基于地下水位動態監測系統的研究

劉金玲

摘 要：水資源是人們能夠正常生活生產的最重要的因素。由于生態環境處于一個動態變化的狀態，這就致使了水資源的相關參數也在不斷的變化。在水資源的各項參數值中，對人們影響最大的因素之一就是水位，加強對水位動態的監測對于人們生活、生產都有著重要意義。

關鍵詞：地下水位 動態監測 系統研究

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0011-01

對于地下水位動態監測過程的實現對于促進人們提升水資源的利用率以及水資源利用的合理性都有一定意義。本文就建設地下水位動態監測系統的必要性以及地下水位動態監測系統建設要點進行了分析。

1 建設地下水位動態監測系統的必要性

地下水位動態監測的信息直接影響人們生活以及農業模式的選擇。對于地下水狀況的掌握需要測量多個和地下水資源有關系的多個參數，其中最重要的就是水位的測量，水位一旦發生某些輕微的變動就會對人們生活生產造成極大的影響。因此加強水位動態監測系統的建立和完善對于促進區域內水資源合理利用有著重要作用。但是就我國目前地下水動態監測系統的建立情況來看，其還存在這許多的問題。目前對于地下水測量的主要方式還以傳統簡單的方式為主，即在被測量地運用手工放線或者簡單測量儀器等對水位進行測量，這種方式受外界因素的影響較大，不利于相關部門對于水位精確變化的掌握。

2 地下水位動態監測系統建設要點

2.1 系統建設的總體目標

地下水位動態監測系統的建立最主要的目的就是為了實現簡單、高效的對地下水位進行自動實時監測。在此系統中水位測量數據的采集主要運用的就是相關傳感器，當各個監測點經由傳感器獲得水位數據之后利用相關的數據傳輸方式把其傳至系統終端，從而為相關人員對于數據的分析創造條件。在對水位動態監測系統的建立過程中需要公共電信網通訊技術的支撐，數據傳輸的方式可以以GSM技術為核心。對于各個監測點水位數據的采集可以采用無線控制技術，像ZIGBEE等。一個完善的水位動態監測系統應改能夠實現每天都能對水位進行采集并把所采集的數據進行自我儲存的功能，從而為水位動態監測系統功能的發揮奠定基礎。

2.2 地下水位動態監測系統的組成部分

地下水監測系統所檢測的對象主要為地下水位的高度以及埋藏的長度，所檢測的地下水位的數據應該能夠自己錄入相關的數據庫中并能夠經處理之后以報表和曲線等形式得以體現。一般情況下一個完整的地下水位檢測系統應該由傳感器、檢測主機RTU以及通信網絡等組成。

（1）傳感器。

根據傳感器的作用機理傳感器也叫做換能器、變送器以及探測器等。其在地下水位動態監測過程中所具有的最主要的作用就是對水位的變化情況進行檢測和感知，并把所感知的變化情況以數據信號的形式得以體現。在地下水位動態監測系統中所運用的傳感器的類型為水位傳感器，在對傳感器類型進行選擇時要把傳感器的自身性能、傳感器被使用的環境以及成本等因素納入考慮范圍之內。一般情況下，所采用的水位傳感器的具體參數如下。

測量范圍（FS）：0--50mH2o；

允許過壓：2倍滿量程壓力；

測量介質：與316不銹鋼兼容的液體；

綜合精度：±0.25%FS；

長期穩定性：典型為±0.1%FS/年；

使用溫度范圍：一體式為-20～70℃；

零點溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

靈敏度溫度漂移：典型為±0.02%FS/℃， 最大為±0.05%FS/℃；

供電范圍：12～36VDC（一般24VDC）；

信號輸出：4～20mA；

負載電阻：≤（U-12）/0.02Ω；

結構材料：外殼為不銹鋼1Cr18Ni9Ni， 膜片不銹鋼316L，密封為氟橡膠，電纜為Φ7.2mm聚氯乙烯專用電纜；

絕緣電阻：100MΩ，500VDC；

防雷：三級防雷設計（1萬V/5kA）；特殊可（2萬V/1萬A）；

防護等級：外殼防護等級IP68；

安全防爆：ExiaⅡ CT5；

分辨率：無限小（理論），1/100000（通常）。

（2）監測主機RTU。

在對監測主機RTU進行選擇時一定要綜合考量其各種性能，尤其是可靠性以及低能耗性要最大程度的滿足于系統設計的要求，在主機上要具有各種通信接口以及傳感器接口，能夠實現查詢--應答式和自報式的混合工作制式。另外主機還應該具有定時自檢發送、死機自動復位、站址設定、掉電數據保護、實時時鐘校準、直觀現場顯示和設備測試等功能；可顯示、主動發送電源電壓、端口工作狀態；能接受中心站的遠程自動校時，計時誤差不超過2min/年；能接受中心站的按時段遠程下載存儲數據等功能。

（3）通信網絡。

在地下水位動態監測系統的建立過程中所采用的通信網絡主要為公共運營通信網絡，在網絡的建設過程中需要遵循一定的原則，為了使這種原則能夠實現標準化相關部門則定義了數據網絡通信協議，當數據在傳輸過程中，相關數據壓縮和打包過程就需要把設定的數據網絡協議作為依據，并按照數據協議的標準對數據進行封裝，為數據傳輸的高效實現創造條件。在把數據傳輸到終端之后，經過相關設備對數據的轉換可以使得數據信號轉換為人們能夠理解的形式。另外為了獲取最準確的水位測量信息，相關技術人員應該根據水位測量要求對通信網絡的數據傳輸的頻率進行設定，一般情況下8 h采集一次數據，每條數據中記錄至少20個字節，一天傳輸3條。這樣下來，一個月所需要的數據流量也不過6KB左右，加上系統運行所需要的必要的心跳包，整體算下來，一個月的數據流量也會小于4M，這能夠極大程度的降低數據傳輸成本以及提升數據傳輸效率。

3 某地地下水位動態監測系統實例分析

為了更好的了解地下水位動態監測系統建設的過程，該文以某地地下水位動態監測系統的建設過程為例，對地下水位動態監測系統的建設要點進行分析。

在實例中地下水位檢測系統所采用的傳感器為文中所述傳感器。

主機參數如下所示：

值守功耗：≤2mA<100mA；長加電功耗<100mA；

傳感器供電5V、12V可選，設備工作電壓交流220V；

輸數模轉換：16位高精度ADC采集芯片，轉換誤差<0.1%；

可靠性指標：在正常維護條件下，設備的MTBF≥25000h；

工作環境：溫度-30～+60℃。

可以看出，地下水位動態監測系統的建立和完善不僅能夠實現對相關檢測地的水位的測量還能夠對相關區域的水量數據進行統計。另外整個系統有多個子系統構成，這對于相關人員對于相關數據的準確查詢提供了一定的便利條件。

4 結語

通過該文的論述我們可以發現建立一個完善的地下水動態監測系統是十分必要的，地下水動態監測系統的建立能夠為人們對于水資源的管理以及利用提供最為可靠的數據依據。

參考文獻

[1] 魯海壽，亢海濤.地下水資源過量開采問題初步研究[J].山西水利科技，1999（1）：30-33.