張彥文

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西西安 710003)

影響地下水自動監(jiān)測數(shù)據(jù)精確度因素分析

張彥文

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西西安 710003)

陜西省地下水示范井建設項目引進地下水自動監(jiān)測儀進行地下水水位監(jiān)測，通過運行與人工監(jiān)測比對，數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定誤差。運用反復試驗對比分析，結果認為安裝調試過程不夠科學、嚴謹是主因。只有嚴格控制儀器安裝過程中各項參數(shù)計算并科學改進誤差校驗方法，才能確保自動監(jiān)測數(shù)據(jù)精確度滿足規(guī)范要求。

地下水監(jiān)測;精確度;安裝

長期以來，地下水資源在陜西省的水資源總供給中占到42%至45%的比例，在關中地區(qū)更是達到60%左右，地下水資源在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的作用。地下水監(jiān)測必須實現(xiàn)監(jiān)測信息及時、準確地采集與傳遞。然而，陜西省目前地下水監(jiān)測仍采用測繩、皮尺、測鐘或萬用表等人工監(jiān)測為主方式，監(jiān)測方式手段比較落后，監(jiān)測資料的及時性及準確性難以保證，已不能滿足現(xiàn)代化管理的要求。為此，陜西省地下水示范井建設項目在項目區(qū)范圍內安裝了XY－Ⅱ型地下水自動監(jiān)測儀，經(jīng)過一段時間的試運行，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)普遍存在一定的差異。通過對存在的問題需要進行分析研究，最終確定出影響地下水自動監(jiān)測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)精確度的因素。

1 存在的問題

針對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)存在誤差的情況，對當前寶雞、咸陽兩市已安裝運行的14臺套地下水自動監(jiān)測儀的現(xiàn)場分析校核，發(fā)現(xiàn)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)和與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)普遍存在誤差，個別的監(jiān)測井甚至達到幾十公分。滿足規(guī)范要求人工監(jiān)測與自動監(jiān)測誤差規(guī)范要求小于2 cm的監(jiān)測數(shù)據(jù)只有4個，占28.6%。數(shù)據(jù)比對情況，詳見表1。

表1 地下水自動監(jiān)測儀監(jiān)測情況統(tǒng)計表

4 1 1 6 6 4 6 5 寶雞市岐山縣河管站2 0 1 2.8.2 1 1 1:0 5 1 6.6 6 1 9.1 9 8 2.5 3 8 4 1 1 6 6 5 8 5 寶雞市岐山縣水管站2 0 1 2.8.2 1 1 1:5 0 1 3.4 6 1 3.5 1 8 0.0 5 8 4 1 1 6 7 0 6 0 咸陽市渭城區(qū)林場村2 0 1 2.8.2 6 1 0:5 0 1 5.6 6 1 5.6 7 9 0.0 1 9 4 1 1 6 7 0 9 0 咸陽市渭城區(qū)黃家寨2 0 1 2.8.2 6 1 1:2 5 6 0.9 9 5 5.6 7 0 5.3 2 4 1 1 6 7 1 0 0 咸陽市渭城區(qū)石羊廟2 0 1 2.8.2 6 1 1:5 0 3 2.0 5 3 2.1 7 7 0.1 2 7 4 1 2 6 5 3 1 0 咸陽市三原縣西澗村2 0 1 2.8.2 6 1 4:4 0 1 6.6 6 1 6.6 4 5 0.0 1 5 4 1 2 6 5 3 1 5 咸陽市三原縣東南道2 0 1 2.8.2 6 1 5:0 5 1 3.7 0 1 3.7 0 5 0.0 0 5 4 1 1 6 7 2 3 6 咸陽市興平北湯村2 0 1 2.8.2 6 1 6:4 0 1 6.2 4 1 5.9 9 0 0.2 5 4 1 1 6 7 2 3 4 咸陽市興平北仁村2 0 1 2.8.2 6 1 7:0 5 9.8 2 8.8 3 1 0.9 8 9

2 影響監(jiān)測精確度原因的分析

通過對現(xiàn)狀調查總結以及調查儀器安裝使用過程中的每一環(huán)節(jié)入手環(huán)環(huán)相扣，從“人，機，料，法，環(huán)”五個方面認真分析原因，見圖1。

圖1 因果圖

由于各監(jiān)測井使用的手工測量工具普遍落后，精度差，一般是用電線或是長繩標記刻度，底部懸掛測鐘或是電極估測水面接觸位置。標尺精度不準確，測繩與水接觸面的確定具有很大主觀性。用這個數(shù)據(jù)與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)比對沒有可比行，無法校驗儀器數(shù)據(jù)是否準確。同時，儀器自身也會產生誤差。儀器的精度、參數(shù)設置、基準點位置等都會影響測量結果準確度，儀器誤差大部分可以通過調整參數(shù)減小誤差，所以在初裝儀器的過程中，精確計算儀器所需各項參數(shù)，才能保證自動監(jiān)測值的誤差最小。安裝人員的主觀因素會對計算參數(shù)產生影響，安裝人員僅僅熟悉儀器情況，對監(jiān)測規(guī)范要求和現(xiàn)場環(huán)境了解較少，安裝過程中的水位擾動會導致儀器測量值不準確，影響到參數(shù)計算。下傳感器也是安裝的重要環(huán)節(jié)，用多長線，下到多深，應避免井內環(huán)境影響線直。安裝過程工序復雜，以往安裝并沒有固定的人員，操作規(guī)程也不統(tǒng)一，容易導致誤差的產生。安裝完成后對儀器進行校正，主要是與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，但由于人工監(jiān)測數(shù)據(jù)并不精確，自動監(jiān)測數(shù)據(jù)無法準確校正，主要是因為傳感器線基準點位置變化和線受拉由曲變直導致，這種原因一般很難避免，但可以通過校正來縮小誤差。

經(jīng)分析，確定“測量工具不準確、儀器參數(shù)計算不準確、校驗方法不科學”3個主要原因。

3 提高監(jiān)測精度對策

針對以上要因確認，決定最終從“校正測量工具、計算儀器參數(shù)、規(guī)范校驗措施”3個方面把握，并量化控制這一過程，來提高地下水自動監(jiān)測精確度。

3.1 校正測量工具

調查中，測繩普遍存在一定的誤差，一般是由于刻度點移位，標記不清或錯誤，有的誤差甚至達到幾十公分，嚴重影響測量數(shù)據(jù)準確性。在進行人工測量前，用標尺重新丈量測繩刻度，并標記固定，確定測繩0點，在測量過程中細致認真，找準零界點，并反復測量3次，取平均值。

3.2 計算儀器參數(shù)

儀器安裝是一個復雜的工序，需要安裝人員協(xié)助配合，嚴格操作，保證儀器和傳感器安裝正常，參數(shù)計算正確并錄入準確，才能達到盡可能精確的測量值。

做好安裝準備工作。儀器安裝前需對監(jiān)測井現(xiàn)場環(huán)境做基本了解，根據(jù)井深和埋深情況選擇適合的傳感器線長。保證有3名中級工以上安裝人員和一名熟悉地下水情況的監(jiān)督人員在場，必須有負責人指揮協(xié)調。按要求連接儀器指示正常。

嚴格控制零界點測量值。由于傳感器線是按標準刻度制作，本身是非常準確的測量工具，在下線時利用傳感器和儀器測量埋深H即零界點測量值。零頻f由壓力傳感器環(huán)境決定，在儀器面板上顯示，它在水下不同深度隨受壓而變化，在空氣中為固定值，所以利用零頻f在空氣中和水中的突變可以準確找到傳感器與水面接觸的零界點，測得埋深H值，為保證測量準確，應在接近零界點處，細微調整，反復試探，儀器觀測者應與下傳感器的人密切配合，準確定位零界點，待水位恢復穩(wěn)定反復測量三次取平均值求得H，H值與人工測量值誤差應小于2 cm，否則查找原因，返回重新進行下線測量。

精確進行參數(shù)計算。儀器參數(shù)包括傳感器在空氣中的底數(shù)零頻 f0，傳感器線長 L(見圖2所示)，傳感器系數(shù)K值。確定H值后，應將傳感器多余線下至水面下25－30 m，視井深和線長決定，應特別注意井內安裝水泵位置，傳感器停留位置應距水泵上下5 m以上，傳感器線通過水泵時要特別留意線是否出現(xiàn)纏繞和松動，以防線受水泵纏掛，并實時記錄頻率值f1。井口以下線長為L，則h=L－H，由傳感器系數(shù)計算公式K=100h/(f1－f0)求得K值，將參數(shù)K值，L值輸入儀器，儀器即可根據(jù)零頻變化自動計算埋深變化值，完成后記錄各項參數(shù)備查。安裝過程的零界點測量對最終儀器自動監(jiān)測結果影響很大，控制好這個過程對提高儀器精確度起關鍵作用，必須細致認真，反復校驗。注意:參數(shù)設置完成后，用戶不得隨意更改各項參數(shù)，否則會導致監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確。

圖2 水位水溫傳感器安裝示意圖

3.3 規(guī)范校驗措施

在儀器安裝檢查完成后采集3組數(shù)據(jù)，取平均值與安裝儀器中間的零界點測量值H比對，若誤差超過2 cm，在確定K值不變的情況下，調整線長L使儀器實時測量值接近零界點測量值，再與人工測量值比較，二者之差小于2 cm即為合格。否則，查找產生差值過大原因，若為儀器原因，調整線長參數(shù)縮小誤差(一般認定傳感器系數(shù)K為定值)，其它原因則分析解決。若儀器與人工測量差值超過5 cm，或是儀器測量值連續(xù)3組數(shù)據(jù)變化大于1 cm，必須分別更換新儀器和傳感器重新安裝檢測，排除是否有井下干擾，是否儀器或傳感器出現(xiàn)故障。在儀器初裝后保持人工同步測量做比對，3個月后進行復校，參考人工測量與自動測量數(shù)據(jù)差值變化趨勢，在二者差值小幅變化的情況下(如果差值變化到大于10 cm，則分析原因，重新下線，計算各項參數(shù))調整線長參數(shù)，使儀器測量值與現(xiàn)場人工測量值之差小于2 cm。

4 結語

按照以上儀器安裝校驗方法，通過多次現(xiàn)場查勘實踐，總結出了一套自動監(jiān)測儀的安裝調試技術經(jīng)驗，在全省進行推廣交流和意見反饋、調試實施。到2012年底，通過對全部設備的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)比對分析表明，誤差值小于2 cm的監(jiān)測數(shù)據(jù)由實施前的不到30%，提高到目前的93.6%，更重要的是該儀器安裝校驗方法對今后自動監(jiān)測儀安裝調試工作具有指導性意義，必將節(jié)省大量的人力、物力、財力資源。自動監(jiān)測精度的提高，充分證明驗證提高地下水自動監(jiān)測精度的措施，找準了要因、切實可行、成效顯著。

隨著科技水平不斷進步，社會經(jīng)濟發(fā)展對水利信息化的要求也越來越高，地下水監(jiān)測必須實現(xiàn)監(jiān)測信息及時、準確地采集與傳遞。要實現(xiàn)地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，要注意科學的校正測量工具，細致認真找準零界點，并嚴格控制零界點測量值，精確進行參數(shù)計算。同時，必須以規(guī)范科學的校驗方法確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度誤差。全省一整套科學、嚴謹?shù)陌惭b調試規(guī)章制度的出臺，亟待更多的實踐與總結。

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1004－1184(2013)05－0075－02

2013-06-20

張彥文(1983-)男，陜西榆林人，助理工程師，主要從事地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設工作。