CN106197541B - 一种地下水自动监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下水自动监测设备，包括在线监测单元、数据的数据处理单元和主控制单元，通过在线监测单元既能够实时监测地下水的水位、水温和水质的情况，还能对流动的地下水进行取样，并且能够减少取样过程中外界环境对水样的影响，保证原始数据的准确性；通过流速流量测量装置能够实时地测量从地表流出的地下水的流速及流量，并且在数据处理单元综合处理地下水的相关数据，以提高的地下水的使用价值；通过地层测量装置能够实现实时监控降雨之后地下水的水位及水质的变化情况，并以此判断污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律。

Description

一种地下水自动监测设备

技术领域

本发明涉及地下水监测技术领域，尤其涉及一种地下水自动监测设备。

背景技术

通过监测降雨发生后地下水水位及水质的变化情况，能够判断地下水的流动方向、分析降雨对污染物在土壤和地下水中的淋滤效果，预测和评价污染物的迁移趋势，研究污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律，对于掌握和防治地下水污染具有重要意义，而目前在研究过程中存在采样的盲目性和繁琐性等问题，另外由于地下水向湖或海底而流，因此其流动受地质的构成成分的影响，为了对地下水进行更好地管理和利用，就需要对流出到地表上的地下水的流速及流量进行测量和实时监控。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种地下水自动监测设备，能够在正常情况下和降雨过后实时监控地下水资源的水温、水位和水质的变化，同时能够对流动的水进行取样操作，并且能够测量和监控地下水地表流出的流量和流速。

本发明所采用的技术方案为：一种地下水自动监测设备，包括在线监测单元、接收所述在线监测单元所采集的数据的数据处理单元和处理所述数据处理单元输出的结果的主控制单元，所述在线监测单元包括水质监测装置、流速流量测量装置和地层测量装置，所述水质监测装置包括遮光监测箱和分别与所述数据处理单元信号连接的水质监测传感器组和水位测定仪，所述水质监测传感器组设置在所述遮光监测箱内，所述水位测定仪设置在所述遮光监测箱之外，所述遮光监测箱的侧壁上设置分别有进水口、出水口和取样口，所述出水口和所述取样口均与设置在所述遮光监测箱的同一侧壁上，所述进水口与抽水组件管道连接，且所述出水口和所述取样口均设置在低于所述进水口处，所述进水口、所述出水口和所述取样口上均设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述第一控制器电连接，所述取样口设置有遮光试样瓶，所述遮光监测箱上还设置有蓄电池和第一控制器，所述蓄电池和所述第一控制器电连接，所述流速流量测量装置包括与所述数据处理单元信号连接的压力传感器，所述地层测量装置包括感应器、信号记录器和地层监测传感器组，所述感应器与所述信号记录器信号连接，所述信号记录器和所述地层监测传感器组均与所述数据处理单元信号连接，所述数据处理单元包括数据输入装置、数据存储装置、数据解析装置、数据发送装置、显示器和指示灯，所述水质监测传感器组、所述压力传感器和所述信号记录器均与所述数据输入装置信号连接，所述数据输入装置和所述数据存储装置之间信号连接，所述数据存储装置与所述数据解析装置之间信号连接，所述数据解析装置与所述数据发送装置之间信号连接，所述数据发送装置采用无线通讯方式与所述主控制单元通信，所述显示器和所述指示灯均与所述数据解析装置信号连接。

进一步的，所述抽水组件包括气泵和采集器，所述气泵与所述第一控制器信号连接，所述采集器分别与所述气泵和所述进水口管道连接。

进一步的，所述水质监测传感器组与所述第一控制器电连接，所述水质监测传感器组包括温度传感器、pH传感器电导率传感器和溶解氧传感器。

进一步的，所述水位测定仪与所述第一控制器电连接。

进一步的，所述压力传感器设置在所述流量计上，所述流量计与设置在地表区域上的储水槽管道连接，所述流量计上设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀和所述流量计上的第二控制器信号连接。

进一步的，所述感应器包括承接雨水的承水器和可倾倒的计量翻斗，所述承水器和所述计量翻斗相连，所述计量翻斗与所述信号记录器信号连接，所述信号记录器与所述第一控制器信号连接。

进一步的，所述地层监测传感器组包括设置在地上的气压传感器和设置在监测点分层标孔内的土层压缩量和膨胀量传感器。

进一步的，所述遮光监测箱上还设置有备用太阳能供电模块，所述备用太阳能供电模块和所述第一控制器电连接。

本发明的有益效果为：通过在线监测单元既能够实现实时监测地下水的水位、水温和水质的情况，又能实现对流动的地下水进行取样的目的，并且能够减少取样过程中外界环境对水样的影响，保证原始数据的准确性。

通过流速流量测量装置能够实时地测量从地表流出的地下水的流速及流量，并且在数据处理单元综合处理地下水的相关数据，以提高的地下水的使用价值。

通过地层测量装置能够实现实时监控降雨之后地下水的水位及水质的变化情况，并以此判断污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律，同时还能够监测个监测点地下各土层的压缩量、膨胀量，从而为地面的沉降研究和防治提供分析的依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1所示水质监测装置的结构示意图；

图3是图1所示流速流量测量装置的结构示意图；

图4是图1所示地层测量装置的结构示意图。

图中：1、在线监测单元；2、数据处理单元；21、数据输入装置；22、数据存储装置；23、数据发送装置；24、显示器；25、指示灯；26、数据解析装置；3、主控制单元；4、水质监测装置；41、水质监测传感器组；42、遮光监测箱；421、进水口；422、出水口；423、取样口；424、蓄电池；425、遮光试样瓶；43、抽水组件；431、气泵；432、采集器；44、第一控制器；45、第一电磁阀；46、水位测定仪；5、流速流量测量装置；51、压力传感器；52、流量计；53、储水槽；54、第二电磁阀；6、地层测量装置；61、感应器；611、承水器；612、计量翻斗；62、信号记录器；63、地层监测传感器组。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种地下水自动监测设备，包括在线监测单元1、接收在线监测单元1所采集的数据的数据处理单元2和处理数据处理单元2输出的结果的主控制单元3，在线监测单元1将收集到的数据传送给数据处理单元2，数据处理单元2进行综合处理后将数据发送给主控单元3。

优选的，在线监测单元1包括水质监测装置4、流速流量测量装置5和地层测量装置6，通过水质检测装置4能够采集地下水的水位、水温和水质的相关数据，通过流速流量测量装置5能够采集地下水地表流出的流速和流量的相关数据，通过地层测量装置6能够采集降雨量和地下各土层的压缩量、膨胀量等相关数据。

优选的，水质监测装置4包括遮光监测箱42和分别与数据处理单元2信号连接的水质监测传感器组41和水位测定仪46，如图2所示，水质监测传感器组41设置在遮光监测箱42内，遮光监测箱42的侧壁上分别设置有进水口421、出水口422和取样口423，出水口422和取样口423均设置在遮光检测箱42的同一侧壁上，进水口421与抽水组件43管道连接，且出水口422和取样口423均设置在低于进水口421处，使地下水上进下出，营造稳恒流速，最大程度的保证数据的真实性，通过取样口423在水样流动的情况下进行取样，以减少外界环境对水样的影响。通过将水位测定仪46放入到监测井的地下水中，能够采集到地下水的水位的相关数据，并传送到数据处理单元2。

优选的，抽水组件43包括气泵431和采集器432，气泵431与第一控制器44信号连接，采集器432分别与气泵431和进水口421管道连接。气泵431是否工作由第一控制器44进行控制，通过气泵431将监测点的地下水采集到采集器432中，经过采集器432的地下水由遮光检测箱42的进水口421进入。进水口421、出水口422和取样口423上均设置有第一电磁阀45，第一电磁阀45与遮光监测箱42上的第一控制器44电连接，取样口423处设置有遮光试样瓶424。进水口421、出水口422和取样口423上的第一电磁阀45均是单向阀，第一控制器44能够单独的控制第一电磁阀45的打开和关闭，且保证地下水水样上进下出，营造稳恒流速，保证监测到的水样时刻都在更新，遮光监测箱42和遮光试样瓶424均能避免阳光对地下水样品参数的影响，使地下水的取样与保存都是在遮光条件中完成，能够最大程度减少水样失真，提高原始数据的准确性。

优选的，遮光监测箱42上设置有蓄电池424和第一控制器44，蓄电池424和第一控制器44电连接。遮光监测箱42上还设置有备用太阳能供电模块，备用太阳能供电模块和第一控制器44电连接。在野外或是蓄电池424没电的情况下，第一控制器44能够选择备用太阳能供电模块进行供电。

优选的，水质监测传感器组41与第一控制器44电连接，水位测定仪46与第一控制器44电连接，第一控制器44能够控制水质检测传感器组41和水位测定仪46是否进行工作，水质监测传感器组41包括温度传感器、pH传感器、电导率传感器和溶解氧传感器。通过温度传感器能够采集地下水的水温的相关数据，通过pH传感器、电导率传感器和溶解氧传感器能够采集地下水的水质的相关数据，水质监测传感器组41将采集到的水温和水质的相关数据都传送到数据处理单元2进行处理，水位测定仪41能够将采集到的水位的相关数据传送到数据处理单元2进行处理。

优选的，流速流量测量装置5包括与数据处理单元2信号连接的压力传感器51，压力传感器51设置在流量计52上，流量计52与设置在地表区域上的储水槽53管道连接，流量计52上设置有第二电磁阀54。如图3所示，流出到地表的地下水被收集到储水槽53中，并流入流量计52从而诱发水柱的上升，使流量计52上部的压力传感器51采集水位的差压，从而检测流出到地表的地下水的流速及流量。第二电磁阀54和流量计52上的第二控制器信号连接，第二控制器能够控制第二电磁阀54的开启和关闭，从而控制流量计52中水柱的上升。

地层测量装置6包括感应器61、信号记录器62和地层监测传感器组63，感应器61与信号记录器62信号连接，信号记录器62和地层监测传感器组63均与数据处理单元2信号连接。感应器61包括承接雨水的承水器611和可倾倒的计量翻斗612，承水器611和计量翻斗612相连，计量翻斗612与信号记录器62信号连接。如图4所示，通过感应器61能够采集降雨量的相关数据，具体来说，通过承水器611对雨水进行收集并流入计量翻斗612，当积水量达到一定高度时，计量翻斗612失去平衡翻倒，每一次计量翻斗612倾倒都向信号记录器62发送信号，信号记录器62进行记录并将数据传送到数据处理单元2中，且信号记录器62与第一控制器44信号连接，通过第一控制器44启动水质监测装置4和水位测定仪46进行工作，从而测量降雨后的地下水的水质情况和水位的变化情况。地层监测传感器组63包括设置在地上的气压传感器和设置在监测点分层标孔内的土层压缩量和膨胀量传感器。通过气压传感器和土层压缩量和膨胀量传感器能够采集监测点周围环境的气压、土层的压缩量和膨胀量的相关数据并传送到数据处理单元2进行处理，从而为监测点的地面沉降分析提供依据。

优选的，数据处理单元2包括数据输入装置21、数据存储装置22、数据解析装置26、数据发送装置23、显示器24和指示灯25，水质监测传感器组41、压力传感器51和信号记录器62均与数据输入装置21信号连接，数据输入装置21和数据存储装置22之间信号连接，数据存储装置22与数据解析装置26之间信号连接，数据解析装置26与数据发送装置23之间信号连接，数据发送装置23采用无线通讯方式与主控制单元3通信，显示器24和指示灯25均与数据解析装置26信号连接。数据输入装置21将接收到的数据信息传送到数据存储装置22进行存储，同时数据存储装置22将数据传送到数据解析装置26进行数据解算与分析，数据解析装置26进行处理后的数据能够在显示器24上进行显示，且进行数据解析时指示灯25起到警示的作用，最后将处理完成后的数据传送到主控制单元3。

综上，本发明提供了一种地下水自动监测设备，通过在线监测单元既能够实现正常情况时实时监测地下水的水位、水温和水质的情况，并进行快速准确的取样，又能监控降雨之后地下水的水位及水质的变化情况，以此判断污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律，同时还能够监测个监测点地下各土层的压缩量、膨胀量，从而为地面的沉降研究和防治提供分析的依据。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地下水自动监测设备，其特征在于：包括在线监测单元(1)、接收所述在线监测单元(1)所采集的数据的数据处理单元(2)和处理所述数据处理单元(2)输出的结果的主控制单元(3)，所述在线监测单元(1)包括水质监测装置(4)、流速流量测量装置(5)和地层测量装置(6)，所述水质监测装置(4)包括遮光监测箱(42)以及分别与所述数据处理单元(2)信号连接的水质监测传感器组(41)和水位测定仪(46)，所述水质监测传感器组(41)设置在所述遮光监测箱(42)内，所述水位测定仪(46)设置在所述遮光监测箱(42)的外部，所述遮光监测箱(42)的侧壁上分别设置有进水口(421)、出水口(422)和取样口(423)，所述出水口(422)和所述取样口(423)设置在所述遮光监测箱(42)的同一侧壁上，所述进水口(421)与抽水组件(43)管道连接，且所述出水口(422)和所述取样口(423)均设置在低于所述进水口(421)处，所述进水口(421)、所述出水口(422)和所述取样口(423)上均设置有第一电磁阀(45)，所述第一电磁阀(45)与第一控制器(44)电连接，所述取样口(423)设置有遮光试样瓶(425)，所述遮光监测箱(42)上还设置有蓄电池(424)和第一控制器(44)，所述蓄电池(424)和所述第一控制器(44)电连接，所述流速流量测量装置(5)包括与所述数据处理单元(2)信号连接的压力传感器(51)，所述地层测量装置(6)包括感应器(61)、信号记录器(62)和地层监测传感器组(63)，所述感应器(61)与所述信号记录器(62)信号连接，所述信号记录器(62)和所述地层监测传感器组(63)均与所述数据处理单元(2)信号连接，所述数据处理单元(2)包括数据输入装置(21)、数据存储装置(22)、数据解析装置(26)、数据发送装置(23)、显示器(24)和指示灯(25)，所述水质监测传感器组(41)、所述压力传感器(51)和所述信号记录器(62)均与所述数据输入装置(21)信号连接，所述数据输入装置(21)和所述数据存储装置(22)之间信号连接，所述数据存储装置(22)与所述数据解析装置(26)之间信号连接，所述数据解析装置(26)与所述数据发送装置(23)之间信号连接，所述数据发送装置(23)采用无线通讯方式与所述主控制单元(3)通信，所述显示器(24)和所述指示灯(25)均与所述数据解析装置(26)信号连接。

2.根据权利要求1所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述抽水组件(43)包括气泵(431)和采集器(432)，所述气泵(431)与所述第一控制器(44)信号连接，所述采集器(432)分别与所述气泵(431)和所述进水口(421)管道连接。

3.根据权利要求2所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述水质监测传感器组(41)与所述第一控制器(44)电连接，所述水质监测传感器组(41)包括温度传感器、pH传感器、电导率传感器和溶解氧传感器。

4.根据权利要求3所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述水位测定仪(46)与所述第一控制器(44)电连接。

5.根据权利要求1所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述压力传感器(51)设置在流量计(52)上，所述流量计(52)与设置在地表区域上的储水槽(53)管道连接，所述流量计(52)上设置有第二电磁阀(54)，所述第二电磁阀(54)和所述流量计(52)上的第二控制器信号连接。

6.根据权利要求1所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述感应器(61)包括承接雨水的承水器(611)和可倾倒的计量翻斗(612)，所述承水器(611)和所述计量翻斗(612)相连，所述计量翻斗(612)与所述信号记录器(62)信号连接，所述信号记录器(62)与所述第一控制器(44)信号连接。

7.根据权利要求1所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述地层监测传感器组(63)包括设置在地上的气压传感器和设置在监测点分层标孔内的土层压缩量和膨胀量传感器。

8.根据权利要求1所述的地下水自动监测设备，其特征在于：所述遮光监测箱(42)上还设置有备用太阳能供电模块，所述备用太阳能供电模块和所述第一控制器(44)电连接。