Level TROLL 700水位計在測定含水層特性中的應用

徐松華，汪水吉

（廈門市吉龍德環境工程有限公司，福建 廈門 361008）

Level TROLL 700水位計在測定含水層特性中的應用

徐松華，汪水吉

（廈門市吉龍德環境工程有限公司，福建 廈門 361008）

概述了抽水試驗測定滲透系數k值方法和微水試驗方法的優缺點；以瑞華高科電子工業園（廈門）有限公司的實際應用為例，闡述了Level TROLL水位計通過短時間內快速記錄水位，采用微水測試方法，并通過AQTESOLV軟件導入數據，快速求出地下水監測井滲透系數k值的應用過程。

水位計；微水試驗；滲透系數；抽水試驗

1 地下水監測井測定滲透系數的基本概念和意義

滲透系數又稱水力傳導系數。在各向同性介質中，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k是綜合反映土體滲透能力的一個指標，其數值的正確確定對滲透計算有著非常重要的意義。影響滲透系數大小的因素有很多，主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數和水的黏滯性等。滲透系數是控制地下水流動和溶質運動的重要參數，含水層滲透系數的空間分布規律一直是研究熱點和難點問題。研究滲透系數的空間分布需要以大量的野外實測數據為基礎。以往受到技術和經濟等問題的制約，野外勘測所獲得的實時監測數據很少，所以這方面的研究進度一直不大。目前依據In-Situ公司研制出的高精度可快速記錄水位和時間變化的水位計Level TROLL 700滿足技術需求，通過微水測試方法可以實現野外快速獲得監測井滲透系數的目的，為該領域的研究和發展，打開了一個好的突破口。

不同土壤結構和含水層結構見圖1。

圖1 不同土壤結構和含水層結構圖

2 微水測試的測定原理及方法

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

Level TROLL 700之所以能夠進行含水層水位和時間記錄，是因為其能夠快速記錄（最快1s可記錄4次）每0.25s可記錄一次水位數據。因此可以達到技術需求。

圖2 實測數據與標準公式曲線擬合情況

3 微水測試和抽水試驗求滲透系數k值的方法對比

（見下表）

微水測試和抽水試驗求滲透系數k值的方法對比表

地下土壤結構非常復雜，滲透方向（垂直和水平）很有可能因為土壤結構的不同而產生一個垂直滲透性、一個水平滲透性，對于抽水試驗，其代表較大范圍內地下水的滲透情況，但只是表示水平方向的滲透性，而微水試驗影響半徑小，反映垂直方向上的滲透性。

此外微水試驗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，微水試驗測定滲透系數效果非常好。

4 Level TROLL水位計及在測定含水層具體步驟和方法

4.1 水位計的介紹

Level TROLL 700是美國In-Situ公司研發的工業界非常先進的壓力水位計，其包含了進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、數據記錄器、內部電源。操作軟件對數據的采集和管理非常快速和方便。Level TROLL 水位計的另一項新穎的特點是由鈦金屬焊接制造，極具耐腐蝕性，使用壽命大大增長（目前印度已經有運用10年的記錄），適用于海水入侵監測。Level TROLL水位計的外形見圖3。

圖3 Level TROLL水位計外形

4.2 測定含水層特性的方法和步驟

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

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

（3）測量值以一個非常快的采樣率進行記錄，通常與儀表的記錄速度有關，也可使用對數衰減采樣率進行記錄；

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

（5）數據通過Win-Situ軟件導出，再由AQTESOLV軟件進一步分析。

分別投入6-ft金屬塊和4-ft金屬塊后微水試驗中的水位變化如圖4所示。

4.3 Level TROLL水位計設置操作步驟

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

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

圖4 通過添加重物使水位上升的微水試驗方法

（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）使用一個井塢將潛入（井內）電纜固定在井的上端以防挪動，出現水位錯誤的水位變化；

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

（5）水位保持穩定后，設定Level TROLL儀表的內部數據記錄；

（6）設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（設置初始記錄讀數）并將其設置為0（或任意其他數據點），以便在主頁查看相關水位變化（如圖6）；

圖6 初始記錄讀數

（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，開始進行內部數據記錄；

（10）數至3，然后迅速將金屬塊滑下至水平面，不要讓金屬塊自動滑落到水中；

（11）當地下水位恢復至0或原始值時，停止測試，這些在主頁即可查看；

（12）點擊下載 ，選擇下載全部數據；

（13）點擊 ，選擇Preference（參數）＞General Settings（常規設置）。自定義時間格式并選擇Export Delimiter Character 框內的Tab；

（14）選擇Preference（參數）＞Data View Settings（查看數據設置）并選中Show Elapsed Time（顯示經過時間）；

（15）查看數據，右擊數據文件夾并將數據輸出到文本中，文本文檔后期將會導入AQTESOLV軟件進行分析。

4.4 通過AQTESOLV計算過程

第一步：選擇進行微水試驗分析的測量單位（見圖7）；

第二步：輸入項目信息（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（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比（通常為1），見圖10；

第五步：輸入井構造信息（見圖11）；

第六步：輸入井半徑數據（見圖12）；

第七步：輸入無錯誤會彈出如圖所示表格（見圖13）；

第八步：通過軟件AQTESOLV可得原始水位與時間的關系圖（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 瑞華高科電子工業園（廈門）有限公司實際應用現場（見圖16）

圖16 實際應用現場

5 小結

微水試驗在國外已經做了大量研究，并且在生產中廣泛應用，形成了完整的理論。微水試驗作為野外快速測定含水層滲透系數的一種方法，運用的意義重大，除考慮經濟投入力度外，在國內推廣有著很深的意義。通過監測水位和時間最終通過擬合曲線求出滲透系數k值是Level TROLL水位計一項重要的應用，國內現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