晋中地下水自动监测及控制的现状与研究

晋中地下水自动监测及控制的现状与研究

吴伟伟

（晋中市水利局，山西 晋中 030600）

摘要：地下水自动监测及控制是当今对水资源动态监测管理的主要方式，文中通过对晋中市地下水位自动监测及控制的现状研究，分析了今后晋中市地下水位自动监控的建设与发展方向。 关键词：晋中市 地下水 自动监测及控制 研究 中图分类号：P641 文献标识码：B 0 引言

随着我国国民经济的迅速发展，人口的增长，城市化的加快，城市和工业用水大幅增加，用于农业灌溉的用水逐渐压缩，尤其近十年来北方降雨持续偏低，水资源的使用更是紧张，建设节水型社会已成为了当务之急大势所趋，不进行节水灌溉，就没有农业的可持续发展。然而要建设节水型社会，就必须建立与之相适应的宏观用水总量控制和微观定额管理体系，用水计量、控制和地下水动态监测体系以及节水工程建设三大体系。推行节约用水，建立用水计量、控制和地下水动态监测体系，是实现宏观用水总量控制和微观定额管理的必要环节。我们通过监控地下水水位、水量，一是控制用水总量，在制度建设上，实施取水许可制度、水资源有偿使用制度和建设项目水资源论证制度等，严格限制高耗水项目的发展，大力推广工业节水新技术、新工艺、新设

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备；在工程设施建设上，加强控制装置、阀门、输水管道等设备的优化配置；在信息化建设上，要利用用水总量控制和节水管理信息系统、计算机用水控制系统，推行IC卡预付费水表管理系统等。二是可强化用水计量，建立健全供水计量设施，奠定水利工程供水实行计量收费和超定额累进加价的基础。对于机井用水计量，必须积极推广机井自动收费控制管理器，根据所分配的许可采水量推行节约用水，提高水的利用率，还能解决水费收缴难和欠费的问题。三是加强地下水动态监测，包括地下水资源评价、资料的收集、汇总、分析、管理、审定、裁决，以及水环境监测、调查、评价等。在很多地区都缺乏地下水动态监测资料，地下水漏斗面积越来越大，中心漏斗区越来越深，造成了水环境的恶化。因此，对灌溉区域内的地下水位进行监测是十分必要和有用的。本文的课题是从晋中市地下水自动监测及控制系统运行的现状研究来分析晋中市地下水自动监测及控制系统今后的发展方向。 1 晋中市地下水自动监测与控制发展现状

2003年晋中市被水利部列为全国节水灌溉示范市，根据水利部

和省水利厅的要求，在2004年晋中市水利局上报了《山西省晋中

市农业节水发展规划报告》。在规划报告中节水工程计划建设6.67

万hm2高效节水农田，管理工程建设主要为地下水水位监测工程，根据规划要布设200个机井监测装置在各个节水项目区，为区域地下水可持续良性运行提供有效监测及控制，从此晋中市的节水工程建设和管理工程建设就进入了良性发展的轨道，全市每年都能增长0.67万

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hm2节水灌溉面积。2005年由晋中市水利局、山西新宇新电子有限公司完成《晋中市地下水位自动监测及控制系统工程》的设计，至2007年8月在晋中市各节水园区新建井房30处，安装机井数据采集装置30套，集中控制系统1套，从2006年10月份开始正式检测运行，这不仅是晋中市农业灌溉地下水自动监测的开始，也标志着晋中建设

地下水动态监测体系的开始进入了新阶段。 2 晋中市地下水自动监测及控制系统介绍

晋中市地下水位自动监测及控制系统主要应用于农业灌溉机井的监测，采用投入式液位传感器实时采集地下水位变化，通过智能RTU对地下水位数据定时采集与储存，通过GPRS或CDMA实现远程数据传输（图1）。这个系统主要由采集子系统、传输子

系统和数据处理子系统三部分组成。采集子系统安装在农灌井首

部，采用美国进口的投入式压力硅液位传感器，可以实时采集静动水

位，然后变成模拟信号或将数据转换为RS232或RS485格式与PC机直接相联。数据传输子系统采用GSM移动通信网络平台，把各测点数据经过采集处理后，转换成短信方式，实时发送到监测中心，再经过监测中心接收装置把短信转化成测点数据，存储到监测中心的数据服务器主机中，从而完成了整个数据的接收和传输采集过程。数据处理子系统中心控制室通过计算机获取实时水位和历史水位数据，并且形象动态的显示出来，同时转存到数据库中，以便日后统计。

系统技术指标：○1工作环境是常温、常压；○2测量地下水位深度0～100m，误差±0.05cm；○3通信采用公用GSM移动通信网络；

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4可实现自动测量，通过网络系统单相传输给控制中心；○5操作系○

统具有地下水水位数据单井或集中采集、采集情况显示、数据整理、（年月日单井、井井动静水位对比）图形曲线显示、数据电子输出等功能，可以远程控制单井数据采集器工作状态，系统操作界面美观、易操作；○6需要密码登陆，系统安全性高。

应用软件的功能包括：1)单井采集、多井采集、定时采集；2)采集事件纪录包括告警事件、用户登陆、注销、采集事件；3)历

史数据或图形报表：①查询过去某一时刻的历史数据，并以图形显示,②水位历史数据检索、查询功能,③水位越限历史数据检索、查询功能,④水位日月年统计和特征值统计,⑤现场监控单元工作状态检索、查询功能,⑥系统运行情况汇总报表。4)GIS平台机井管理。5)历史数据趋势图。

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晋中市水利局PSTNTALK / DATATALKRSCSTRRDTDCD监控井yxyx

图1 晋中市地下水位监测及控制系统示意图

3 晋中市地下水自动监测及控制系统实施效果

经过一年的数据收集，我们对机井地下水水位和提水量监测结果的进行了分析，取得了以下的成效：

1）有效监测了各项目区的地下水水位变化情况。晋中市机井地下水水位监测设置为自动定时获取。定时获取设置为每月逢1、6多井集中获取的方式，可获取每月逢1、6的地下水水位数据，通过对地下水水位数据的对比分析，可以得到对比日月年的水位变化情况。

2）有效监测了监测井的提水情况。晋中市地下水位自动监测及控制系统水量监测采用水表和射频卡进行，通过总控制室计算机可以监测和计算出代表井的日月年提水量，有效监测了代表

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井的提水情况。

3）为定额取水取得了宝贵的数据。农业灌溉取水定额一般是根据理论数据确定，而我们有了监测数据，就可以对监测到的机井年提水量以及机井控制的不同作物面积分析，得到不同作物单位面积年所补充灌溉水量，为定额管理体系中农业灌溉定额取水取得了基础宝贵的数据。

4 晋中市地下水自动监测的对水资源利用的好处与技术优势

晋中市地下水位自动监测及控制系统给我们带来的好处是多方面的，我们通过系统的数据直观的看到了各地区的水位变化情况，甚至可以把降雨的日期和雨量拿来和地下水位进行对比，分析水位与降雨的关系，同时系统的数据也能给水资源分配与控制、引洪补源提供理论依据。

监测方面这套地下水水位自动监测与控制系统通过运用现代先进的远程数据通讯技术，加上高精度美国进口的压力液位传

感器，在可靠性、稳定性方面有着突出的优势。通过在晋中市多半年的运行表现来看，系统运行稳定，监测效果较好，给我们带回了大量的宝贵的数据，为我们下一步的晋中各县地下水水位分析提供了可靠的原始数据资料。

应用方面从监测系统所获取的数据可以看出，项目区地下水

位下降幅度比以前有所减小，主要是由于在地下水位自动监测与控制系统工程实施的同时，节水工程也在同步建设，提高了灌溉水的利用效率，使灌溉总用水量下降，另外自动监测与控制系统

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工程的实施，也使用水者认识到地下水不能无节制的使用，提高了用水者的节水认识，自觉地采取节水措施。

晋中市地下水位自动监测及控制系统工程的建设，为晋中节水型社会建设开了个好头。为下一步全市地下水位观测控制体系建立奠定了基础，也为宏观用水总量控制和微观定额管理体系，用水计量、工程措施建设体系以及农业、生态管理体系的建立提供了原始资料。

5 晋中市地下水自动监测及控制系统存在的问题

晋中市地下水位自动监测及控制系统工程的建设不仅是给我们

带来了诸多好处，同时给我们带来了一些技术问题需要我们去探讨。

1)机井监测密度不够，数据不具全市地下水的普遍性。 2)在安装机井水位采集装置时泵管和井壁之间孔隙小的机井经常造成传感器卡住，需要选择孔隙大的。

3)由于通信采用公用GSM移动通信网络，对于通信不好的地方

的机井监测成为难题。

4)流量、累计水量监测采用水表和射频卡进行，冻涨和机井出沙等会对水表造成损坏，造成计量不准，下一步准备采用水电转换（射频卡）监测水量、累计水量。

5)数据采集单片机有极小几率的情况下死机，数模转换部分也有极小几率出现差错，造成乱码不识别。因此需要有技术人员定期检查维修，确保系统运行的稳定性。

6)乡村偷盗、打砸严重，出现过设备丢失或损坏的情况。

6 分析今后我国地下水自动监测的发展趋势

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在地下水位监测仪器方面，国外起步比较早，仪器精确而且性能稳定，但是造价昂贵，对于我国来说想要大面积、多点监测的话不太现实，而且关键一点是设备维修困难、仪器损坏需要国外进口，仪器操作方面也极其不为县乡村的技术员熟悉，这些方面的问题都影响了我们对国外先进仪器的引进。我们应该根据我国的国情，吸取国外先进仪器的优点，改造成我们自己习惯的、易操作的、造价低的仪器，扬长避短，消化吸收，建立既适合国情又尽可能与国际接轨的监测方法。

地下水环境监测仪器的发展课题：1)传感器、运算编译采集器、通讯器如何很好地用单片机结合起来。单片机的设计水平直接影响这套系统的稳定性、容错性和采集效率。

2)应用软件系统的完善。采回的数据需要整理和分析，完善系统会减少很多不必要的步骤。数据、图形、对比分析、信息搜索是软件的主要的、必不可少的部分。

3)性价比高。提高技术含量、降低成本不仅是开发商的目标，也是我们水利工作者的最希望要求。

4)提高产品的质量。地下水监测大多建在田间机井房的里面，工作条件恶劣，风沙多、气温变化大、长期无人清理等。这就要求地下水监测仪器能在恶劣的工作条件下稳定运行。 7 晋中市地下水自动监测的建设计划

晋中市地下水位灌溉机井监测及控制密度远远不够，现在才只有30台套，对水资源的利用只能起到参考作用，要想用地下

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水位监测的数据对晋中市的地下水资源进行分析以及接下来的地下水资源分配和控制是远远不够的，就像《山西省晋中市农业节水发展规划报告》中所要求的至少需要200套，收集的数据才能有效地对晋中市地下水资源进行分析。我们计划“十一五”期间每年增加30套，共完成150套，下一个五年计划前两年再完成50套，至2013年完成200套的地下水监测的布置网，这样我们就可以通过系统的监测很好的掌握了解晋中市地下水资源的情况，对超采地区进行控制，同时通过引洪补源对水资源匮乏地区、需求大的地区或者地下水位下降严重的地区进行供给。掌握了地下水的情况，就掌握了水资源分配主动权，掌握了主动权才能有效地对水资源分配和控制。水资源分配控制好了，农民才能常年有水，作物才能旱涝保收。地下水水位的保持也能保持机井的正常运作。像现在晋中市地下水水位下降严重，每五年就得更新一次井，要不就没水了。每年的打井和机井更新配套的投资占到了小水、节水投资的多半部分，我们省下了打井的投资就能建设更多的节水工程，就能节更多的水，节更多的水就更容易对水资源进行控制，这样的可持续的良性水资源循环，是我们水利发展的最终目标。 8 结论

晋中市地下水位自动监测及控制系统虽然取得了一些成绩，并积累了宝贵的技术经验，但是存在的问题还是很多的，一是监测规模不够、密度不够，远不能形成节水型社会地下水动态监测

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体系，工程目前在晋中市7个县（市、区）仅安装了30套，占全市机井（12 285眼）的0.24%；二是监测设备要提高精度和完好率；三是特别要完善信号死角，凡属地下水严重超采地区，就要建立和完善自动监测；四是要在完善监测的基础上，对数据进行综合分析，进一步指导晋中市的节水建设，达到水资源控制的目的，为水资源的可持续利用、国民经济的持续发展做出贡献。

作者简介：吴伟伟，男，1981年生，2001年哈尔滨工业大学自动化专业毕业，助理工程师。

[收稿日期：2008-07-14]

Present Situation and Research on Automonitor and Autocontrol of

Jinzhong’s Groundwater

WU Wei-wei

Abstract: The automonitor and autocontrol of groundwater are the main way to monitor and to manage groundwater dynamic regime nowadays. Through the research on the present situation on automonitor and autocontrol of groundwater level in Jinzhong city,the future construction and development direction of this technique in Jinzhong city are analyzed. Key words: Jinzhong city ground water automonitor and autocontrol research

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kj5p.html