產成本，尤其是可以極大的提高試驗效率。這就要求我們切實要做好水文地質參數自動監測處理系統的研究應用工作。

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