李 洋，周 盈，鄂 建，李 月

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

地下水是自然資源的重要組成部分，是居民生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)田灌溉用水的重要水源[1]。江蘇省與地下水相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境問題較為突出，部分地區(qū)因地下水資源超采而長期存在區(qū)域性水位降落漏斗，并誘發(fā)了嚴重的地面沉降和巖溶塌陷災(zāi)害。地下水監(jiān)測是獲取區(qū)域地下水位動態(tài)最直接的途徑，長時間序列的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)對于地面沉降防治、地下水超采區(qū)水資源管理都有重要意義。

江蘇省地下水監(jiān)測工作開展以來，一直以測繩、電表、郵寄表格等人工監(jiān)測手段獲取水位動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，但該種方式往往存在時效性差、準確率低、頻率低的問題，這與全國多數(shù)城市情況類似[2-4]。隨著經(jīng)濟和科技的飛速發(fā)展，自動化技術(shù)在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用，帶來了巨大的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。2015年，國家地下水監(jiān)測工程正式實施，江蘇省共完成336眼國家級自動化監(jiān)測站點的建設(shè)，全省地下水監(jiān)測的自動化水平得到很大提高。為了更好地服務(wù)于地下水資源科學(xué)管理、地面沉降防治、生態(tài)文明建設(shè)、重大工程建設(shè)，為各行政部門職能提供基礎(chǔ)支撐，江蘇省以國家地下水監(jiān)測工程為契機，開始逐步建設(shè)省級自動化監(jiān)測站點，不斷提高省級地下水監(jiān)測的自動化和信息化水平。運行維護好全省各級自動化監(jiān)測站點，不斷總結(jié)運行維護工作經(jīng)驗，可確保自動化監(jiān)測站點的長久穩(wěn)定運行，以期獲得高質(zhì)量、高頻次的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1 江蘇省水位自動化監(jiān)測站點概況

1.1 站點概況

江蘇省共有省級及以上水位自動化監(jiān)測站點366個(表1)，其中省級30個，國家級336個，主要分布在江蘇省平原區(qū)，覆蓋省內(nèi)13個地級市。

表1 江蘇省水位自動化監(jiān)測站點各地市統(tǒng)計表 個

自動化監(jiān)測站點全部為專門監(jiān)測井，平時不開采，以監(jiān)測孔隙水為主，小部分站點監(jiān)測巖溶水和裂隙水。所有站點都有專門的井口保護設(shè)施保護，自動化監(jiān)測設(shè)備安裝于保護設(shè)施內(nèi)部，避免直接暴露于野外環(huán)境。省級監(jiān)測站點水位數(shù)據(jù)采集頻率為4 次/天，國家級為24 次/天，發(fā)送頻次均為1次/天。省級水位自動化監(jiān)測站點的運行維護依托江蘇省地質(zhì)勘查專項資金項目，國家級則依托于國家地下水監(jiān)測工程運行維護項目。

1.2 水位自動化監(jiān)測設(shè)備概況

水位自動化監(jiān)測是采用采集傳輸一體的自動化水位監(jiān)測設(shè)備，可以實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的實時采集與傳輸。目前江蘇省使用的水位自動化監(jiān)測設(shè)備來源于5個廠家，國家級監(jiān)測站點使用的有3個廠家的設(shè)備，省級監(jiān)測站點使用的有2個廠家的設(shè)備。

所有的設(shè)備工作原理基本類似，由水位傳感器(采集器)、傳輸線纜、數(shù)據(jù)遠程發(fā)送裝置(RTU)構(gòu)成，集數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、通訊和供電于一體，能夠根據(jù)需求，定期、定時自動采集水位數(shù)據(jù)并發(fā)送。水位傳感器供電方式為鋰亞電池，無需更換；RTU的供電方式有鋰電池、干電池，需更換。整套設(shè)備的壽命可達到3～5 a。通過水位傳感器實時對地下水位進行連續(xù)監(jiān)測，經(jīng)數(shù)據(jù)遠程發(fā)送裝置通過GSM、GPRS模式將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至國家、省級地下水監(jiān)測平臺。

2 監(jiān)測站點日常運行維護

2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集傳輸

地下水水位的實時監(jiān)測是監(jiān)測站點運行維護的主要工作之一。通過監(jiān)測平臺定期查看監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸狀況，及時反饋異常信息，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的正常收發(fā)。

2.2 日常看護

自動化監(jiān)測站點看護工作，是防止監(jiān)測井和輔助設(shè)施遭到破壞的有效手段。江蘇省自動化水位監(jiān)測站點占地類型主要有四種：學(xué)校企業(yè)單位內(nèi)、私人土地內(nèi)、田間道路旁、公共用地。根據(jù)不同占地類型確定看護人，主要分為三類：

(1)監(jiān)測站點位于學(xué)校企業(yè)單位內(nèi)，由單位負責(zé)人或土地所屬集體負責(zé)人指定看護人。

(2)監(jiān)測井位于私人土地內(nèi)，委托土地使用人或所有人作為看護人。

(3)監(jiān)測井位于田間道路旁和公共用地委托于就近住戶。

要求看護人定期查看監(jiān)測站點狀況，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測站點被破壞或有損壞的可能時，及時告知技術(shù)人員或向當?shù)毓膊块T等有關(guān)部門反映，如遇監(jiān)測設(shè)備故障時，看護人按照5 d一次的頻率對監(jiān)測井地下水水位進行人工測量，直到設(shè)備恢復(fù)正常為止。詳細統(tǒng)計了看護人電話、身份證、銀行卡賬號等信息，并與看護人簽署看護協(xié)議，于當年底發(fā)放看護費用。

2.3 監(jiān)測站點巡查

每年至少需開展一輪自動化監(jiān)測站點的巡查，通過人工巡檢的方式來查看監(jiān)測站點的看護和養(yǎng)護工作開展情況、判斷監(jiān)測站點設(shè)施的使用狀況等。在巡查時認真記錄監(jiān)測站點狀況，如遇站點損毀或滅失、面臨征地占用等情況，應(yīng)立即匯報，及時處理。

2.4 監(jiān)測站點輔助設(shè)施維護維修

監(jiān)測輔助設(shè)施包括監(jiān)測井保護設(shè)施、水準點、標識牌等。在進行監(jiān)測站點巡查時，同步完成輔助設(shè)施的維護。對井筒、井臺進行清潔整理，重新刷漆；對井蓋內(nèi)部進行防水處理，涂抹防水膠；對監(jiān)測井外部進行標志牌清理，井蓋內(nèi)部粘貼站點基本信息(編號、井深、位置)便于后期維護過程中信息管理和比對，同時，對松動或生銹的螺絲進行緊固或更換，確保站點內(nèi)部監(jiān)測設(shè)備的安全性；對監(jiān)測設(shè)備外觀進行檢查，對外部進行擦拭，應(yīng)確認監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)，包括檢查通訊鏈路、剩余電量、剩余內(nèi)存等參數(shù)，檢查監(jiān)測設(shè)備通訊電纜，確保通訊電纜無破損、斷裂。在開展巡查與養(yǎng)護維修后，需填寫江蘇省監(jiān)測站點與設(shè)備野外巡查維護記錄表。

如出現(xiàn)輔助設(shè)施損毀或存在被破壞的風(fēng)險，能修繕的當場完成，不能完成的需完整記錄，在一個月內(nèi)完成修繕或重建工作。

2.5 自動化監(jiān)測設(shè)備維護與維修

2.5.1 水位校測

監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)校測主要分為兩部分，一方面是針對自動監(jiān)測設(shè)備安裝與使 用過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，采用現(xiàn)場采用人工測量水位與自動監(jiān)測設(shè)備采集數(shù)據(jù)進行對比的方式對設(shè)備進行校測。另一方面設(shè)備自身也需進行校準工作，兩項工 作同步完成。

為了提高工作效率、節(jié)約經(jīng)費，水位校測宜和監(jiān)測站點巡查同時進行。工作方法和標準參照設(shè)備試運行階段國家地下水監(jiān)測工程下發(fā)的《關(guān)于進一步加強一體化地下水自動監(jiān)測儀器校測工作有關(guān)要求的通知》(國水工〔2017〕004號)中的校測工作相關(guān)要求。

根據(jù)運維工作經(jīng)驗，明確水位校核必須選用扁型便攜式電子水位尺，在校核前用鋼卷尺進行測量，控制精度以管口到探頭的距離1‰為標準。校測過程為人工測量的水位埋深與自動化監(jiān)測設(shè)備讀取的水位埋深進行對比，人工測具測量井口固定點至地下水水面豎直距離三次，將三次測量數(shù)值及其均值記入水位校測記錄表內(nèi)。將人工測量水位數(shù)據(jù)和監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)對比，依據(jù)人工測量水位為基礎(chǔ)值，通過實地測量探頭埋深對自動監(jiān)測設(shè)備內(nèi)進行參數(shù)進行修正，達到誤差范圍內(nèi)的正確水位值。

2.5.2 設(shè)備維護

監(jiān)測設(shè)備的良好運行是獲取連續(xù)優(yōu)質(zhì)水位數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，但在設(shè)備的實際使用中，由于野外環(huán)境較差、井內(nèi)水汽較大等原因，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，出現(xiàn)不能正常發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送至平臺的監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常等情況，需要結(jié)合現(xiàn)場排查故障原因并及時維護。原因主要有以下幾點：電池電量不足；RTU死機；線纜破損；探頭故障；SIM卡欠費或損壞。針對上述問題，需與設(shè)備廠商聯(lián)系，采取如下措施：對電池進行更換；維修或更換RTU；更換線纜；維修或更換探頭；補繳資費或換卡。

2.6 井深測量

在開展監(jiān)測站點巡查的同時對監(jiān)測井深度進行重新測量，采用經(jīng)過國家計量鑒定的自動測井深設(shè)備進行測量。通過對井深的測定，若某監(jiān)測層位濾水管堵塞小于10%，則認為良好，10%～30%為輕微淤堵，大于30%為嚴重淤堵。

3 問題與對策

3.1 設(shè)備故障率較高

目前自動化監(jiān)測設(shè)備的故障率較高，除設(shè)備質(zhì)量問題外，還與故障設(shè)備得不到及時、專業(yè)的維護有直接關(guān)系。需與廠商建立“設(shè)備周轉(zhuǎn)池”機制，對于探頭運行正常，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)不正常情況，在開展監(jiān)測站點設(shè)備維護工作時，對設(shè)備故障監(jiān)測站點進行設(shè)備更換。必要時通知看護人員進行人工監(jiān)測。

設(shè)備故障還與野外環(huán)境較差、井內(nèi)水汽較大等關(guān)系密切。改變野外環(huán)境最直接最有效的方法為修建井房，但此種方式耗費資金過大，在有條件的區(qū)域可以嘗試。建議加強RTU的密封，同時加大井口保護設(shè)施出氣孔，方便水汽排出。

3.2 監(jiān)測站點破壞或滅失

在實際工作中，出現(xiàn)監(jiān)測站點輔助設(shè)施被破壞，當?shù)厝藛T私自占用監(jiān)測井進行抽水，對監(jiān)測站點及監(jiān)測設(shè)備造成破壞的同時，還影響了水位數(shù)據(jù)的延續(xù)性和真實性。更有個別監(jiān)測站點因城市建設(shè)等原因面臨滅失危險?？梢圆扇⌒藿ㄗo欄、樹立防撞桿、標志牌的方式起到警醒作用，但無法從根本上解決監(jiān)測站點被破壞的問題。地下水監(jiān)測站點大多數(shù)并未在所處的區(qū)縣一級自然資源部門中進行登記備案，地方部門對監(jiān)測井保護工作認識不足，公眾對地下水監(jiān)測站點的了解認識更加缺乏。在今后的工作當中，應(yīng)該加大宣傳力度，提高公眾對地下水監(jiān)測工作的認知水平。

對于因城市建設(shè)需遷建的監(jiān)測站點，需嚴格遵照《地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測管理辦法》和《國家地下水監(jiān)測工程組織實施方案》等要求，推動地下水遷建工作的規(guī)范化和程序化。遷建工作流程為：工程建設(shè)建設(shè)單位向縣級自然資源部門申請→逐級申報到省自然資源廳→省自然資源廳詢問運維單位意見→運維單位將情況上報中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院→監(jiān)測院同意→運維單位向省廳說明情況→省廳批復(fù)→逐級批到縣級自然資源部門→建設(shè)單位開展監(jiān)測站點遷建工作，先建后遷。

3.3 國產(chǎn)化率較低

水位傳感器是整套設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，但目前在用的設(shè)備幾乎都采用國外的水位傳感器，或水位傳感器中的核心部件來自于國外。在現(xiàn)在高度重視數(shù)據(jù)安全的情況下，推進水位傳感器的國產(chǎn)化勢在必行。

3.4 省級監(jiān)測站點自動化水平不高

江蘇省級站點的自動化率僅為10%左右，與國家及經(jīng)濟水平相當?shù)氖∈邢啾却嬖谝欢ǖ牟罹唷＝ㄗh加大財政投入，提高重視程度，充分利用其它各類項目新建的監(jiān)測井進行自動化升級改造，補充專門監(jiān)測站點數(shù)量，提高專門監(jiān)測站點質(zhì)量。在今后的地下水監(jiān)測中逐步用自動化監(jiān)測手段替代人工監(jiān)測，提高水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性、時效性，更好地服務(wù)于各行各業(yè)。

4 結(jié)語

國家地下水監(jiān)測工程建設(shè)完成后，江蘇省水位監(jiān)測的自動化水平在質(zhì)與量兩方面都有了飛躍。自動化監(jiān)測站點的日常運行維護至關(guān)重要，確保監(jiān)測站點的穩(wěn)定長久運行，提高數(shù)據(jù)與成果的質(zhì)量，逐步提高全省的監(jiān)測自動化水平，才能更好地為政府決策和社會應(yīng)用服務(wù)。