韋國(guó)付

摘 要：研制水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的工作負(fù)擔(dān)，有效的縮短水文試驗(yàn)的周期，降低生產(chǎn)成本。文章主要探討了水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)的研制，以及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；研制與應(yīng)用

研制水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的工作負(fù)擔(dān)，有效的縮短水文試驗(yàn)的周期，降低生產(chǎn)成本。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：減少水文試驗(yàn)的次數(shù)；提高試驗(yàn)效率；降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)完成穩(wěn)定性和非穩(wěn)定性的抽水試驗(yàn)，并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)告。目前，我國(guó)在獲取水文地質(zhì)參數(shù)中使用的方法主要包括注水試驗(yàn)和壓水試驗(yàn)等。但是，這些方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且數(shù)據(jù)處理的精度也很低。因此，有必要研制一種簡(jiǎn)單、方便而有快捷的水文試驗(yàn)方法，并通過研發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析處理軟件，來提高水文地質(zhì)相應(yīng)參數(shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性。

在二十世紀(jì)五十年代初，M.J.沃斯列夫首先在水文地質(zhì)試驗(yàn)中使用了沖擊試驗(yàn)技術(shù)，同時(shí)也研發(fā)出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。沖擊試驗(yàn)的主要原理是：在待測(cè)定地區(qū)的水位達(dá)到一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)后，快速的向外抽出一定量的水，或是向內(nèi)注入一定量的水。隨后仔細(xì)觀察并記錄該區(qū)域的水位恢復(fù)情況，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，分析總結(jié)出這一地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)。伴隨著該技術(shù)的提出，在此后的幾十年里，國(guó)內(nèi)外針對(duì)沖擊試驗(yàn)做了大量的研究性工作。發(fā)表了大量的有關(guān)沖擊試驗(yàn)的文章和專著。但是，在我國(guó)對(duì)于沖擊試驗(yàn)的研究則相對(duì)較少。借鑒國(guó)外五十多年的研究結(jié)果和技術(shù)，沖擊試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為了一種可以在水文地質(zhì)參數(shù)測(cè)定中被成熟應(yīng)用的手段，而且大力促進(jìn)沖擊試驗(yàn)在我國(guó)水文地質(zhì)參數(shù)測(cè)定領(lǐng)域，以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用也十分必要。

1 水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

1.1 水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)的作用可以概括為兩個(gè)方面的內(nèi)容：首先，使用科學(xué)的手段和方法，對(duì)傳統(tǒng)水文試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析；其次，使用新的水文試驗(yàn)方法--沖擊試驗(yàn)技術(shù)。在傳統(tǒng)的水文試驗(yàn)過程中，由于受到技術(shù)等多方面因素的限制，對(duì)非平穩(wěn)性的水流試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理一直存在著很多的問題，使得分析得到的結(jié)果不穩(wěn)定，精準(zhǔn)度也不高。但是，在自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)中，可以根據(jù)試驗(yàn)的需要來設(shè)計(jì)和建立科學(xué)的計(jì)算方式，而且在該系統(tǒng)中，可以利用內(nèi)插法和比對(duì)法等計(jì)算手段來科學(xué)分析和處理非平穩(wěn)性的水流試驗(yàn)，獲得的試驗(yàn)結(jié)果具有極高的可信度。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)的組成主要包括兩個(gè)部分：一是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；二是后處理系統(tǒng)。其中前者主要是由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)程序、鉆孔探頭和攪動(dòng)水文設(shè)備等設(shè)備組成。而后者的組成部分則不包含硬件設(shè)備。在進(jìn)行水文地質(zhì)的試驗(yàn)過程中，這兩個(gè)系統(tǒng)能夠單獨(dú)的開展試驗(yàn)工作。也就是說，在試驗(yàn)的過程中，可以通過這兩個(gè)系統(tǒng)來獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行單獨(dú)的分析和處理。

1.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是獲得水文地質(zhì)參數(shù)的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，下面就其兩個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的論述。

首先，水位攪動(dòng)設(shè)備；作為沖擊試驗(yàn)中的關(guān)鍵專業(yè)設(shè)備，攪動(dòng)設(shè)備的主要作用是讓試驗(yàn)區(qū)域的水位能夠在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生快速的變化。在此過程中，經(jīng)常使用的輔助設(shè)備是硬聚氯乙烯管。在使用硬聚氯乙烯管時(shí)，需要將內(nèi)管道內(nèi)部填充滿流砂，并封住硬聚氯乙烯管的兩端。但是，這種硬聚氯乙烯管的最大缺點(diǎn)就是攜帶不方便。在試驗(yàn)的過程中，選擇使用體積較大的硬聚氯乙烯管，保證管道內(nèi)的水位發(fā)生明顯的變化。除了硬聚氯乙烯管，在試驗(yàn)中，還可以選擇內(nèi)部裝有鋼珠的提桶，這可以省去注入流砂的過程，而且提桶的下端是中空的，方便水的進(jìn)入。提桶的內(nèi)部是節(jié)狀，方便于調(diào)整提桶的長(zhǎng)度，同時(shí)，提桶的重量較輕，方便攜帶。需要注意的是，為確保試驗(yàn)過程中提桶能夠吻合鉆孔，在將提桶放入到鉆孔的同時(shí)，再加入一條電纜。同時(shí)，為了能夠保證電纜的安全性，將提桶的兩端進(jìn)行打磨也是必要的。

其次，科學(xué)合理的收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)；由于在水文試驗(yàn)中，數(shù)據(jù)的傳輸量和測(cè)量系數(shù)之間是一種非線性的關(guān)系，因此，在數(shù)據(jù)的處理過程中，就必須要使用一種科學(xué)合理的處理方法。通常使用的處理方法有兩種：一是軟件處理（數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)常用的方法），二是硬件處理。在試驗(yàn)開始前，通過專業(yè)的設(shè)備對(duì)水面到水泵底端之間進(jìn)行標(biāo)注（每隔一米標(biāo)注一次）。同時(shí)還要將管道周圍的電纜固定好，以避免在試驗(yàn)過程中傳感器的位置發(fā)生變化。在水文試驗(yàn)的過程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在無人操作的前提下，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)特定區(qū)域內(nèi)的水位變化。針對(duì)那些水位變化相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域，在試驗(yàn)過程中，可以縮短記錄時(shí)間的間隔。而且，由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有龐大的儲(chǔ)存系統(tǒng)，可以同時(shí)保存數(shù)十萬組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在實(shí)際測(cè)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)滲透性相對(duì)較弱的地層需要的存儲(chǔ)空間更大一些。

1.3 后處理系統(tǒng)

后處理系統(tǒng)使用的是專業(yè)軟件編寫的程序，在這些程序中，包含了試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)報(bào)表等內(nèi)容。一般是將這些軟件安裝在計(jì)算機(jī)等相應(yīng)的先進(jìn)設(shè)備上，并通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的篩選和分析，來確定所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)使用專業(yè)的計(jì)算方法來計(jì)算特定區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)參數(shù)。最終將這些數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果以生產(chǎn)試驗(yàn)報(bào)表的形式體現(xiàn)出來。

后處理系統(tǒng)分為三個(gè)模塊：定性水流分析模塊、非定性水流分模塊和沖擊試驗(yàn)?zāi)K。同時(shí)，可以將系統(tǒng)中的應(yīng)用界面劃分為以下幾個(gè)主要部分：數(shù)據(jù)信息區(qū)域（該區(qū)域的功能是通過對(duì)特定數(shù)據(jù)的處理和分析，例如可以通過搜索和選取等手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特殊處理和分析）；計(jì)算方法選擇區(qū)域（通過該區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)一些特殊數(shù)據(jù)的錄入，以及實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和非穩(wěn)定性水流沖擊試驗(yàn)的計(jì)算）等。通常是在沖擊試驗(yàn)過程中，具體是在提桶離開水面之前，開始對(duì)測(cè)定區(qū)域的水文變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤記錄，直到試驗(yàn)結(jié)束。在試驗(yàn)完成后，在收集整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中，可以有選擇性的使用一些計(jì)算需要的數(shù)據(jù)，而其余的數(shù)據(jù)則可以被刪除。

2 結(jié)束語(yǔ)

水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)，可以提高現(xiàn)場(chǎng)水文試驗(yàn)的工作效率，并且可以顯著降低現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的工作負(fù)擔(dān)，有效的縮短水文試驗(yàn)的周期，降低生產(chǎn)成本，尤其是可以極大的提高試驗(yàn)效率。這就要求我們切實(shí)要做好水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)的研究應(yīng)用工作。

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