劉雅欣

（1.太原理工大學，太原 030024；2.山西省水利水電科學研究院，太原030002）

20世紀70年代以來，為滿足能源基地建設用水的需求，山西省地下水開采量開始逐年增加。1971年，山西全省地下水用水量僅為11億m3，如今，山西省地下水的年用水量已攀升到40億m3，占全省總用水量的61.5%，地下水開采程度高達77.42%。為實現水資源的可持續(xù)利用和水環(huán)境的可持續(xù)維系，必須大力控制地下水的開采。為了及時準確地掌握地下水的變化情況，必須對地下水位進行監(jiān)測?，F在我省對地下水位的監(jiān)測，大部分監(jiān)測點仍以傳統(tǒng)的人工定時測量方法（電表、測鐘、測繩等）為主，不僅會占用大量的人力，而且存在人為誤差。地下水監(jiān)測系統(tǒng)不僅避免了人工監(jiān)測的缺點，而且具有及時、準確的特點，因此利用地下水水位監(jiān)測系統(tǒng)進行地下水的監(jiān)測具有明顯的優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

地下水水位監(jiān)測系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和數據處理控制中心兩部分組成。系統(tǒng)硬件由XYX-DS26投入式壓力硅液位傳感器、A/D變送器、XYX-WX-MIDEM無線通訊模塊等組成，系統(tǒng)數據處理控制中心由PLC可編程智能控制器、數據分析處理軟件等組成。

1.2 工作原理

地下水位監(jiān)測系統(tǒng)由XYX-DSC地下水位自動采集器、計算機技術、通信技術、自動控制技術等對地下水位進行全面監(jiān)控，實施實時數據分析等。

在晉中祁縣的試驗區(qū)內有多個數據采集點（監(jiān)測井），在每個數據采集點（監(jiān)測井）上安裝專用的數據采集器（XYXDS26投入式壓力硅液位傳感器），實時采集地下水位數據；數據采集器采集到的數據經過A/D變送器把所采集的數據傳輸給智能控制器；智能控制器利用XYX-WX-MIDEM無線通訊模塊，借助無線網絡傳輸到總控制室；總控制室的無線接收模塊接受到數據后通過數據處理軟件對數據進行匯總、分析處理，并可以真實地在顯示屏上模擬當前的靜態(tài)水位、動態(tài)水位和片區(qū)水位曲線等。其工作原理圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

1.3 系統(tǒng)功能與特點

本系統(tǒng)具有數據可靠、方便快捷的優(yōu)點。能實時監(jiān)測地下水位的靜態(tài)和動態(tài)情況，并可及時地通過無線網絡傳到總控制室?？梢愿鶕枰S時采集數據，既可以滿足長期數據采集需求，又可以滿足抽水實驗等水位降落過程的觀測需要。

2 應用效果分析

2001年在晉中祁縣試驗區(qū)內的21眼機井全部安裝了地下水位監(jiān)測系統(tǒng)，同時配有一套計量控制系統(tǒng)，對地下水位實施實時監(jiān)測。水行政授權管理部門以獲得的水位數據為依據，計算出可以開采的水量，在分析水資源承載能力的基礎上，根據用水計劃及干旱程度合理分配用水指標，對用水總量進行控制。為水行政主管部門制定取水計劃提供了科學依據，并在保護地下水方面取得了明顯的效果。

2.1 水位變化及節(jié)水效果分析

由于社會經濟的發(fā)展，試驗區(qū)的地下水位由1980年的768～769 m下降到2000年的712～726 m，地下水位下降近50 m，平均地下水位下降的速率為2 m/a左右，有部分地區(qū)出現了漏斗區(qū)，地下水環(huán)境遭到了嚴重的破壞。至2001年使用地下水水位監(jiān)控系統(tǒng)后，該區(qū)的地下水位在2004年開始停止下降，到2009年水位累計上升了1.5m。1990年至2009年試驗區(qū)地下水位變化狀況見圖2。

圖2 1990～2009年試驗區(qū)地下水位變化圖

2.2 社會效益

通過對地下水位的實時監(jiān)測不僅可以掌握地下水的水位、水量，同時達到下列社會效益：

（1）預測下一年的可用水量。根據監(jiān)測到的水位變化情況，在分析數據的基礎上，可以預測下一年的水量情況，便于制定下一年的地下水開采計劃。

（2）指導地面水的合理配置。根據地下水動態(tài)變化情況，以保護水環(huán)境為目標，有目的有計劃地調節(jié)和控制地面水的配置方案。

（3）能夠有效地保護水源地。該系統(tǒng)能準確掌握地下水環(huán)境真實狀態(tài)，為水環(huán)境的保護提供了可靠的技術資料。水行政主管部門可以根據地下水長期觀測的動態(tài)情況，及時制定合理的方案來調整區(qū)域供水保護范圍和保護強度。

3 存在問題及建議

3.1 存在的問題

（1）經費投入不足。由于各地區(qū)的經濟發(fā)展不平衡，儀器設備及安裝費用較高，很多地方的經費不足，使得地下水位監(jiān)測設備得不到廣泛的使用，也使地下水位監(jiān)測工作進展緩慢。

（2）專用觀測井數量不足。實驗區(qū)內有大部分監(jiān)測井為工農業(yè)生產用水井，在監(jiān)測過程中有持續(xù)抽水的現象，這樣就增加了觀測的難度，影響了監(jiān)測數據的精確程度。

3.2 建議

（1）建議上級有關部門，加大地下水監(jiān)測系統(tǒng)上的資金投入，擴大監(jiān)測范圍，保證地下水監(jiān)測的質量。另外可以利用監(jiān)測成果，積極開展有償服務，來彌補資金上的困難。

（2）建議開辟專用的監(jiān)測井，淘汰用于工農業(yè)用水的生產井。如果實現專井專用，這樣就能使監(jiān)測的數據更加準確，資料更加可靠。

（3）建議對地下水嚴重超采區(qū)和出現漏斗區(qū)的地方進行重點監(jiān)測，以便更好地保護地下水。

4 結論

地下水位動態(tài)變化是一個比較漫長的過程，只有通過準確、長期、系統(tǒng)的地下水位監(jiān)測，不斷地累計資料，正確地分析計算，才能了解其變化規(guī)律。地下水系統(tǒng)監(jiān)測是直接獲得地下水位動態(tài)變化的有效方法。不斷完善地下水位監(jiān)測系統(tǒng)，重視和加強地下水監(jiān)測資料的分析工作，對地下水資源的合理開發(fā)利用、管理和保護具有重要意義。同時也為水行政主管部門提供準確的數據，便于他們根據地下水總量，提出合理的用水計劃，使得經濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和地下水資源開發(fā)利用協(xié)調發(fā)展，為科學地指導地下水的開發(fā)、利用、保護、治理、修復及加強地下水管理提供依據。如果該技術得到廣泛應用，將會對保護地下水起到非常重要作用。