一种高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测系统及方法与流程

本发明涉及一种高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测系统及方法。

背景技术：

对于地下水头较高的地区，如山东济南、济宁、泰安、临沂，河北邢台，山西阳泉、临汾等，这些地区的地下水头普遍高于地面，而且随着季节的变化，水头高度时高时低。针对这些特殊地区的水位、水质观测，一般使用传统的地下水长期观测井，这种观测井一般采用敞开式的，地下水的水头高度，及其物理、化学性质均通过人工采集获得。

针对这些特殊地区，使用这一传统观测方法主要带来三个方面的问题：

首先，对于高水位地下水水头，在丰水季节，它的水头高度可能超过井口，造成地下水不断涌出井口，造成水资源浪费，而且会对观测井周边的建筑、植被及工程施工产生影响；

其次，敞开式的井口容易导致污染物进入地下水，影响地下水的水质，打破水环境平衡；

最后，人工测量水头高度、采集水样本的成本高，而且获得的数据是间断性的。

对于前两个方面的问题，部分地区表现得尤为严重：部分地区为了观测地下水的水头高度，某单位在农田、村庄等地区附近设置了多口观测井，伴随着地区雨季的到来，观测井中的水不断涌出井口，造成了水资源浪费，而且对农田、村庄等造成了经济损失，更为严重的是，观测井附近存在许多污染源，对地下水的水质安全存在威胁。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测系统及方法，本发明既能解决敞口式观测井在丰水季节水涌出井口的问题，又能保护地下水不受污染，而且获得的数据是持续性的，因此将该方法应用在地下水长期观测井中具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测系统，包括井口气压封闭单元、检测感应单元和数据传输单元，其中：

所述井口气压封闭单元，包括设置在观测井井口的密封盒，所述密封盒隔绝井内与井外的空气；所述检测感应单元，包括设置在密封盒内的气压传感模块和设置在井内水的水温、水质感应模块；

所述数据传输单元包括若干个数据收集模块，收集检测感应单元采集的气压、水温与水质参数，实现观测井内参数的实时监测。

所述观测井内设置有漂浮盒，水温、水质感应模块设置于漂浮盒内。

所述气压传感模块放置于密封盒内，且气压传感模块的底端设置有气压应变膜，通过测得的气压值进行转化，得到地下水的水头高度。

所述数据收集模块包括井内数据收集模块和井口数据收集模块，分别收集气压传感模块和水温、水质感应模块的数据，并传输给远程控制系统。

所述井口密封盒通过密封圈与井壁接触，实现密封。

一种高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测方法，对观测井的井口进行密封，在密封面上检测井内的气压变化，以此转化为地下水的水头高度；同时采集井内的水温与水质，对其进行实时监测。

本发明的有益效果为：

(1)井口采取密封的形式，可以避免地下水位高度超过井口时，水涌出井口，又能避免水资源受到污染，这种观测井封闭监测方法，能够防止地下水在丰水季时水头高度高于井口而不断涌出；

(2)地下水水位变化后，由于井口是密封结构，水位变化会导致井内空气压缩或膨胀，通过水位变化值与井内空气压强之间的关系，确定地下水水头高度；

(3)封闭系统采集到的数据，可以通过无线传输的形式，发送到远程接收设备，可以对地下水的水位、水温、水质等实时监测；

(4)解决了高水位地下水观测井在丰水季节时，水不断涌出井口，造成水资源浪费的问题，同时，封闭监测在防止水资源污染方面也有积极的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图；

其中，1—井口密封盒；2—漂浮盒；3—橡胶密封圈；4—井口的数据收集、无线传输系统；5—压力感应与数据转化系统；6—气压应变膜；7—连接线；8—井底的数据收集、无线传输系统；9—远程无线数据接收设备；10—井壁；11—井内空气；12—井内自由水位面；13—水温、水质等感应、分析模块；14—地表面。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种用于测定高水位地下水水头、水质的观测井封闭监测方法，这种封闭监测方法，井口设置井口密封盒，密封盒通过橡胶密封圈或其它密封结构镶嵌在井壁上，这种结构能够隔绝井内与井外的空气，因此地下水水头的变化能够通过井内气压的变化反映出来；密封盒内设置气压传感器，得到的气压值通过数据转化系统，求出地下水的水头高度。在井内的自由水位面上放置漂浮盒，盒内设置水温、水质等感应、分析模块。整个系统收集的数据，通过有线或无线传输的形式汇总到井口的数据收集系统，然后发送到远程接收设备，可以对地下水的水头高度、水温、水质等实时监测。

本发明主要有两大功能：一是测定观测井中的地下水水位，二是测定地下水水温、水质等。观测井中的地下水水位的原理是，地下水水位变动后，由于井口密封，井内的气压产生变化，6—气压应变膜会出现相应的变形，通过5—压力感应与数据转化系统将气压值转化为具体的水头高度，通过7—连接线或无线传输的形式发送到4—井口的数据收集、无线传输系统中。地下水水温、水质等的监测主要通过2—漂浮盒，2—漂浮盒中包括许多元件，元件与地下水接触后，将地下水的物理、化学性质转化为数据信号，通过8—井底的数据收集、无线传输系统以无线或有线的形式发送到4—井口的数据收集、无线传输系统中。4—井口的数据收集、无线传输系统通过无线的形式发送到室内的9—远程无线数据接收设备。

通过图2可以看出，该系统主要分为三大部分：数据采集系统、数据收集传输系统、无线远程接收系统。其中，数据采集主要分为两个部分，地下水位监测系统，由5—压力感应与数据转化系统、6—气压应变膜、7—连接线组成；地下水物理、化学性质监测系统，由8—井底的数据收集、无线传输系统和13—水温、水质等感应、分析模块组成。数据收集传输功能通过4—井口的数据收集、无线传输系统实现；无限远程接收由9—远程无线数据接收设备实现。

密封盒下部设置气压应变膜的形测量气压，也可以通过特有的气压测量设备。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。