地下水自動監測系統在羅布泊地下鹵水監測中的應用

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司礦產資源部 新疆哈密839000）

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司礦產資源部 新疆哈密839000）

羅布泊現有的地下水觀測主要是由人工觀測和自動觀測混合組成，但是現有的地下水自動觀測系統只能監測，不具有強大的分析拓展和管理功能。要想科學合理地管理地下水資源，就離不開地下水監測軟件及相關分析工作的支持。本系統的開發突破了現有地下水自動監測系統的單一功能，能夠在結合人工監測的基礎上實現了基于地圖表征的建議數據接收，數據管理、數據處理分析、基站管理及用戶管理等多功能應用，該技術將可為羅布泊水文監測、地下水管理和分析決策提供極大的技術支撐。

地下水自動監測管理系統

羅布泊鉀鹽礦位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古族自治州若羌縣，塔里木盆地東部。地理坐標東經90°00′00″～ 91° 45′00″，北緯39°50′00″～41°05′00″。北部以庫魯克塔格山山前洪積扇為界，南至阿爾金山，東邊為北山，西邊為庫魯克沙漠。礦區面積6000km2，是世界上最大的液體鉀鹽礦之一[1]。

1 目前羅布泊地下鹵水水位觀測存在的主要問題

液體鉀鹽資源的合理、可持續開發利用，對鹵水資源使用情況的精確把握是公司生存和發展的關鍵條件，對鹵水資源精細化管理的要求也日益提高[2]。

公司現有羅北、騰龍、新慶三大鹵水鉀鹽礦區，覆蓋面積超過6000平方公里，有120個觀測點，只有簡易便道通行。前期，公司鉀鹽三大礦區的地下水位監測采用人工到現場觀測及少量的自動觀測。在每月一次的監測周期內，人工到現場觀測水位，每天只能平均完成7個觀測點水位的觀測，完成所有120個觀測點的水位觀測需20天，數據的及時性、準確性較差，人為因素影響很大。

2 地下水自動監測系統介紹

2013年8月19日，在公司召開的“羅布泊礦區地下水水位自動監測設備使用方案匯報及專家論證會議”上，通過公司領導和相關專家的論證認可，該系統于2014年12月開始實施，2015年8月底首先應用到羅北、騰龍、新慶三大礦區的70口觀測井。

地下鹵水水位動態監測是公司鹵水資源使用管理的一項重要的基礎性工作和前提條件，地下水水位自動監測系統應用到羅布泊礦區地下鹵水水位動態監測，突破了原有的人工監測方式的局限性，地下水水位數據能在同一時刻獲得。由于采用更加先進的資源管理模式，使資源管理水平得到極大提高[3]。

地下水自動監測系統是一個系統工程，主要由地下水自動監測信息采集子系統（野外數據采集部分）、北斗數據通信傳輸子系統系統（數據傳輸部分）、地下水自動監測信息管理子系統（監測中心管理軟件部分）三大部分構成，這三大部分相輔相成，密切配合，共同保障羅布泊礦區地下水自動監測工作的正常運行。

3 地下水自動監測系統應用功能

（1）地下水自動監測信息采集子系統（野外數據采集部分）主要由數據采集儀器（壓力傳感器）及數據采集傳輸模塊構成，主要是實現通過數據采集儀器對地下水水位、水溫、鹵水密度等參數的定時自動采集，并將信息傳送到北斗數據通信傳輸子系統。

壓力傳感器采用k1485型擴散硅絕壓傳感器芯片（進口）。

全量程壓力精度為：0.05%FS

量程為：0-20米

測量水位精度為：20米X 0.05%=1厘米（此精度優于業主要求精度2厘米）

溫度傳感器測量精度：±0.2攝氏度

以上參數指標優于或滿足要求。

傳感器材質為耐腐蝕316L不銹鋼，數據接口為RS485數字量，可直接為系統主板采集，避免了由模擬量信號轉數字量信號的精度損失。

該傳感器內部的溫度傳感器可實時對壓力傳感器進行溫度補償，降低了壓力傳感器因溫度變化產生的精度漂移現象。

鹵水密度是通過兩只壓力傳感器所測壓力的壓力差來計算獲得。在液體中，處在不同深度的壓強不同，根據物理公式P=ρgH，其中，P為壓強，ρ為液體密度，g為重力加速度，H為液柱高度。兩只壓力傳感器所測的壓強為：

P1=ρ鹵水*g*H1

P2=ρ鹵水*g*H2

ρ鹵水=（P1-P2）/g(H1-H2)

當兩只傳感器之間的深度差值已知時，即H1-H2為已知，g為常數，P1和P2可通過傳感器讀數測得。所以鹵水的密度就可以計算出。為了方便計算和保證測量精度，我們采用不銹鋼支架，將兩只傳感器通過固定螺紋固定到1米間距。從而保證了鹵水的水密度精度與壓力精度直接相關。當壓力精度為0.05%時，所測量計算得出的水密度精度遠高于5%的要求。

大氣壓計也是絕壓壓力傳感器的一種，為了保證水位測量值的準確性，以及各個壓力傳感器的一致性，大氣壓傳感器也選用同一廠家生產的大氣壓傳感器。大氣壓傳感器測量范圍為0.8-1.3Bar，測量精度為0.05%FS，輸出為RS485數字量輸出。

（2）北斗數據通信傳輸子系統(4)（數據傳輸部分）主要由北斗通信設備及數據傳輸鏈路構成，主要負責將地下水自動監測信息采集子系統采集到的數據通過北斗數據通信網絡傳輸到數據中心。

北斗通信機選用兩個型號，一種是用在各個監測井口的水文監測專用機型，第二種是用在數據中心接收數據的指揮機。

（3）地下水自動監測信息管理子系統(5)(6)(7)（監測中心管理軟件）主要包括數據接收解析模塊、數據庫系統以及信息管理模塊，主要完成野外各測站終端監測設備傳輸數據的接入，并實現實時監測數據的解析、顯示、查詢、儀器設備管理、通訊設備管理、監測井信息管理、報警等功能。

①硬件環境

內存：1GB（建議2GB）；

硬盤：20G或以上；

顯存：128MB或以上。

②軟件環境

軟件名稱 配置及說明Windows server 2003或以上版本 操作系統，用于數據服務器和WEB服務器Windows、Linux、unix、mac os 操作系統，用于業務處理計算機瀏覽器 支持W3C web技術標準

4 地下水自動監測系統在羅布泊地下鹵水監測中的作用

理想的地下水分布模型的建立，要求地下水位數據的取得最好在同一時刻，人工監測方式無法做到這一點。且每個觀測點每月只能取得一個數據。自動監測完全克服了人工監測方式的先天局限性，具有一下優勢：

（1）能保證所有觀測數據在同一時刻取得，數據同步性和及時性好。建立地下水分布模型的精度更高。

近日，法國圣愛美隆產區釀酒開拓者——杰樂貝干（J.LEGEGUE）酒莊新品晚宴在陽光上東MAISON CELINE隆重舉行，ADVINI集團中國大區總監Bertrand Jimenez亮相晚宴現場，品牌方攜5款新品驚艷亮相。

（2）獲取數據量大幅增加。地下水自動監測系統可自由設置水位數據采集時間間隔，最短可設為一分鐘采集一個數據。數據量上的極大豐富，可以使得對地下鹵水的分布情況和變化規律有更精確的把握。

（3）建立了完備的地下水資源數據庫，為鹵水地下水的研究提供了強大的數據分析支持，也成為全國資源體系以及資源遠景規劃的重要補充。

（4）對鹵水動態變化情況長期監測，掌握礦山資源開發利用狀況，保證鹽湖鉀鹽資源可持續利用，提高國產鉀肥自給率，滿足我國農業對鉀肥的需求、增加有效供給、減少國際貿易風險、節約外匯，加強新疆當地從資源優勢向經濟優勢轉換，為推動西部少數民族地區經濟發展，促進西部大開發工作。

（5）公司的水文長觀監測點分布在6000平方公里的地域，呈點多、面廣、線長的特點。因長觀測點大多處在鹽漠戈壁深處，除長觀人員外沒有其他人員進出，目前長觀工作都是借用原石油勘探便道及就近找路而行。石油勘探便道年久失修，路況極差，長觀車輛故障頻出，車輛維修費用高昂；從石油便道到長觀點因無路相通，長觀車輛無法到達長觀工作點，只能長距離步行，長觀工作人員野外作業強度大、風險高，羅布泊地下水自動監測系統的建設解決了人工觀測工作強度大，作業交通成本高；多數觀測井位沒有通訊信號，安全保障性差這一關鍵性問題。

5 該地下水自動監測系統在羅布泊鹵水中的應用具有一下幾個特點

5.1 創新性

對于淡水資源的地下水位自動監測系統在技術上已經比較成熟，但對于高礦化、不同礦區鹵水密度不同、密度值不穩定鹵水水位的自動監測，由于存在金屬材料耐腐蝕及地鹵水成分復雜，且礦區很多地方gprs網絡沒有覆蓋到，數據傳輸難等因素，行業內沒有成熟的方法可以借鑒。

從2008年起，項目組經過7年的努力，不斷摸索、試驗、改進技術方案，與生產廠家協調，對自動監測系統重新進行設備選型和設備改造，終于解決金屬探頭在高礦化度高腐蝕性、不同礦區鹵水密度不同、密度值不穩定鹵水中使用的技術難題[9]，該項目獲得2015年新疆維吾爾自治區測繪行業科學技術進步一等獎。

羅布泊高礦化度鹵水成分表

該系統采用適用于羅布泊礦區高礦化度、高腐蝕性、密度值不恒定地下鹵水介質的防腐材質的金屬探頭與北斗通信系統進行系統整合，以北斗衛星導航通訊功能為基礎，依托GIS的強大空間數據處理分析功能[10-11]，綜合集成了數據庫存儲技術、查詢檢索技術、串口通信技術、傳感器等技術，可部署在無人區。實現了野外無人區地下鹵水監測工作的智能化和自動化，邁出了野外無人區高礦化度高腐蝕性地下鹵水智能監測工作的一大步，填補了我國大范圍高礦化度地下鹵水監測自動化應用的空白。

5.2 先進性

該系統主要包括地下水自動監測信息采集子系統、北斗數據通信傳輸子系統、地下水自動監測信息管理子系統三個子系統。地下水自動監測采集子系統主要是通過數據采集儀器對地下水水位、水溫、鹵水密度等參數的定時自動采集[12]，并將信息傳送到北斗數據通信傳輸子系統。北斗數據通信傳輸子系統主要是將地下水自動監測信息采集子系統采集到的數據通過北斗數據通信網絡傳輸到數據中心。地下水自動監測信息管理系統主要完成野外各測點終端監測設別傳輸數據的接入，并實現實時監測數據的解析、顯示、查詢、儀器設備管理、通訊設備管理、監測井信息管理、報警功能等。

本系統實現了地圖與數據的完美結合，監測點等信息可以實時顯示在地圖上，便于用戶隨時進行查看、分析、統計，地圖可以兼容天地圖、百度地圖、高德地圖等，可以根據用戶需求自主進行選擇。功能模塊“一鍵關聯”，是指用戶點擊關聯菜單后，可將關聯數據一并帶入，從而減少繁瑣且重復的數據錄入工作，提高了數據的準確性。采用了web架構，無需本地安裝，可跨平臺、夸操作系統使用，非常適合缺乏維護人員的野外人員使用。同時具備了用戶自定義設置數據采集間隔和發送間隔的功能，支持遠程儀器設置功能，不需要人員到現場操作，大大節省了人工和交通產生的費用，節約了成本。該系統采用北斗衛星設備進行定位、通信等數據傳輸，解決了無人區通信問題和各類傳感器通信兼容性問題，豐富了地下水采集與傳輸的手段，極大的提高了野外無人區地下水監測的智能化水平。

5.3 實用性

自動化技術的應用，有效提高了工作效率，實現了原有管理模式的突破，使公司資源管理水平走到了全行業的前列?？山⑵鹳Y源管理數據庫，為以后進一步提高資源管理水平打下堅實基礎。

（1）可保證數據采集的及時性和同步性。數據采集頻率和數據采集量可根據需求隨時增加。

（2）實現了系統的高度集成與免維護。最大限度的有利于在野外無人區使用，易于操作和管理。

（3）具有鹵水密度補償、氣壓補償的功能，可排除鹵水密度變化和氣壓變化對測量精度的影響。

（4）管理方式靈活，環境適應性好。數據傳輸方式根據現場的實際條件進行選擇，即可遠程實時傳輸，也可本地存儲。

[1]新疆地礦局第二水文地質大隊，2006，新疆諾羌縣羅北凹地鉀鹽礦詳查報告。184-186

[2]郭建新，太原市地下水位動態監測及監測信息資料的應用分析，山西水利 2002年增刊 51-53

[3]姚永熙，地下水監測方法和儀器概述，水利水文自動化 2010年2月 第一期 6-8

[4]《北斗衛星導航系統公開服務性能規范》 V1.0

[5]《軟件工程術語》GB/T11457-1995

[6]《軟件維護指南》GB/T14079-93

[7]《在軟件開發、供應和維護中的使用指南》GB/T19000.3-1997

[8]MS系網研究小組Windows server2003系統配置、管理與應用（M）.北京：清華大學出版社.2005

[9]《化工工廠初步設計內容深度的規定》 HG/T20688-2000

[10]楊國范.基于WebGIS水資源管理信息系統的理論與實踐（M）.北京：中國水利出版社.2010

[11]周銀朋.基于GIS的地下水資源勘察信息系統的設計與實踐（J）.科技信息.2013 (8):303-307

地下水自動監測系統在羅布泊地下鹵水監測中的應用

■李文學

P2[文獻碼]A

1000-405X（2016）-10-213-1