CN108918805A - 一种地下水智能监测井 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水智能监测井，它包括嵌入地表中的水泥底座，固定在水泥底座中的井管以及罩于井管顶端的第一层保护装置和第二层保护装置；其中，水泥底座下方井管四周从上至下依次设有阻水材料层、石英砂层和滤料层，井管底座与滤料层底面持平；其中，井管上部为不透水部分，下部为具有滤水结构的筛管部分。与现有技术相比，本发明可有效解决现有技术存在的对监测井的保护程度较弱、自动化程度低和网络智能化程度低等问题，从而保证地下水监测数据的真实性和可靠性，防止人为对监测数据进行造假。保证井内采集的地下水样品具有代表性和真实性，防止人为对地下水样品进行造假。

Description

一种地下水智能监测井

技术领域

本发明属于地下水环境环境监测技术领域，具体涉及一种地下水智能监测井。背景技术

我国是一个水资源短缺的国家，地下淡水约占我国水资源总量的三分之一，是工农业生产和城乡生活用水的重要水源，是人类生存和社会经济发展的重要保障。但是随着近些年来城市化和工业化等人类活动的威胁，我国的地下水质不断恶化，地下水污染已经十分严重。由于地表以下地层复杂，地下水流动缓慢，地下水污染具有过程缓慢、不易发现和难以治理的特点。而且地下水不同于地表水，无法直接被观察，因此必须对地下水进行专门的监测，加强地下水的动态监测，掌握地下水数量和质量的时空分布和变化规律。做到防微杜渐，遏制地下水污染的进一步恶化。

建立地下水监测井是目前长期监测地下水动态变化的主要的方法。根据中华人民共和国国土资源部《地下水监测井技术规范》，监测井主要监测地下水水位、水质、水温、水量等动态要素。监测井根据建井目的和监测井结构的不同种类繁多，但主要工艺均是①钻探施工，掌握地下水层的空间分布。②根据监测井类型和监测目的选择合适的滤水管材质和滤孔大小分布。③进行扩孔，破壁和换浆用于顺利的下管。④填砾和止水，在含水层和筛管之间填砾滤水，在不同含水层之间用膨润土或者水泥进行止水。⑤洗井。⑥安装井盖。尽管文件规范了建井工艺，但监测井的建立仍然存在以下问题：(1)对监测井的保护程度较弱。一是缺乏井本身和井内设备的物理保护，不能满足监测井长期稳定的运行；二是缺乏对监测井中的地下水的各种水质参数的可靠性和真实性的保护，在采集地下水时可能受到人为造假或者其它干扰，使得地下水样品监测的数据失真，使得监测失去意义。(2)监测井在取地下水样品时缺乏准确性。一是指取得的地下水样品缺乏代表性，不同种类的污染物由于性质不同在监测井的不同深度富集程度不同；二是指在取样过程中不同深度的水样交叉污染，在取水过程中产生损失，使得取得的水样测试结果不准确(3)地下水监测井监测自动化程度低，水质信息更新频率慢，缺乏地下水监测数据超标的实时报警机制，(4)地下水监测井监测网络化程度低，缺乏相应的地下水资源监测和管理的网络化和信息化。

由于地下水在地下分布复杂、互相连结，如果不解决上述问题，就无法针对地下水污染的特点对地下水进行实时可靠的监测，就无法及时的发现地下水污染，也无法对地下水污染的扩散做到有效的控制。如果无法得到具有真实性、准确性和可靠性的地下水样品，那么监测井的监测也毫无意义。经检索，目前国内还没有关于具有上述所有功能的智能井设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地下水智能监测井，以解决现有技术存在对监测井的保护程度较弱、自动化程度低和网络智能化程度低等问题，从而保证地下水监测数据的真实性和可靠性，防止人为对监测数据进行造假。保证井内采集的地下水样品具有代表性和真实性，防止人为对地下水样品进行造假。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种地下水智能监测井，它包括嵌入地表中的水泥底座，固定在水泥底座中的井管以及罩于井管顶端的第一层保护装置和第二层保护装置；其中，水泥底座下方井管四周从上至下依次设有阻水材料层、石英砂层和滤料层，井管底座与滤料层底面持平；其中，井管上部为不透水部分，下部为具有滤水结构的筛管部分。其中，

井管为HDPE或者PVC-U塑料管材。井管具有内层外层双层结构。外层管底部是缝隙式筛管，放到含水层中，地下水会从缝隙处渗入管内，外管上部是无缝隙的白管。内管与外管壁连接，内管壁上开有矩形的孔，使得外层管中的地下水进入内层管中。内层管作用实际是一个框架，用来放入被动采样器，外管用来放入pH、水温和水位等传感器；

井下部分阻水材料为膨润土，井口部分用水泥阻水；

滤料层为石英砂。

其中，水泥底座顶端高出地表，井管顶端高出水泥底座，井管顶端设有井盖，井盖上设置有PID监测仪，PID监测仪自带滤水功能。

其中，井管内设有地下水被动采样装置，地下水被动采样装置包括若干个位于井管内不同高度的地下水被动采样装器。

其中，所述的地下水被动采样装置包括多个串联起来的采水单元，不同采水单元位于不同的深度，采集不同深度的水；采水单元为内外双层结构，外层为框架，用于固定内层的地下水被动采样装器和串联杆；内层的地下水被动采样装器上下两端开口，放置在井水中时，水会慢慢渗到采样瓶中，达到平衡，无需人为控制采集速度。采集需要1周左右时间。当要取出地下水被动采样装置时，拨动串联杆，外层的开关会将采样瓶上下两端封住，使用串联杆将一套采样单元从井中拉出来，打开外层固定采样瓶的卡子，取出地下水被动采样装器即可。

其中，井管内底端设有pH监测仪和水位、水温监测仪。

其中，所述的第一层保护装置包括罩于井管顶端并嵌入地表中的第一层保护帽体，第一层保护帽体上设有第一层保护盖板，第一层保护盖板上固定设置有第一层限位器和第一层固锁装置，第一层固锁装置内设有第一层报警锁。

其中，第一层保护帽体和第一层保护盖板内壁上设有数据采集仪、数据通讯器和GPS定位器；其中，第一层保护装置外设有太阳能电池板，太阳能电池板固定在固定架顶端，固定架上还固定有视频监控系统；太阳能电池板经直流电源转换器为地下水智能监测井中的仪器供电，并将多余的电量储存在蓄电池中，作为备用电源。

其中，所述的第二层保护装置位于第一层保护装置内，它包括罩于井管顶端并嵌入地表中的第二层保护帽体，第二层保护帽体上设有第二层保护盖板，第二层保护盖板上固定设置有第二层限位器、蜂鸣报警器和第二层固锁装置，第二层固锁装置内设有第二层报警锁。

其中，第一层保护帽体、第一层保护盖板、第二层保护帽体和第二层保护盖板所用材料为钢。

其中，当第一层固锁装置被打开时，触发第一层限位器，并控制视频监控系统开始工作；视频监控系统的摄像头对着井口位置，可拍摄并录制取样过程，并经数据采集仪和数据通讯器将数据传输至服务器中；同样的，GPS定位器、pH监测仪、水位、水温监测仪和蜂鸣报警器的报警信息也经数据采集仪和数据通讯器将数据传输至服务器。其中，当第二层固锁装置被打开时，蜂鸣报警器开始报警并将报警时间上传并记录；如果第二层固锁装置是被正常打开的，则采样人员可自行关闭蜂鸣报警器；如果是非正常开启，则不能关闭蜂鸣报警器。

有益效果：

本发明设计的智能井能够在野外长期监测。智能井采用太阳能电池和蓄电池供电。天气晴朗时，多余的太阳能给蓄电池充电；天气阴雨时，蓄电池作为备用电源给井内设备供电，保证了智能井长期监测的目的。

本发明设计的智能井抗干扰能力强，井内设备能够在不同条件下稳定工作。智能井采用一种双层保护装置，加强了对于井内设备的保护。同时pH等监测仪放在第二层保护装置中，即便当对井内设备进行维修时，不会干扰到监测仪的和被动采样器的正常工作。

本发明设计的智能井具有实时报警功能，保证了监测井中监测仪数据的可靠性和真实性。当人为破坏监测井保护装置时会发出蜂鸣报警，起到恫吓作用；同时报警数据会传输到网络云端，从而传输到PC端和移动端，给予监管人员警告。

本发明设计的智能井具有视屏拍摄系统，保证了地下水样品的真实性。当打开第一层保护装置后，开始对地下水取样过程进行拍摄，并可以远程监控，保留了地下水取样过程的证据，保证能够得到真实的地下水样品。

本发明设计的智能井自动化程度高。井内设置的GPS、VOCs和pH等监测仪能够在单片机的控制下对井内地下水参数进行实时监测，不要人为进行操作。

检测的水质结果通过数据采集仪采集，并通过数据通讯系统可以实时传输到网络服务器端，并可以在客户端实时查看。

本发明设计的智能井网络化程度高。智能井包含服务器管理平台、PC客户端管理平台和移动端平台。监测井的报警信息和监测仪器的数据会实时上传到并在网络云服务器端并保存；网络云服务器端将数据实时传输到PC客户端和手机移动端，一旦有报警信息或者检测仪器的数据超标，则会在PC客户端和手机移动端报警；

本发明设计的智能井采集的地下水样品具有代表性和真实性。智能监测井包含一套被动采样设备，该设备的一个单元是一种双层结构，外层是支架结构，内层是地下水收集器。单元之间可以串联起来，垂直悬与监测井内，能够采集监测井内不同深度的地下水，该采样器对地下水无扰动，能够原位采集具有代表性的地下水样品。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明井管内结构的示意图；

图3为本发明的监测和报警工作原理图；

图4为本发明的信息化工作原理图。

附图标记：1、地表，2、水泥底座，3、井管底座，4、滤料，5、石英砂，6、阻水材料，7、井管，8、第一层保护帽体，9、井盖，10、第一层固锁装置，11、第一层报警锁，12、第一层限位器，13、第一层保护盖板，14、第二层保护帽体，15、第二层保护盖板，16、第二层固锁装置，17、第二层报警锁，18、蜂鸣报警器，19、第二层限位器，20、采样固定器，21、蓄电池，22、太阳能电池板，23、直流电源转换器，24、数据采集仪，25、数据通讯器，26、GPS定位器，27、视屏监测器，28、固定架，29、pH监测仪，30、水位、水温监测仪，31、PID监测仪，32、地下水被动采样器。33、井管上端不透水部分，34、井管外层下端具有滤水结构的筛管部分，35、井管内层不透水部分，36、井管内层矩形透水部分，37、井管内层部分。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的地下水智能监测井，水泥底座2嵌入地表1中且顶端高出地表1；井管7固定在水泥底座2中，且水泥底座2下方井管7四周从上至下依次设有阻水材料层6、石英砂层5和滤料层4，井管底座3与滤料层4底面持平。井管7顶端高出水泥底座2且顶端设有井盖9，井盖9上设置有自带滤水功能的PID监测仪31。

井管7上部为不透水部分33，下部为具有滤水结构的筛管部分34；井管7内部设有地下水被动采样装置32，地下水被动采样装置32包括若干个位于井管7内不同高度的地下水被动采样装器；井管7内底端还设有pH监测仪29和水位、水温监测仪30。

如图2所示，所述的地下水被动采样装置包括多个串联起来的采水单元，不同采水单元位于不同的深度，采集不同深度的水；采水单元为内外双层结构，外层为框架，用于固定内层的地下水被动采样装器和串联杆；内层的地下水被动采样装器上下两端开口，放置在井水中时，水会慢慢渗到采样瓶中，达到平衡，无需人为控制采集速度。采集需要1周左右时间。当要取出地下水被动采样装置时，拨动串联杆，外层的开关会将采样瓶上下两端封住，使用串联杆将一套采样单元从井中拉出来，打开外层固定采样瓶的卡子，取出地下水被动采样装器即可。

井管7顶端罩有第一层保护装置和第二层保护装置；第一层保护装置包括罩于井管7顶端并嵌入地表1中的第一层保护帽体8，第一层保护帽体8上设有第一层保护盖板13，第一层保护盖板13上固定设置有第一层限位器12和第一层固锁装置10，第一层固锁装置10内设有第一层报警锁11；第二层保护装置位于第一层保护装置内，它包括罩于井管7顶端并嵌入地表1中的第二层保护帽体14，第二层保护帽体14上设有第二层保护盖板15，第二层保护盖板15上固定设置有第二层限位器19、蜂鸣报警器18和第二层固锁装置16，第二层固锁装置16内设有第二层报警锁17。

第一层保护帽体8和第一层保护盖板13内壁上设有数据采集仪24、数据通讯器25和GPS定位器26；其中，第一层保护装置外设有太阳能电池板22，太阳能电池板22固定在固定架28顶端，固定架28上还固定有视频监控系统27；太阳能电池板22经直流电源转换器23为地下水智能监测井中的仪器供电，并将多余的电量储存在蓄电池21中。

如图4所示，视频监控系统、GPS定位器、pH监测仪、水位、水温监测仪的数据和蜂鸣报警器的报警信息经数据采集仪和数据通讯器将数据传输至服务器。

实施例2

本实施例为实施例1中的地下水智能监测井的使用情况说明。

某化工厂区原料堆砌区建立了一座实施例1中所述的地下水智能监测井，地下水智能监测井对地下水的水位、水温、pH和VOCs进行实时监测，并将数据及时传送到PC客户端和移动端。环保部人员现在根据PC客户端和移动端的数据发现该井水质pH监测仪29数据异常，需要打开井盖采集地下水样送到实验室送检，进一步监测地下水造成pH值异常的原因。环保局专人厂区监测井采集样品，首先用钥匙打开第一层保护装置的固锁装置10中的报警锁11，不会触发报警锁报警，触发了第一层限位器器12，视屏监控系统27开始进行录像。然后使用钥匙打开第二层保护装置的固锁装置16中的报警锁17，不会触发报警锁报警，触发了第二层限位器19，蜂鸣报警器18开始报警并将报警时间通过数据通讯器25上传网络服务器端进行记录。采样人员关闭蜂鸣报警器，将固定在采样固定器20上的地下水被动采样器31提出，拿出地下水被动采样器31中不同深度的内部的采样瓶，然后放入新的空的采样瓶，将地下水被动采样器31放入监测井中，一次盖上井盖，并将报警锁锁好。

而当产区负责人为了逃避乱排污水的责任，决定将地下水监测井中的地下水置换时：产区负责人用钥匙打开第一层保护装置的固锁装置10中的报警锁11，不会触发报警锁报警，触发了第一层限位器器12，视屏监控系统27开始进行录像。但是第二层保护装置的钥匙在环保部人员手中，他用暴力破坏第二层报警锁17，触发第二层限位器19，蜂鸣报警器18开始报警并将报警时间通过数据通讯器25上传网络服务器端进行记录。环保局人员在客户端或移动端观察到报警信息，通过对比视屏监控系统27上传的抓拍照片，发现了厂区负责人的违法行为，并保留了证据。

Claims (5)

1.一种地下水智能监测井，其特征在于，它包括嵌入地表(1)中的水泥底座(2)，固定在水泥底座(2)中的井管(7)以及罩于井管(7)顶端的第一层保护装置和第二层保护装置；其中，水泥底座(2)下方井管(7)四周从上至下依次设有阻水材料层(6)、石英砂层(5)和滤料层(4)，井管底座(3)与滤料层(4)底面持平；其中，井管(7)上部为不透水部分(33)，下部为筛管部分(34)；

其中，水泥底座(2)顶端高出地表(1)，井管(7)顶端高出水泥底座(2)，井管(7)顶端设有井盖(9)，井盖(9)上设置有PID监测仪(31)；

其中，井管(7)内设有地下水被动采样装置(32)，地下水被动采样装置(32)包括若干个位于井管(7)内不同高度的地下水被动采样装器。

2.根据权利要求1所述的地下水智能监测井，其特征在于，井管(7)内底端设有pH监测仪(29)和水位、水温监测仪(30)。

3.根据权利要求1所述的地下水智能监测井，其特征在于，所述的第一层保护装置包括罩于井管(7)顶端并嵌入地表(1)中的第一层保护帽体(8)，第一层保护帽体(8)上设有第一层保护盖板(13)，第一层保护盖板(13)上固定设置有第一层限位器(12)和第一层固锁装置(10)，第一层固锁装置(10)内设有第一层报警锁(11)。

4.根据权利要求3所述的地下水智能监测井，其特征在于，第一层保护帽体(8)和第一层保护盖板(13)内壁上设有数据采集仪(24)、数据通讯器(25)和GPS定位器(26)；其中，第一层保护装置外设有太阳能电池板(22)，太阳能电池板(22)固定在固定架(28)顶端，固定架(28)上还固定有视频监控系统(27)；太阳能电池板(22)经直流电源转换器(23)为地下水智能监测井中的仪器供电，并将多余的电量储存在蓄电池(21)中。

5.根据权利要求1所述的水智能监测井，其特征在于，所述的第二层保护装置位于第一层保护装置内，它包括罩于井管(7)顶端并嵌入地表(1)中的第二层保护帽体(14)，第二层保护帽体(14)上设有第二层保护盖板(15)，第二层保护盖板(15)上固定设置有第二层限位器(19)、蜂鸣报警器(18)和第二层固锁装置(16)，第二层固锁装置(16)内设有第二层报警锁(17)。