□張鐵印 （河南省周口水文水資源勘測局）

在國民經濟快速發(fā)展的同時，也隱藏著水資源緊缺制約經濟發(fā)展這一重大問題。河南省是產糧大省，糧食安全已上升到國家安全的戰(zhàn)略高度，近幾年，干旱天氣頻繁發(fā)生，而與抗旱保豐收緊密相關的地下水和土壤墑情監(jiān)測明顯滯后，其落后的監(jiān)測手段已不能適應形勢發(fā)展的需要，因此，建立土壤墑情地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)取代人工觀測很有必要。建成后，能及時準確、全面掌握土壤墑情和地下水位變化動態(tài)，為合理開發(fā)利用地下水資源、指導農業(yè)生產提供科學依據(jù)。

一、水資源概況

周口市多年平均降水量為772.5mm，水資源量23.1×108m3。其中地表水資源量10.8×108m3，地下水資源量14.3×108m3（重復計算量為2×108m3），人均占有水資源量211.9m3，耕地畝均占有水資源量178.8m3；水資源量約占全省水資源總量的6%，為水資源較匱乏地區(qū)。周口市多年地下水平均埋深2～4m，淺井單井出水量一般在每小時50m3左右。

二、地下水、土壤墑情監(jiān)測現(xiàn)狀

周口市現(xiàn)有地下水監(jiān)測井148眼，人工觀測，頻次為逐日觀測或每月1、6、11、16、21、26日觀測,主要測量工具為測繩，各縣、市、區(qū)水利局負責管理與觀測工作，周口市水務局、河南省周口水文水資源勘測局負責資料收集、整編匯編、刊印與發(fā)布等工作。由于觀測經費偏低，長期投入不足等原因，造成部分地下水監(jiān)測井淤積，觀測人員不穩(wěn)定、責任心不強等情況，因此地下水監(jiān)測工作時斷時續(xù)，監(jiān)測資料代表性差。全市現(xiàn)有土壤墑情監(jiān)測站9處，人工取樣測驗，每月監(jiān)測3次，測驗過程較長，時效性差。

三、項目來源及目的意義

近年來，干旱天氣頻繁發(fā)生，2008、2009年冬春和2010、2011年冬春的干旱天氣都超過110d，全省小麥產量受到嚴重影響；隨著經濟社會的快速發(fā)展，土壤墑情地下水位信息采集與傳輸明顯不能適應形勢發(fā)展的需要。為此，省委省政府委托水利廳實施《河南省土壤墑情地下水自動監(jiān)測系統(tǒng)一期工程建設》。至2010年底，已建成1個省中心、9個地市級分中心和198處土壤墑情地下水自動監(jiān)測站，并投入試運行。周口市共建成分中心1處，土壤墑情地下水自動監(jiān)測站54處。項目的建成，實現(xiàn)了土壤墑情地下水位信息的自動采集和傳輸、遠程召測和異地會商，土壤墑情地下水監(jiān)測的時效性、可靠性以及信息量都有較大提高，為各級領導正確指導農業(yè)抗旱、確保全省糧食穩(wěn)產豐收具有十分重要的意義。

四、站網布設及站址選擇

（一）站網布設

以基本均勻為布設原則，確?？陀^真實反映全市地下水位、土壤墑情平均水平。

（二）站址選擇基本要求

一是宜選擇大塊農田，今后或至少5年內不被非農業(yè)生產占用；二是遠離高大樹木，與建筑物距離不少于50m；三是遠離坑塘河流等水體，與灌溉機井距離不少于30m；四是站址地塊平整，雨后無積水；五是交通便利，易于施工和管理。

五、土建工程

土建工程包括：成井技術、井臺預制與埋置、附屬設施施工3方面內容。

（一）成井技術

1.鉆井工藝

本次地下水監(jiān)測井屬于管井，設計井深35m。鉆井施工首先要在給定的區(qū)域選定井位，然后進行鉆探作業(yè)。周口市由于是平原區(qū)，基本都可以在設計深度找到水源，因此成井對水文地質條件要求不高。鉆探時必須對巖層進行采樣留存，并詳細記錄，以了解含水層巖性及顆粒組成，為全面評價含水層特征、校正井管設計方案提供依據(jù)。

2.過濾器結構及安裝

本次選用纏絲過濾器，即圓孔狀墊筋、纏絲、包網式。表層孔隙率15%至25%。施工中，過濾器安裝位置的上下偏差不得超過30cm。

3.井管結構及安裝

井管分別由井壁管、過濾管和沉淀管組成。本次采用混凝土井管，內徑30cm，外徑36cm，每節(jié)長度0.8～1.0m，質量標準按照《混凝土和鋼筋混凝土井管標準》（SL/T154-95）執(zhí)行。

井管安裝前要稀釋泥漿和清除井底沉渣，要按照鉆孔取得的實際地層資料校正井管設計，安裝時要及時矯正井管，防止傾斜和錯位。

4.濾料要求及填充

按照《機井技術規(guī)范》（SL256—2000）的要求，濾料選擇質地堅硬，大小均勻，形狀圓滑，粒徑在3～5mm之間的新鮮石英砂，采用動水投入法圍填。施工中，由于監(jiān)測井設計有高1.1m、重800kg的圓筒形井臺保護監(jiān)測設備，因此濾料按要求填充壓實后，濾料上部至井口段應選用碎石填充并壓實，防止雨季沉陷導致井臺傾斜或下沉，進而損壞井臺內的監(jiān)測設備。

5.井管外部封閉

井口周圍可用一般粘土夯實，厚度≥20cm。對于松散易于沉陷的地塊，可夯實后用混凝土硬化，厚度≥20cm。

6.洗井和抽水試驗

結構安裝完成后，應進行洗井和抽水試驗。以增大濾水管周圍的滲透能力和進水能力，從而使監(jiān)測井能夠得到最大的出水量，保證水位監(jiān)測值的代表性和靈敏性。

（二）井臺預制與埋置

1.井臺分護管和蓋板兩部分，二者以標準內六方螺栓連接。

2.護管高110cm，內徑70cm，外徑90cm，配置防護筋。預制時，在護管頂面兩側對稱位置預埋2個內徑為22mm的標準螺母，螺母上端與護管頂面平齊；在護管上部預留4個透氣孔，以便通風干燥。

3.蓋板直徑100cm，厚度10cm，配置防護筋。預制時，預留2個與護管上螺母位置相應的螺栓穿接孔，螺栓應與護管上的螺母相配套，并預埋2個鋼筋環(huán)形套，以便工作人員打開蓋板。

4.埋置時，井臺埋入地面下30cm，內用混凝土灌注與井口齊并抹平，預埋地下水自動監(jiān)測儀支架并整平，預埋穿線管1個。

（三）附屬設施施工

1.電桿埋設

本次采用標準8m空心鋼筋混凝土電桿2根，靠近監(jiān)測井一側，沿農田耕作方向或垂直方向埋設，間距1.4m，埋深1.5m。埋前在電桿下端1.2m和6.0m處各打一個20mm的圓孔，兩孔在同一側同一垂線上；埋設時將電桿上下兩孔分別相對，埋后夯實，確保電桿垂直豎立堅固牢靠。

2.金屬橫擔與設備框

金屬橫擔采用長1.8m，∠40×40×4鍍鋅角鋼2根，施工時，將金屬橫擔用螺栓固定在兩電桿上離地面4m處。金屬橫擔上固定設備框，設備框采用不銹鋼焊接，規(guī)格為：1.1m×0.6m×0.6m,設備框上一面掛XXX土壤墑情地下水監(jiān)測站牌，一面掛警示標識牌。

3.防雷接地體布設

本次防雷接地體裝置采用一字形地網，垂直接地體采用3根長1.5m，∠50×50×5鍍鋅角鋼，角鋼一端切割成尖狀，便于打入地下，垂直接地體間距為3m；水平接地體采用1根長6m，50×5型鍍鋅扁鋼。水平接地體與垂直接地體在地面以下0.8m處以不銹鋼螺栓緊固，其兩端留有接線孔。埋設后，用搖表測量其接地電阻值不得大于5Ω。

六、信息采集、傳輸與設備安裝

地下水位信息采集采用浮子式水位傳感器，土壤墑情信息采集采用土壤水分傳感器；信息數(shù)據(jù)傳輸是通過通訊設備實現(xiàn)的，通訊設備配置包括數(shù)據(jù)采集終端、通信模塊、供電設備、避雷針及下桿線、野外防銹設備箱等。

施工時，浮子式水位傳感器安裝在井臺內預埋的支架上，土壤水分傳感器3個一組埋設在監(jiān)測井一側選定的地塊上，埋深分別為10cm、20cm、40cm；避雷針固定在電桿頂端，最高點應比天線高出2m以上；將數(shù)據(jù)采集終端、通信模塊等固定在野外防銹設備箱內，將野外防銹設備箱固定在電桿橫擔上的設備框內；太陽能電池板向陽安裝在電桿上部；傳感器線纜、避雷針下桿線等通過電桿上的預留孔穿入電桿內進行上下連接，起到保護作用。

七、水準點設置與高程測量

按國家四等水準點設置標準設立水準點，水準點埋設應在地面以下60cm處，并做好詳細記錄，便于今后查找。水準點埋設穩(wěn)定后，從三等水準點以不低于三等水準的標準對其高程進行引測，進而測定監(jiān)測井井口高程。

八、觀測場地保護設置

為了保護監(jiān)測設備不被破壞，觀測場四周應設立防護網。一般監(jiān)測站觀測場1.5m×2.5m，防護網高1m，四周用4根長2m、10cm×10cm鋼筋混凝土柱支撐，將該柱埋入地下80cm，四周用鐵絲網或刺絲圍起來。設立的防護網應將電桿、監(jiān)測井和土壤水分傳感器圍在其中。

施工實踐中，可先將鋼筋混凝土柱預制好，地上部分刷以長10cm紅白相間的外墻漆，埋設時做到垂直豎立，間距方正，工程結束后，再將鐵絲網或刺絲圍上。這樣做一方面不影響儀器安裝，另一方面混凝土柱經過沉降不易傾斜，可保證防護網整體美觀。

九、結語

在地下水土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)建設中，成井工藝是關鍵環(huán)節(jié)。地下水監(jiān)測井不同于普通的灌溉井，要防止雨后沉降造成井臺傾斜或下沉，因此工程監(jiān)理人員要及時深入工地，加強監(jiān)督指導，尤其監(jiān)督濾料填充要按要求足額到位、濾料上部到井口段要用碎石填充并壓實，防止偷工減料或用粘土填充給工程留下隱患。