一、背景

地下水是地球上重要的淡水資源，廣泛應用于工業、農業和生活用水。然而，近年來無節制的開采導致地下水量減少、水位下降，同時工業和生活污水的排放也使地下水水質惡化，引發地面沉降和生態退化等問題。傳統地下水監測手段難以預測水質趨勢和未來污染變化，限制了地下水的合理開發和利用。

地下水資源較地表水資源復雜，因此地下水本身質和量的變化以及引起地下水變化的環境條件和地下水的運移規律不能直接觀察，同時，地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞。因此準確開發保護地下水就必須依靠長期的地下水監測，及時掌握動態變化情況。

二、現狀分析

地下水位數據的收集不僅能夠及時、準確地反應問題，分析問題，解決問題，從而指導工作實踐，而且更是研究地下水位動態規律，掌握不同水文地質單元、不同層位、不同水源地地下水位變化特征的重要依據，對水資源的研究與管理具有重要意義。

地下水的監測是指對地下水的水位、水量、水質、水壓、水溫及流速、流向等自然或人為因素影響下隨時間或空間變化規律的監測。地下水的監測應根據巖土工程和建筑物穩定性的需要有目的、有計劃、有組織地進行。

當前地下水監測面臨諸多挑戰。一方面，部分監測點偏遠，供電困難，依賴太陽能電池板供電，且設備需具備獨立性、可擴展性和集成穩定性。另一方面，監測設備的選型和配置應依據具體監測需求和場地條件，綜合考慮各種因素。此外，監測設備的性能和數據質量也存在差異，需要加強設備的質量監管和數據管理。

三、解決思路

為應對地下水監測的挑戰，可從以下幾方面入手：

1.優化設備選型與配置：根據監測目的、場地條件和預算等因素，合理選擇監測設備，確保其適應性與可靠性。

2.強化設備質量監管：建立嚴格的質量標準和認證體系，加強對設備生產、安裝和運行的監管，確保監測數據的準確性和可靠性。

3.提升數據管理與應用水平：構建專業的數據管理平臺，對監測數據進行集中存儲、整理和分析，挖掘數據價值，為地下水管理和保護提供科學依據。

4.加強技術研發與創新：持續投入研發資源，推動監測技術升級，提高設備性能和智能化水平，如開發更高效的傳感器和數據傳輸技術。

四、系統組成和設備選型

地下水監測系統主要由以下部分組成：

1. 水位監測設備：如一體化水位水溫計、壓力式水位計等，用于測量地下水位變化，適用于不同量程和精度要求。

一體化水位水溫計：

水位水溫計用于測量水井水位、水溫，將測量的數據通過信號線傳送給遙測終端機。

水位水溫計中內置壓力、溫度、敏感元件，利用壓力電阻效應，將承受的液壓轉換成電信號，再由電壓電流轉換器，把電信號變換成RS485標準遠傳信號。

計算公式：P=PI+Q*H

其中 P:被測液體壓力；PI:大氣壓力；H:液體深度；Q:被測液體比重

由于大氣壓隨地理位置高度的不同而變化，為了消除大氣壓變化引起的測量誤差，傳感器采用導氣電纜，將大氣壓PI導入敏感元件另一側，導氣電纜的導氣孔于大氣連通。從而使計算公式變為：P=Q*H

這樣就消除了大氣壓力變化引起的測量誤差，測量精度可達0.05%

對于波動較大的水池的液位測量，可以根據具體情況采用防波管、固定支架等手段固定變送器。

2.水質監測設備：包括多參數水質分析儀、水質采樣器等，可監測pH值、電導率、溶解氧、重金屬含量等水質參數，滿足多樣化的水質監測需求。

3.數據采集與傳輸設備：如數據采集器、遙測終端機等，負責采集傳感器數據，并通過有線或無線通信方式傳輸至監控中心，確保數據的及時性和完整性。

4.遠程監控與管理平臺：由服務器、監控軟件等組成，實現對監測數據的接收、存儲、展示和分析，支持遠程設備管理和控制，提升監測系統的運行效率和管理水平。

數據采集部分：數據采集部分由水位傳感器、水溫傳感器、PH傳感器、電導率傳感器、濁度傳感器等其他地下水監測傳感器，對地下水質進行數據的采集;

網絡傳輸部分：網絡傳輸部分主要設備為智能遙測終端，負責連接前端采集設備，將前端采集設備的采集數值通過4G無線網絡或其他網絡對數據進行傳送;

數據管理中心：數據管理中心又可以分為三個小部分，分別是水資源監測云平臺、數據處理中心、數據庫存儲，水資源監測云平臺可使用水資源監測云平臺也可以使用用戶自己開發的水資源監測云平臺，通過大屏、PC端、移動端對圖形化后的數據進行展示與處理，同時將數據存入數據庫中，對數據進行永久化存儲。

地下水在線監測系統運用現代傳感器技術、物聯網技術，結合移動通信技術，對地下水的pH、水溫、溶解氧、濁度、電導率、水位、氨氮、氯化物等因子進行實時監測，通過水利遙測終端實時將數據上傳到監測中心平臺，平臺自動接收存儲數據，并對地下水變化規律進行分析。系統采用太陽能供電或鋰電池自供電，節省能耗。

在設備選型方面，需綜合考慮測量范圍、精度、穩定性、環境適應性、成本等因素，以確保監測系統的性能和可靠性。

五、應用場景

1.城市供水水源地監測：在城市供水水源地安裝地下水監測設備，實時監測水位和水質變化，確保供水安全。一旦發現水質異常，及時采取措施，防止污染水源進入供水系統。

2.工業污染場地監測：對工業污染場地周邊的地下水進行長期監測，評估污染物的擴散趨勢和影響范圍，為污染治理和風險防控提供依據。通過監測數據指導治理工程的實施，降低治理成本，提高治理效果。

3.農業灌溉區監測：在農業灌溉區監測地下水位和水質，合理安排灌溉用水，防止過度開采和水質污染。根據監測數據優化灌溉制度，提高水資源利用效率，保障農業可持續發展。

通過以上措施，可以有效提升地下水監測的效率和質量，為地下水的合理開發、利用和保護提供有力支持，保障地下水資源的可持續利用。

六、水測家項目案例

唐山地下水監測項目