Level TROLL 700水位计在测定含水层特性中的应用

徐松华，汪水吉

（厦门市吉龙德环境工程有限公司，福建 厦门 361008）

Level TROLL 700水位计在测定含水层特性中的应用

徐松华，汪水吉

（厦门市吉龙德环境工程有限公司，福建 厦门 361008）

概述了抽水试验测定渗透系数k值方法和微水试验方法的优缺点；以瑞华高科电子工业园（厦门）有限公司的实际应用为例，阐述了Level TROLL水位计通过短时间内快速记录水位，采用微水测试方法，并通过AQTESOLV软件导入数据，快速求出地下水监测井渗透系数k值的应用过程。

水位计；微水试验；渗透系数；抽水试验

1 地下水监测井测定渗透系数的基本概念和意义

渗透系数又称水力传导系数。在各向同性介质中，其定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素有很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等。渗透系数是控制地下水流动和溶质运动的重要参数，含水层渗透系数的空间分布规律一直是研究热点和难点问题。研究渗透系数的空间分布需要以大量的野外实测数据为基础。以往受到技术和经济等问题的制约，野外勘测所获得的实时监测数据很少，所以这方面的研究进度一直不大。目前依据In-Situ公司研制出的高精度可快速记录水位和时间变化的水位计Level TROLL 700满足技术需求，通过微水测试方法可以实现野外快速获得监测井渗透系数的目的，为该领域的研究和发展，打开了一个好的突破口。

不同土壤结构和含水层结构见图1。

图1 不同土壤结构和含水层结构图

2 微水测试的测定原理及方法

微水试验是一种简便获取地下水渗透系数k值的野外试用方法。是通过向监测井或者钻孔内注入水或其他方式引起水位突然升高，通过观测水位和时间的变化规律，利用现有的求渗透系数公式与测定的时间、水位变化图表进行拟合，从而求出渗透系数k值的一种方法（如图2）。

Level TROLL 700之所以能够进行含水层水位和时间记录，是因为其能够快速记录（最快1s可记录4次）每0.25s可记录一次水位数据。因此可以达到技术需求。

图2 实测数据与标准公式曲线拟合情况

3 微水测试和抽水试验求渗透系数k值的方法对比

（见下表）

微水测试和抽水试验求渗透系数k值的方法对比表

地下土壤结构非常复杂，渗透方向（垂直和水平）很有可能因为土壤结构的不同而产生一个垂直渗透性、一个水平渗透性，对于抽水试验，其代表较大范围内地下水的渗透情况，但只是表示水平方向的渗透性，而微水试验影响半径小，反映垂直方向上的渗透性。

此外微水试验由于通过注水或其他方式引起水位变化，其影响范围小，容易受周围含水层的影响。但对于弱含水层，微水试验测定渗透系数效果非常好。

4 Level TROLL水位计及在测定含水层具体步骤和方法

4.1 水位计的介绍

Level TROLL 700是美国In-Situ公司研发的工业界非常先进的压力水位计，其包含了进行水位测量和记录资料所需要的功能，在直径18.3mm的外壳里配有水位和温度传感器、数据记录器、内部电源。操作软件对数据的采集和管理非常快速和方便。Level TROLL 水位计的另一项新颖的特点是由钛金属焊接制造，极具耐腐蚀性，使用寿命大大增长（目前印度已经有运用10年的记录），适用于海水入侵监测。Level TROLL水位计的外形见图3。

图3 Level TROLL水位计外形

4.2 测定含水层特性的方法和步骤

（1）微水试验通常在单口井中进行操作，需要的条件是井中静水位下降或上升，以及测量水位恢复到原始值的时间；

（2）可将一小金属块扔进井里引起水位上升，或者取出金属块，引起水位下降，当水位回到原高度时，停止时间及水位测量；

（3）测量值以一个非常快的采样率进行记录，通常与仪表的记录速度有关，也可使用对数衰减采样率进行记录；

（4）Level TROLL 700仪表具有快速线性采样功能， 另外Level TROLL 700具备针对数采样功能，可进行微水试验；

（5）数据通过Win-Situ软件导出，再由AQTESOLV软件进一步分析。

分别投入6-ft金属块和4-ft金属块后微水试验中的水位变化如图4所示。

4.3 Level TROLL水位计设置操作步骤

（1）打开井盖，使用Level TAPE 200水位指示器测量水位读数， 记录水位值（若监测井不通大气，多记录几次数据并确保水位达到平衡；

（2）连接电脑或Rugged Reader手持式PC、TROLL Com设备、Level TROLL仪表和通讯电缆，使用前再次确认所有连接；

图4 通过添加重物使水位上升的微水试验方法

（3）将Level TROLL仪表放入井中低于水位处，即将要插入金属块的地方，但不要放入井底，以免淤泥堵塞；

（4）使用一个井坞将潜入（井内）电缆固定在井的上端以防挪动，出现水位错误的水位变化；

等待至少20分钟，然后使用Level Tape 200确认地下水水位是否回到原高度（当Level TROLL放置于水中后）；

（5）水位保持稳定后，设定Level TROLL仪表的内部数据记录；

（6）设置地下水的水位参比，选择Elevation（海拔）（Win-Situ 5）或Level-Surface Elevation（地表水位海拔）（Win-Situ Mobile）（见图5）；

图5 地下水的水位参比

（7）选择Set First Logged Reading（设置初始记录读数）并将其设置为0（或任意其他数据点），以便在主页查看相关水位变化（如图6）；

图6 初始记录读数

（8）确保Level TROLL仪表深入井中的高度适中，以防接触到金属块；

（9）将金属块放置在高于水位处，按Start按钮，开始进行内部数据记录；

（10）数至3，然后迅速将金属块滑下至水平面，不要让金属块自动滑落到水中；

（11）当地下水位恢复至0或原始值时，停止测试，这些在主页即可查看；

（12）点击下载 ，选择下载全部数据；

（13）点击 ，选择Preference（参数）＞General Settings（常规设置）。自定义时间格式并选择Export Delimiter Character 框内的Tab；

（14）选择Preference（参数）＞Data View Settings（查看数据设置）并选中Show Elapsed Time（显示经过时间）；

（15）查看数据，右击数据文件夹并将数据输出到文本中，文本文档后期将会导入AQTESOLV软件进行分析。

4.4 通过AQTESOLV计算过程

第一步：选择进行微水试验分析的测量单位（见图7）；

第二步：输入项目信息（见图8）；

第三步：输入最初位移（相对于静水位的变化值），以及静水水体高度（井底到静水水位深度），然后输入井名及其坐标（通常X=0，Y=0），见图9；

第四步：输入含水层的饱和厚度，对于非承压含水层，这个值是指地下水位到含水层底部所测的深度，而相对于承压含水层，这个指最高隔水层与最低隔水层之间的距离，然后输入异向性比，即垂直与水平渗透系数比（通常为1），见图10；

第五步：输入井构造信息（见图11）；

第六步：输入井半径数据（见图12）；

第七步：输入无错误会弹出如图所示表格（见图13）；

第八步：通过软件AQTESOLV可得原始水位与时间的关系图（见图14）；

图7 步骤1

图8 步骤2

图9 步骤3

图10 步骤4

图11 步骤5

图12 步骤6

图13 步骤7

图14 步骤8

第九步：通过拟合公式整理最终求出k值图（见图15）。

图15 步骤9

4.5 瑞华高科电子工业园（厦门）有限公司实际应用现场（见图16）

图16 实际应用现场

5 小结

微水试验在国外已经做了大量研究，并且在生产中广泛应用，形成了完整的理论。微水试验作为野外快速测定含水层渗透系数的一种方法，运用的意义重大，除考虑经济投入力度外，在国内推广有着很深的意义。通过监测水位和时间最终通过拟合曲线求出渗透系数k值是Level TROLL水位计一项重要的应用，国内现在海水入侵方面的研究和地下水水资源管理力度都在增大，市场前景非常广阔。

Application of Level TROLL 700 Water Meter in Determining Containing-water Layer Characteristic

XU Song-hua, WANG Shui-ji

（略）

P335

A

1006-5377（2015）04-0029-04