影响地下水自动监测数据精确度因素分析

张彦文

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

影响地下水自动监测数据精确度因素分析

张彦文

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

陕西省地下水示范井建设项目引进地下水自动监测仪进行地下水水位监测，通过运行与人工监测比对，数据出现一定误差。运用反复试验对比分析，结果认为安装调试过程不够科学、严谨是主因。只有严格控制仪器安装过程中各项参数计算并科学改进误差校验方法，才能确保自动监测数据精确度满足规范要求。

地下水监测;精确度;安装

长期以来，地下水资源在陕西省的水资源总供给中占到42%至45%的比例，在关中地区更是达到60%左右，地下水资源在国民经济和社会发展中发挥着极为重要的作用。地下水监测必须实现监测信息及时、准确地采集与传递。然而，陕西省目前地下水监测仍采用测绳、皮尺、测钟或万用表等人工监测为主方式，监测方式手段比较落后，监测资料的及时性及准确性难以保证，已不能满足现代化管理的要求。为此，陕西省地下水示范井建设项目在项目区范围内安装了XY－Ⅱ型地下水自动监测仪，经过一段时间的试运行，发现监测仪监测数据与人工监测数据普遍存在一定的差异。通过对存在的问题需要进行分析研究，最终确定出影响地下水自动监测仪监测数据精确度的因素。

1 存在的问题

针对自动监测数据与人工监测数据存在误差的情况，对当前宝鸡、咸阳两市已安装运行的14台套地下水自动监测仪的现场分析校核，发现人工监测数据和与自动监测数据普遍存在误差，个别的监测井甚至达到几十公分。满足规范要求人工监测与自动监测误差规范要求小于2 cm的监测数据只有4个，占28.6%。数据比对情况，详见表1。

表1 地下水自动监测仪监测情况统计表

4 1 1 6 6 4 6 5 宝鸡市岐山县河管站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 宝鸡市岐山县水管站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 咸阳市渭城区林场村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 咸阳市渭城区黄家寨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 咸阳市渭城区石羊庙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 咸阳市三原县西涧村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 咸阳市三原县东南道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 咸阳市兴平北汤村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 咸阳市兴平北仁村2 0 1 2.8.2 6 1 7:0 5 9.8 2 8.8 3 1 0.9 8 9

2 影响监测精确度原因的分析

通过对现状调查总结以及调查仪器安装使用过程中的每一环节入手环环相扣，从“人，机，料，法，环”五个方面认真分析原因，见图1。

图1 因果图

由于各监测井使用的手工测量工具普遍落后，精度差，一般是用电线或是长绳标记刻度，底部悬挂测钟或是电极估测水面接触位置。标尺精度不准确，测绳与水接触面的确定具有很大主观性。用这个数据与自动监测数据比对没有可比行，无法校验仪器数据是否准确。同时，仪器自身也会产生误差。仪器的精度、参数设置、基准点位置等都会影响测量结果准确度，仪器误差大部分可以通过调整参数减小误差，所以在初装仪器的过程中，精确计算仪器所需各项参数，才能保证自动监测值的误差最小。安装人员的主观因素会对计算参数产生影响，安装人员仅仅熟悉仪器情况，对监测规范要求和现场环境了解较少，安装过程中的水位扰动会导致仪器测量值不准确，影响到参数计算。下传感器也是安装的重要环节，用多长线，下到多深，应避免井内环境影响线直。安装过程工序复杂，以往安装并没有固定的人员，操作规程也不统一，容易导致误差的产生。安装完成后对仪器进行校正，主要是与人工监测数据进行比对，但由于人工监测数据并不精确，自动监测数据无法准确校正，主要是因为传感器线基准点位置变化和线受拉由曲变直导致，这种原因一般很难避免，但可以通过校正来缩小误差。

经分析，确定“测量工具不准确、仪器参数计算不准确、校验方法不科学”3个主要原因。

3 提高监测精度对策

针对以上要因确认，决定最终从“校正测量工具、计算仪器参数、规范校验措施”3个方面把握，并量化控制这一过程，来提高地下水自动监测精确度。

3.1 校正测量工具

调查中，测绳普遍存在一定的误差，一般是由于刻度点移位，标记不清或错误，有的误差甚至达到几十公分，严重影响测量数据准确性。在进行人工测量前，用标尺重新丈量测绳刻度，并标记固定，确定测绳0点，在测量过程中细致认真，找准零界点，并反复测量3次，取平均值。

3.2 计算仪器参数

仪器安装是一个复杂的工序，需要安装人员协助配合，严格操作，保证仪器和传感器安装正常，参数计算正确并录入准确，才能达到尽可能精确的测量值。

做好安装准备工作。仪器安装前需对监测井现场环境做基本了解，根据井深和埋深情况选择适合的传感器线长。保证有3名中级工以上安装人员和一名熟悉地下水情况的监督人员在场，必须有负责人指挥协调。按要求连接仪器指示正常。

严格控制零界点测量值。由于传感器线是按标准刻度制作，本身是非常准确的测量工具，在下线时利用传感器和仪器测量埋深H即零界点测量值。零频f由压力传感器环境决定，在仪器面板上显示，它在水下不同深度随受压而变化，在空气中为固定值，所以利用零频f在空气中和水中的突变可以准确找到传感器与水面接触的零界点，测得埋深H值，为保证测量准确，应在接近零界点处，细微调整，反复试探，仪器观测者应与下传感器的人密切配合，准确定位零界点，待水位恢复稳定反复测量三次取平均值求得H，H值与人工测量值误差应小于2 cm，否则查找原因，返回重新进行下线测量。

精确进行参数计算。仪器参数包括传感器在空气中的底数零频 f0，传感器线长 L(见图2所示)，传感器系数K值。确定H值后，应将传感器多余线下至水面下25－30 m，视井深和线长决定，应特别注意井内安装水泵位置，传感器停留位置应距水泵上下5 m以上，传感器线通过水泵时要特别留意线是否出现缠绕和松动，以防线受水泵缠挂，并实时记录频率值f1。井口以下线长为L，则h=L－H，由传感器系数计算公式K=100h/(f1－f0)求得K值，将参数K值，L值输入仪器，仪器即可根据零频变化自动计算埋深变化值，完成后记录各项参数备查。安装过程的零界点测量对最终仪器自动监测结果影响很大，控制好这个过程对提高仪器精确度起关键作用，必须细致认真，反复校验。注意:参数设置完成后，用户不得随意更改各项参数，否则会导致监测数据不准确。

图2 水位水温传感器安装示意图

3.3 规范校验措施

在仪器安装检查完成后采集3组数据，取平均值与安装仪器中间的零界点测量值H比对，若误差超过2 cm，在确定K值不变的情况下，调整线长L使仪器实时测量值接近零界点测量值，再与人工测量值比较，二者之差小于2 cm即为合格。否则，查找产生差值过大原因，若为仪器原因，调整线长参数缩小误差(一般认定传感器系数K为定值)，其它原因则分析解决。若仪器与人工测量差值超过5 cm，或是仪器测量值连续3组数据变化大于1 cm，必须分别更换新仪器和传感器重新安装检测，排除是否有井下干扰，是否仪器或传感器出现故障。在仪器初装后保持人工同步测量做比对，3个月后进行复校，参考人工测量与自动测量数据差值变化趋势，在二者差值小幅变化的情况下(如果差值变化到大于10 cm，则分析原因，重新下线，计算各项参数)调整线长参数，使仪器测量值与现场人工测量值之差小于2 cm。

4 结语

按照以上仪器安装校验方法，通过多次现场查勘实践，总结出了一套自动监测仪的安装调试技术经验，在全省进行推广交流和意见反馈、调试实施。到2012年底，通过对全部设备的自动监测数据与人工监测数据比对分析表明，误差值小于2 cm的监测数据由实施前的不到30%，提高到目前的93.6%，更重要的是该仪器安装校验方法对今后自动监测仪安装调试工作具有指导性意义，必将节省大量的人力、物力、财力资源。自动监测精度的提高，充分证明验证提高地下水自动监测精度的措施，找准了要因、切实可行、成效显著。

随着科技水平不断进步，社会经济发展对水利信息化的要求也越来越高，地下水监测必须实现监测信息及时、准确地采集与传递。要实现地下水监测数据的准确性，要注意科学的校正测量工具，细致认真找准零界点，并严格控制零界点测量值，精确进行参数计算。同时，必须以规范科学的校验方法确保监测数据的精确度误差。全省一整套科学、严谨的安装调试规章制度的出台，亟待更多的实践与总结。

P641.74

B

1004－1184(2013)05－0075－02

2013-06-20

张彦文(1983-)男，陕西榆林人，助理工程师，主要从事地下水监测站网建设工作。