深井抽水试验水位监测解决方案

一、方案背景与目标

1.1 背景

深井抽水试验是水文地质勘察、地下水资源评价、工程地质勘察的核心手段之一，其目的在于获取含水层渗透系数、导水系数、储水系数等关键水文地质参数，为地下水资源开发利用、地下水污染防控、基坑降水设计等工程实践提供科学依据。水位监测作为抽水试验的核心环节，直接决定了试验数据的准确性、可靠性与连续性，进而影响水文地质参数计算的精度。当前传统水位监测方式（如人工测绳测量）存在效率低、误差大、无法实时连续监测、数据追溯性差等问题，难以满足复杂水文地质条件下高精度试验的需求。因此，构建一套自动化、高精度、高可靠性的深井抽水试验水位监测解决方案至关重要。

1.2 核心目标

实现抽水试验全过程水位数据的实时连续采集，消除人工测量的时间间隔误差，完整捕捉水位降深、恢复过程的动态变化规律。

保障监测数据的高精度，控制水位测量误差在允许范围内（≤1cm），满足水文地质参数计算的精度要求。

具备数据存储、传输、分析与可视化功能，实现数据的实时追溯、异常预警与快速处理，提升试验管理效率。

适应不同井况（如深井、斜井、含砂量较高的井）和复杂现场环境（如高温、低温、潮湿、电磁干扰），确保系统稳定运行。

二、方案核心原则

高精度优先：选用符合水文地质试验标准的监测设备，结合校准技术，确保水位测量精度满足试验要求。

自动化与智能化：减少人工干预，实现数据自动采集、传输、存储与分析，提升监测效率与数据可靠性。

可靠性与稳定性：设备选型兼顾环境适应性与抗干扰能力，系统具备故障自诊断、数据备份等功能，保障试验期间连续运行。

实用性与扩展性：方案设计贴合现场实际操作需求，设备安装便捷、维护简单；同时预留接口，可根据试验需求扩展多参数监测（如水温、水压、流量）功能。

数据安全可追溯：建立完善的数据存储与管理机制，确保数据不丢失、可追溯，支持数据导出与二次分析。

三、监测系统总体架构

本方案采用“感知层-传输层-数据层-应用层”四层架构，实现深井抽水试验水位的全流程监测与管理，架构如下：

3.1 感知层：水位数据采集终端

核心功能：直接接触地下水，实时采集水位数据，是监测系统的基础。根据深井特点与试验精度要求，选用两种核心采集设备组合使用，确保数据全面可靠。

3.1.1 核心设备选型

水位监测：采用工业级高精度抽水试验专用地下水位监测仪（如东方万和 WH311 型，测量精度 ±0.1% FS，支持实时数据传输），分别安装在试验井及观测井（如有），传感器下入深度需确保全程淹没在水中，避免气泡干扰。

流量计量：选用西门子电磁流量计或超声波流量计（精度≥1.0 级），安装在出水管路平直段，前后预留足够直管段（如前 10D、后 5D，D 为管径）。

辅助设备：压力表（监测泵出口压力）、计时器、数据记录仪（同步存储水位、流量、压力数据）、水样采集容器等。

排水系统：采用管道将抽出的地下水引至远离试验井的排水点，避免回流补给含水层，影响试验结果。

（2）设备安装与调试

潜水泵安装：确保泵体垂直下入，电缆固定牢固，避免运行时摩擦井壁；连接出水管路时做好密封，防止漏水。

监测设备校准：试验前对水位监测仪、流量计进行零点校准和精度校验，WH311 型可通过 485 通讯接口与电脑连接，设置采样间隔（建议 1-5 分钟 / 次）。或者配套抽水试验专用的WH6显示记录仪，一分钟自动记录一次数据，自动生成水位数据表格，曲线图柱状图分析，方便后续的试验数据整理。

试运行：启动潜水泵，测试设备运行稳定性，检查流量、水位监测数据是否正常传输，排查管路漏水、泵体异响等问题。

3.1.2 辅助设备

水位测管：选用PVC或不锈钢材质，直径50-100mm，下入深井内，确保液位变送器在测管内稳定放置，避免水流扰动、泥沙沉积对传感器的影响。

温度传感器：集成于液位变送器内，实时采集水温数据，用于水位测量的温度补偿，同时可作为水文地质分析的辅助参数。

3.2 传输层：数据传输网络

核心功能：将感知层采集的水位数据实时传输至数据层，确保数据传输的稳定性、实时性与安全性。根据现场环境（如是否有公网覆盖、井场距离监测中心远近），采用“有线+无线”双模传输方式：

有线传输：对于井场距离监测中心较近（≤500m）、现场环境复杂（电磁干扰强）的场景，采用RS485总线传输。RS485总线具备抗干扰能力强、传输距离远、功耗低等特点，将液位变送器、激光水位计的信号接入数据采集终端，通过屏蔽线缆传输至监测中心。

无线传输：对于井场偏远、无有线传输条件的场景，采用4G/5G/NB-IoT无线传输模块。数据采集终端将采集的水位数据加密后，通过移动运营商网络传输至云平台或本地服务器，实现远程数据接收与监控。同时具备蓝牙/WiFi本地通信功能，方便现场调试与数据导出。

3.3 数据层：数据存储与管理

核心功能：实现水位数据的存储、备份、加密与管理，为应用层提供数据支撑。采用“本地+云端”双存储模式：

本地存储：在现场数据采集终端内置SD卡（容量≥32GB），实时存储采集的水位数据，采样间隔可设置（1s-60min可调），确保在网络中断时数据不丢失。数据格式采用标准CSV格式，方便本地导出与查看。

云端存储：搭建云平台或租用云服务器，将无线传输的实时数据存储至云端数据库（如MySQL、MongoDB）。云端数据库具备数据加密、冗余备份、权限管理功能，支持海量数据的长期存储与快速检索。同时实现本地与云端数据的同步更新，确保数据完整性。

3.4 应用层：数据可视化与分析平台

核心功能：实现水位数据的实时展示、分析、预警与管理，为试验人员提供直观的决策依据。应用层包括电脑端监测软件、移动端APP与现场显示终端：

实时监测与可视化：实时展示当前水位、累计降深、水温等数据，通过折线图、柱状图等形式直观呈现水位随时间的变化曲线（抽水阶段、稳定阶段、恢复阶段），支持多井数据对比展示。

数据分析功能：自动计算水位降深速率、稳定时间等参数，支持数据导出（Excel、PDF格式），可对接水文地质参数计算软件（如AquiferTest），直接导入数据进行渗透系数等参数计算。

异常预警功能：预设水位异常阈值（如水位突变、超量程），当监测数据超出阈值时，系统通过声光报警（现场终端）、短信、APP推送等方式及时提醒试验人员，便于快速排查故障（如设备故障、井管堵塞）。

试验管理功能：支持试验项目信息录入（井号、试验时间、试验类型）、监测设备校准记录管理、数据日志查询等功能，实现抽水试验的全流程规范化管理。

四、关键技术要点

4.1 高精度校准技术

为确保水位测量精度，采用“出厂校准+现场校准”双重校准机制：

出厂校准：设备出厂前通过标准液位校准装置进行多点校准，确保测量精度符合要求，并提供校准证书。

现场校准：试验前，采用人工测绳（经校准）对水位进行多次测量，将测量结果与液位变送器、激光水位计的监测数据进行对比，计算修正系数，对监测数据进行校准；试验过程中，定期（每2小时）进行一次现场校准，确保数据准确性。

4.2 抗干扰与稳定性保障技术

电磁干扰防护：采用屏蔽线缆传输有线信号，设备外壳采用金属屏蔽设计，避免工业设备、高压线路等电磁干扰对数据采集的影响；无线传输模块采用加密通信协议，抵抗信号干扰。

环境适应性保障：选用宽温域设备（工作温度-20℃~60℃），适应高温、低温现场环境；液位变送器采用IP68防护等级，防止地下水渗漏损坏设备；激光水位计镜头配备防尘、防水罩，避免灰尘、雨水影响测量精度。

电源稳定性保障：采用“市电+备用电池”双电源供电模式。现场有市电条件时，通过220V市电供电；无市电条件时，采用锂电池组（容量≥100Ah）供电，支持设备连续运行72小时以上，并具备电量监测功能，低电量时发出预警。

4.3 数据同步与补传技术

当网络中断时，数据采集终端自动将数据存储至本地SD卡；网络恢复后，系统自动检测断网期间的缺失数据，并将其补传至云端数据库，确保数据的连续性与完整性。同时采用时间同步技术（NTP网络时间同步），确保所有监测设备的时间统一，避免数据时间戳误差。

五、系统安装与调试流程

5.1 前期准备

现场勘查：了解深井深度、井口尺寸、水质情况、现场供电与网络条件，确定设备安装位置与传输方式。

设备检查：核对液位变送器、激光水位计、数据采集终端、传输模块、电源等设备的型号、参数，确保设备完好。

辅助材料准备：准备水位测管、屏蔽线缆、固定支架、防水接头、接地装置等安装材料。

5.2 设备安装

水位测管安装：将水位测管下入深井内，底部距离井底1-2m，顶部固定在井口，确保测管垂直、稳定，无渗漏。

液位变送器安装：将液位变送器通过吊装装置下入水位测管内，深度根据井深与试验需求确定，确保传感器完全浸没在地下水中，电缆通过防水接头引出井口，连接至数据采集终端。

激光水位计安装：将激光水位计固定在井口支架上，调整镜头角度，确保激光束垂直照射至水面，避免遮挡。

传输与供电设备安装：在井口附近安装数据采集终端、传输模块与电源箱，采用防水、防晒设计；连接线缆，做好接地处理，确保设备安全运行。

5.3 系统调试

参数设置：通过电脑端软件或移动端APP设置采样间隔、水位阈值、传输方式、网络参数等。

数据采集调试：启动系统，检查液位变送器、激光水位计是否正常采集数据，数据传输是否稳定，本地与云端数据是否同步。

精度校准：采用人工测绳进行现场校准，计算修正系数，调整设备参数，确保测量精度符合要求。

预警功能调试：模拟水位异常情况（如人为调整变送器深度），检查系统是否正常发出声光报警、短信或APP推送预警。

5.4 试运行

系统调试完成后，进行24小时试运行，监测设备运行状态、数据采集连续性与传输稳定性，排查并解决试运行过程中出现的问题，确保系统满足抽水试验要求。

六、运行维护与质量控制

6.1 日常运行维护

设备巡检：试验期间，每2小时对现场设备进行一次巡检，检查设备运行状态、电源电量、线缆连接情况，及时处理设备故障。

数据检查：实时查看监测数据，对比液位变送器与激光水位计的测量数据，发现数据异常时及时排查原因（如传感器故障、线缆松动、水流扰动）。

清洁维护：定期清理激光水位计镜头的灰尘、雨水，检查液位变送器的防护情况，避免泥沙附着影响测量精度。

6.2 质量控制措施

设备校准：定期（每6个月）对液位变送器、激光水位计、人工测绳等设备进行专业校准，确保设备精度符合标准。

数据审核：试验结束后，对监测数据进行审核，剔除异常数据，补充缺失数据，确保数据的准确性与完整性。

记录管理：详细记录设备安装、调试、校准、巡检等过程的相关信息，建立试验档案，确保数据可追溯。

6.3 故障处理预案

数据中断：检查网络连接或线缆连接情况，若为网络故障，切换至备用传输方式；若为设备故障，及时更换备用设备。

数据异常：若液位变送器与激光水位计数据偏差较大，检查传感器安装位置、是否存在泥沙附着或水流扰动，重新进行现场校准。

设备断电：切换至备用电池供电，检查市电故障原因，及时恢复供电；若备用电池电量不足，更换电池。

七、方案优势

高精度与高可靠性：采用高精度液位变送器与激光水位计组合监测，配合双重校准技术，确保水位测量精度≤1cm；双电源、双模传输、双存储设计，保障系统稳定运行与数据完整性。

自动化与智能化：实现数据自动采集、传输、存储与分析，减少人工干预，提升监测效率；具备异常预警功能，便于快速排查故障，降低试验风险。

环境适应性强：设备具备高防护等级与宽温域工作能力，可适应深井、复杂水质、高温低温、电磁干扰等多种现场环境。

数据安全可追溯：本地+云端双存储模式，数据加密与冗余备份，确保数据不丢失、可追溯；完善的试验档案管理功能，满足规范化试验要求。

灵活扩展与便捷操作：预留多参数监测接口，可扩展水温、水压、流量等监测功能；支持本地与远程操作，设备安装、调试、维护简单便捷。

八、适用场景

水文地质勘察：地下水资源评价、含水层参数测试、地下水动态监测等抽水试验。

工程地质勘察：基坑降水工程、隧道施工降水、地下工程排水等抽水试验。

地下水污染防控：污染场地地下水修复、地下水污染监测等抽水试验。

其他：深井水位长期监测、水利工程抽水试验、矿山地下水监测等场景。

九、结论

本深井抽水试验水位监测解决方案通过“感知层-传输层-数据层-应用层”的全流程架构设计，整合高精度监测设备、稳定的传输网络、安全的数据管理与智能的分析平台，实现了抽水试验水位的实时、连续、高精度监测。方案具备环境适应性强、数据可靠、操作便捷、可扩展等优势，能够有效解决传统监测方式的弊端，为水文地质参数计算、工程实践提供科学准确的数据支撑，适用于各类深井抽水试验与水位监测场景。