浅谈江苏省自动化水位监测站点的运行与维护

2022-09-14李洋，周盈，鄂建，李月

地下水 2022年4期

李洋，周盈，鄂建，李月

(江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018)

地下水是自然资源的重要组成部分，是居民生活用水、工业用水和农田灌溉用水的重要水源[1]。江苏省与地下水相关的地质环境问题较为突出，部分地区因地下水资源超采而长期存在区域性水位降落漏斗，并诱发了严重的地面沉降和岩溶塌陷灾害。地下水监测是获取区域地下水位动态最直接的途径，长时间序列的水位监测数据对于地面沉降防治、地下水超采区水资源管理都有重要意义。

江苏省地下水监测工作开展以来，一直以测绳、电表、邮寄表格等人工监测手段获取水位动态监测数据，但该种方式往往存在时效性差、准确率低、频率低的问题，这与全国多数城市情况类似[2-4]。随着经济和科技的飞速发展，自动化技术在各行各业都得到广泛应用，带来了巨大的经济、社会、环境效益。2015年，国家地下水监测工程正式实施，江苏省共完成336眼国家级自动化监测站点的建设，全省地下水监测的自动化水平得到很大提高。为了更好地服务于地下水资源科学管理、地面沉降防治、生态文明建设、重大工程建设，为各行政部门职能提供基础支撑，江苏省以国家地下水监测工程为契机，开始逐步建设省级自动化监测站点，不断提高省级地下水监测的自动化和信息化水平。运行维护好全省各级自动化监测站点，不断总结运行维护工作经验，可确保自动化监测站点的长久稳定运行，以期获得高质量、高频次的监测数据。

1 江苏省水位自动化监测站点概况

1.1 站点概况

江苏省共有省级及以上水位自动化监测站点366个(表1)，其中省级30个，国家级336个，主要分布在江苏省平原区，覆盖省内13个地级市。

表1 江苏省水位自动化监测站点各地市统计表个

自动化监测站点全部为专门监测井，平时不开采，以监测孔隙水为主，小部分站点监测岩溶水和裂隙水。所有站点都有专门的井口保护设施保护，自动化监测设备安装于保护设施内部，避免直接暴露于野外环境。省级监测站点水位数据采集频率为4 次/天，国家级为24 次/天，发送频次均为1次/天。省级水位自动化监测站点的运行维护依托江苏省地质勘查专项资金项目，国家级则依托于国家地下水监测工程运行维护项目。

1.2 水位自动化监测设备概况

水位自动化监测是采用采集传输一体的自动化水位监测设备，可以实现水位数据的实时采集与传输。目前江苏省使用的水位自动化监测设备来源于5个厂家，国家级监测站点使用的有3个厂家的设备，省级监测站点使用的有2个厂家的设备。

所有的设备工作原理基本类似，由水位传感器(采集器)、传输线缆、数据远程发送装置(RTU)构成，集数据采集、处理、传输、通讯和供电于一体，能够根据需求，定期、定时自动采集水位数据并发送。水位传感器供电方式为锂亚电池，无需更换；RTU的供电方式有锂电池、干电池，需更换。整套设备的寿命可达到3～5 a。通过水位传感器实时对地下水位进行连续监测，经数据远程发送装置通过GSM、GPRS模式将监测数据实时传输至国家、省级地下水监测平台。

2 监测站点日常运行维护

2.1 监测数据采集传输

地下水水位的实时监测是监测站点运行维护的主要工作之一。通过监测平台定期查看监测数据传输状况，及时反馈异常信息，确保监测数据的正常收发。

2.2 日常看护

自动化监测站点看护工作，是防止监测井和辅助设施遭到破坏的有效手段。江苏省自动化水位监测站点占地类型主要有四种：学校企业单位内、私人土地内、田间道路旁、公共用地。根据不同占地类型确定看护人，主要分为三类：

(1)监测站点位于学校企业单位内，由单位负责人或土地所属集体负责人指定看护人。

(2)监测井位于私人土地内，委托土地使用人或所有人作为看护人。

(3)监测井位于田间道路旁和公共用地委托于就近住户。

要求看护人定期查看监测站点状况，发现监测站点被破坏或有损坏的可能时，及时告知技术人员或向当地公安部门等有关部门反映，如遇监测设备故障时，看护人按照5 d一次的频率对监测井地下水水位进行人工测量，直到设备恢复正常为止。详细统计了看护人电话、身份证、银行卡账号等信息，并与看护人签署看护协议，于当年底发放看护费用。

2.3 监测站点巡查

每年至少需开展一轮自动化监测站点的巡查，通过人工巡检的方式来查看监测站点的看护和养护工作开展情况、判断监测站点设施的使用状况等。在巡查时认真记录监测站点状况，如遇站点损毁或灭失、面临征地占用等情况，应立即汇报，及时处理。

2.4 监测站点辅助设施维护维修

监测辅助设施包括监测井保护设施、水准点、标识牌等。在进行监测站点巡查时，同步完成辅助设施的维护。对井筒、井台进行清洁整理，重新刷漆；对井盖内部进行防水处理，涂抹防水胶；对监测井外部进行标志牌清理，井盖内部粘贴站点基本信息(编号、井深、位置)便于后期维护过程中信息管理和比对，同时，对松动或生锈的螺丝进行紧固或更换，确保站点内部监测设备的安全性；对监测设备外观进行检查，对外部进行擦拭，应确认监测设备工作状态，包括检查通讯链路、剩余电量、剩余内存等参数，检查监测设备通讯电缆，确保通讯电缆无破损、断裂。在开展巡查与养护维修后，需填写江苏省监测站点与设备野外巡查维护记录表。

如出现辅助设施损毁或存在被破坏的风险，能修缮的当场完成，不能完成的需完整记录，在一个月内完成修缮或重建工作。

2.5 自动化监测设备维护与维修

2.5.1 水位校测

监测设备的数据校测主要分为两部分，一方面是针对自动监测设备安装与使用过程中产生的系统误差，采用现场采用人工测量水位与自动监测设备采集数据进行对比的方式对设备进行校测。另一方面设备自身也需进行校准工作，两项工作同步完成。

为了提高工作效率、节约经费，水位校测宜和监测站点巡查同时进行。工作方法和标准参照设备试运行阶段国家地下水监测工程下发的《关于进一步加强一体化地下水自动监测仪器校测工作有关要求的通知》(国水工〔2017〕004号)中的校测工作相关要求。

根据运维工作经验，明确水位校核必须选用扁型便携式电子水位尺，在校核前用钢卷尺进行测量，控制精度以管口到探头的距离1‰为标准。校测过程为人工测量的水位埋深与自动化监测设备读取的水位埋深进行对比，人工测具测量井口固定点至地下水水面竖直距离三次，将三次测量数值及其均值记入水位校测记录表内。将人工测量水位数据和监测设备数据对比，依据人工测量水位为基础值，通过实地测量探头埋深对自动监测设备内进行参数进行修正，达到误差范围内的正确水位值。

2.5.2 设备维护

监测设备的良好运行是获取连续优质水位数据的关键，但在设备的实际使用中，由于野外环境较差、井内水汽较大等原因，导致设备出现故障，出现不能正常发送数据、发送至平台的监测数据缺失、数据异常等情况，需要结合现场排查故障原因并及时维护。原因主要有以下几点：电池电量不足；RTU死机；线缆破损；探头故障；SIM卡欠费或损坏。针对上述问题，需与设备厂商联系，采取如下措施：对电池进行更换；维修或更换RTU；更换线缆；维修或更换探头；补缴资费或换卡。

2.6 井深测量

在开展监测站点巡查的同时对监测井深度进行重新测量，采用经过国家计量鉴定的自动测井深设备进行测量。通过对井深的测定，若某监测层位滤水管堵塞小于10%，则认为良好，10%～30%为轻微淤堵，大于30%为严重淤堵。

3 问题与对策

3.1 设备故障率较高

目前自动化监测设备的故障率较高，除设备质量问题外，还与故障设备得不到及时、专业的维护有直接关系。需与厂商建立“设备周转池”机制，对于探头运行正常，设备发送数据不正常情况，在开展监测站点设备维护工作时，对设备故障监测站点进行设备更换。必要时通知看护人员进行人工监测。

设备故障还与野外环境较差、井内水汽较大等关系密切。改变野外环境最直接最有效的方法为修建井房，但此种方式耗费资金过大，在有条件的区域可以尝试。建议加强RTU的密封，同时加大井口保护设施出气孔，方便水汽排出。

3.2 监测站点破坏或灭失

在实际工作中，出现监测站点辅助设施被破坏，当地人员私自占用监测井进行抽水，对监测站点及监测设备造成破坏的同时，还影响了水位数据的延续性和真实性。更有个别监测站点因城市建设等原因面临灭失危险。可以采取修建护栏、树立防撞杆、标志牌的方式起到警醒作用，但无法从根本上解决监测站点被破坏的问题。地下水监测站点大多数并未在所处的区县一级自然资源部门中进行登记备案，地方部门对监测井保护工作认识不足，公众对地下水监测站点的了解认识更加缺乏。在今后的工作当中，应该加大宣传力度，提高公众对地下水监测工作的认知水平。

对于因城市建设需迁建的监测站点，需严格遵照《地质环境监测管理办法》和《国家地下水监测工程组织实施方案》等要求，推动地下水迁建工作的规范化和程序化。迁建工作流程为：工程建设建设单位向县级自然资源部门申请→逐级申报到省自然资源厅→省自然资源厅询问运维单位意见→运维单位将情况上报中国地质环境监测院→监测院同意→运维单位向省厅说明情况→省厅批复→逐级批到县级自然资源部门→建设单位开展监测站点迁建工作，先建后迁。

3.3 国产化率较低

水位传感器是整套设备中最关键的部分，但目前在用的设备几乎都采用国外的水位传感器，或水位传感器中的核心部件来自于国外。在现在高度重视数据安全的情况下，推进水位传感器的国产化势在必行。

3.4 省级监测站点自动化水平不高

江苏省级站点的自动化率仅为10%左右，与国家及经济水平相当的省市相比存在一定的差距。建议加大财政投入，提高重视程度，充分利用其它各类项目新建的监测井进行自动化升级改造，补充专门监测站点数量，提高专门监测站点质量。在今后的地下水监测中逐步用自动化监测手段替代人工监测，提高水位监测数据的真实性、时效性，更好地服务于各行各业。