RU2801434C1 - Method for monitoring level of groundwater in forest area - Google Patents

Method for monitoring level of groundwater in forest area Download PDF

Info

Publication number
RU2801434C1
RU2801434C1 RU2022128698A RU2022128698A RU2801434C1 RU 2801434 C1 RU2801434 C1 RU 2801434C1 RU 2022128698 A RU2022128698 A RU 2022128698A RU 2022128698 A RU2022128698 A RU 2022128698A RU 2801434 C1 RU2801434 C1 RU 2801434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
groundwater
level
humidity
measuring equipment
wells
Prior art date
Application number
RU2022128698A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Сергеевич Лоренц
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2801434C1 publication Critical patent/RU2801434C1/en

Links

Abstract

FIELD: geological engineering.
SUBSTANCE: wells are drilled at equal distances, taken on the basis of the required measurement accuracy. Measuring equipment is installed in each well and the level of groundwater, the temperature and humidity of the environment, and the humidity of the surface layer are measured. The measured data is transmitted from the measuring equipment via a wireless communication channel to the hub module. Multifactorial relationships of the level of occurrence of groundwater with the measured parameters are determined.
EFFECT: improved accuracy of ground water level monitoring results.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано в области исследования факторов лесопригодности почвогрунтов в применении к конкретным лесным породам, а также найдет применение в области локализации лесных пожаров.SUBSTANCE: invention relates to forestry and can be used in the field of soil suitability factors research in application to specific forest species, and will also find application in the field of localization of forest fires.

Способ может быть использован в лесном хозяйстве, в частности при оценке водонасыщения грунтов с привязкой к природно-климатическим условиям. Способ направлен на повышение достоверности оценки количественных показателей высоты залегания грунтовых вод.The method can be used in forestry, in particular in assessing the water saturation of soils with reference to natural and climatic conditions. The method is aimed at improving the reliability of the assessment of quantitative indicators of the height of groundwater.

Известен «Способ мониторинга эксплуатируемого гидротехнического сооружения, попадающего в зону гидравлического влияния нового строительства» (Беллендир Евгений Николаевич (RU), Рубин Олег Дмитриевич (RU), Щербина Владимир Иванович (RU), Поляк Леонид Ефимович (RU), Кобочкина Екатерина Михайловна (RU), Антонов Антон Сергеевич (RU). RU 2 726 234 C1, МПК E02B 3/00 (2006.01), 18.02.2020 г.) Предметом изобретения является способ мониторинга эксплуатируемого гидротехнического сооружения, попадающего в зону гидравлического влияния нового строительства на общем (для эксплуатируемого и строящегося сооружений) грунтовом основании, характеризующийся тем, что формируют в зоне между эксплуатируемым и строящимся сооружениями, по меньшей мере, один наблюдательный створ из скважин, оборудованных датчиками уровня грунтовых вод, создают компьютерную геофильтрационную модель общего грунтового основания эксплуатируемого и строящегося сооружений и компьютерную геомеханическую модель «основание - эксплуатируемое сооружение», рассчитывают с помощью указанных моделей предельно-допустимый нижний и/или верхний уровни грунтовых вод для каждого указанного датчика, наблюдают за показаниями указанных датчиков и сигнализируют об опасности необратимых деформаций эксплуатируемого сооружения, если показания, по меньшей мере, одного из указанных датчиков достигают рассчитанного предельно-допустимого уровня.Known "Method for monitoring an operated hydraulic structure that falls into the zone of hydraulic influence of new construction" (Bellendir Evgeny Nikolaevich (RU), Rubin Oleg Dmitrievich (RU), Shcherbina Vladimir Ivanovich (RU), Polyak Leonid Efimovich (RU), Kobochkina Ekaterina Mikhailovna (RU ), Antonov Anton Sergeevich (RU), RU 2 726 234 C1, IPC E02B 3/00 (2006.01), 02/18/2020) operated and under construction) ground base, characterized by the fact that in the zone between the operated and under construction structures, at least one observation point is formed from wells equipped with groundwater level sensors, a computer geofiltration model of the common ground base of the operated and under construction structures and a computer geomechanical model "base - operating structure", using the indicated models, calculate the maximum permissible lower and / or upper groundwater levels for each specified sensor, monitor the readings of these sensors and signal the danger of irreversible deformations of the operated structure, if the readings are at least , one of these sensors reach the calculated maximum permissible level.

Недостатками данного способа является отсутствие комплексной оценки факторов, влияющих на уровень грунтовых вод; недостаточная точность измерения уровня грунтовых вод за пределами наблюдательного створа.The disadvantages of this method is the lack of a comprehensive assessment of the factors affecting the level of groundwater; insufficient accuracy of groundwater level measurement outside the observation site.

Известен «Способ инженерных грунтово-гидрологических изысканий автомобильных дорог» (Кулижников А.М., Метла Т.А. RU 2 109 872 C1 МПКKnown "Method of engineering soil-hydrological surveys of roads" (Kulizhnikov A.M., Metla T.A. RU 2 109 872 C1 IPC

E01C 1/00 (1995.01), G01C 7/04 (1995.01)). Согласно способу инженерных грунтово-гидрологических изысканий автомобильных дорог, включающему определение в камеральных условиях границы полосы варьирования трассы и маршрута движения вездехода, разбивку маршрута и сбор информации по грунтово-гидрологическим условиям местности при прохождении вездехода со станцией, всю полосу варьирования разбивают на зоны с различными грунтово -гидрологическими условиями, в каждой зоне задают минимальное a и максимальное b расстояния между точками определения грунтово -гидрологического разреза, задают начальное направление движения под углом 35 - 55° вправо или влево по направлению воздушной линии, а сбор информации по грунтово -гидрологическим условиям местности выполняют при прохождении вездехода со станцией. Вездеход со станцией C-023 движется по начальному направлению, обходя деревья и другие препятствия, к границе полосы варьирования с фиксацией маршрута с помощью спутниковой системы GPS по установленному на вездеходе P-кодовому приемнику ASHTECH P-12; у границы полосы варьирования вездеход проходит на расстояние (a+b)/2 параллельно воздушной линии, связывающей конечные точки трассы, далее маршрут движения вездехода в обход деревьев и других препятствий выполняют по направлению к другой границе полосы варьирования трассы и определяют программой на ПЭВМ в виде коридора, границы которого находятся: ближняя на расстоянии a, дальняя на расстоянии b от траектории предыдущего маршрута, при этом при переходе из одной зоны грунтово-гидрологических условий в другую расстояния a и b соответственно изменяют, аналогичным образом производят движение вездехода по всей полосе варьирования трассы.E01C 1/00 (1995.01), G01C 7/04 (1995.01)). According to the method of engineering soil-hydrological surveys of roads, including the determination of the boundary of the lane of variation of the route and the route of the all-terrain vehicle in office conditions, the breakdown of the route and the collection of information on the soil and hydrological conditions of the area when the all-terrain vehicle passes with the station, the entire range of variation is divided into zones with different soil - hydrological conditions, in each zone, the minimum a and maximum b distances between the points for determining the soil-hydrological section are set, the initial direction of movement is set at an angle of 35 - 55 ° to the right or left in the direction of the overhead line, and the collection of information on the soil-hydrological conditions of the area is performed when passing the all-terrain vehicle with the station. The all-terrain vehicle with the C-023 station moves in the initial direction, bypassing trees and other obstacles, to the border of the variation band with fixing the route using the GPS satellite system using the ASHTECH P-12 P-code receiver installed on the all-terrain vehicle; at the border of the variation band, the all-terrain vehicle passes for a distance (a + b) / 2 parallel to the overhead line connecting the end points of the route, then the route of the all-terrain vehicle, bypassing trees and other obstacles, is carried out towards the other boundary of the variation band of the route and is determined by a PC program in the form corridor, the boundaries of which are: the closest one at a distance a, the farthest one at a distance b from the trajectory of the previous route, while when moving from one zone of soil and hydrological conditions to another, the distances a and b, respectively, change, the all-terrain vehicle moves along the entire lane of variation of the route in the same way .

К недостаткам данного способа возможно отнести отсутствие возможности использования транспортно-технологических машин в условиях леса без повреждения лесной флоры.The disadvantages of this method include the inability to use transport and technological machines in the forest without damaging the forest flora.

Наиболее близким к заявленному способу такого же назначения по совокупности признаков является «Способ диагностики изменений водонасыщения слоев торфа в стратиграфии торфяной залежи» (Покровский Олег Сергеевич (RU), Кузнецов Александр Александрович (RU), Шмаков Андрей Валентинович (RU), Шмакова Галина Андреевна (RU), Шмаков Даниил Андреевич (RU). RU 2 681 270 C1, МПК G01V 99/00 (2009.01), 29.12.2017 г.) Способ работает следующим образом: на выбранном стратиграфическом участке верхового или переходного болота на фиксированном расстоянии друг от друга устанавливают две скважины. Одну из скважин устраивают по методике, используемой на болотных станциях и постах в соответствии со стандартами Росгидромета. Вторую скважину устраивают в виде обсадной трубы, проходящей через всю толщу торфяной залежи и заглубленной в грунтовое основание болота. По длине обсадной трубы расположены калиброванные отверстия на равном расстоянии друг от друга, фильтрационный расход через которые тарирован и известен. При этом положение устья второй скважины принимают за репер, ему присваивают высотное значение в любой удобной геодезической системе высот и используют его как геодезическую основу измерений. Периодически, один раз в 1-2 недели, фиксируют уровень воды в первой скважине и в обсадной трубе второй скважины, а разность уровней болотных вод соотносят с суммой осадков за период между очередными замерами. Определяют наличие и плотность корреляционной связи между разностью уровней болотных вод в упомянутых скважинах и суммой осадков за период между очередными замерами. Строят графики, по которым судят о нормальном развитии или о начале процесса деградации болота. Технический результат: диагностика изменения водонасыщения слоев торфа по глубине их залегания.The closest to the claimed method of the same purpose in terms of a combination of features is the “Method for diagnosing changes in water saturation of peat layers in the stratigraphy of a peat deposit” (Oleg Sergeevich Pokrovsky (RU), Alexander Alexandrovich Kuznetsov (RU), Andrey Valentinovich Shmakov (RU), Galina Andreevna Shmakova ( RU), Shmakov Daniil Andreevich (RU) RU 2 681 270 C1, IPC G01V 99/00 (2009.01), 12/29/2017) installing two wells. One of the wells is arranged according to the methodology used at the swamp stations and posts in accordance with the standards of Roshydromet. The second well is arranged in the form of a casing pipe passing through the entire thickness of the peat deposit and buried in the soil base of the swamp. Calibrated holes are located along the length of the casing pipe at an equal distance from each other, the filtration flow rate through which is calibrated and known. In this case, the position of the mouth of the second well is taken as a benchmark, it is assigned a height value in any convenient geodetic system of heights and is used as a geodetic basis for measurements. Periodically, once every 1-2 weeks, the water level is recorded in the first well and in the casing of the second well, and the difference in the levels of swamp waters is correlated with the amount of precipitation for the period between regular measurements. The presence and density of the correlation between the difference in the levels of swamp waters in the mentioned wells and the amount of precipitation for the period between successive measurements is determined. They build graphs that judge the normal development or the beginning of the degradation process of the swamp. EFFECT: diagnostics of changes in water saturation of peat layers according to their depth.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за ближайший аналог, относится недостаточная точность полученной информации по площади исследуемого участка, а также отсутствие возможности корреляции полученных данных с природно-климатическими условиями для нахождения зависимости.The reasons hindering the achievement of the required technical result when using the known method, taken as the closest analogue, include the insufficient accuracy of the information obtained on the area of the study area, as well as the inability to correlate the obtained data with natural and climatic conditions to find the dependence.

Задача и технический результат предлагаемого изобретения заключается в точном прогнозировании и определении многофакторной взаимосвязи уровня залегания грунтовых вод в исследуемом секторе лесного массива.The objective and technical result of the invention is to accurately predict and determine the multifactorial relationship of the level of groundwater in the studied sector of the forest.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Грунтовые воды - один из видов подземных вод, находящийся между поверхностным слоем и слоем водонепроницаемой породы (инфильтрационное происхождение). Характерной особенностью грунтовых гравитационных вод является способность перемещаться, заполняя имеющиеся возможные пустоты в грунте. Расстояние от поверхности земли до установившегося уровня воды в скважине называется глубиной залегания грунтовых вод, на исследование которой и направлено предлагаемое изобретение.Groundwater is one of the types of groundwater located between the surface layer and the layer of waterproof rock (infiltration origin). A characteristic feature of ground gravity water is the ability to move, filling the possible voids in the ground. The distance from the surface of the earth to the established water level in the well is called the depth of groundwater, which is the study of which the present invention is directed.

Уровень грунтовых вод на обширных территориях на данный момент изучается путем прокладки гидрогеологических створов. Утверждение о равномерности уклона уровня залегания грунтовых вод к месту разгрузки (низинные болота, ручьи, реки, озера и т.п.) не всегда является достоверным. Поэтому прокладка гидрогеологической трассы не позволяет оценить все факторы, влияющие на глубину залегания грунтовых вод.The level of groundwater in vast areas is currently being studied by laying hydrogeological sections. The statement about the uniformity of the slope of the groundwater level to the place of discharge (lowland swamps, streams, rivers, lakes, etc.) is not always reliable. Therefore, the laying of a hydrogeological route does not allow assessing all the factors that affect the depth of groundwater.

Предлагаемый вариант основан на принципе создания исследуемой плоскости методом бурения скважин в двух перпендикулярных направлениях через равные промежутки. Расстояние между скважинами выбирается исходя из принятой площади наблюдения и необходимой точности получаемого результата. Для повышения точности позиционирования измерительных скважин следует применять системы глобального позиционирования через спутниковую навигацию. В каждой измерительной скважине устанавливается программируемый микроконтроллер с измерительным оборудованием, состоящим из: датчика относительной влажности и температуры; датчика влажности почвы; датчика уровня воды. Скважине присваивается условный номер, включающий в себя порядковый номер ряда и номер скважины. Также скважины рекомендуется изолировать на уровне поверхности земли для исключения попадания внутрь земноводных и мелких млекопитающих, что существенно увеличивает трудоемкость снятия информации при классическом методе сбора данных.The proposed option is based on the principle of creating the investigated plane by drilling wells in two perpendicular directions at regular intervals. The distance between the wells is selected based on the accepted observation area and the required accuracy of the result. To improve the positioning accuracy of measuring wells, global positioning systems via satellite navigation should be used. In each measuring well, a programmable microcontroller with measuring equipment is installed, consisting of: a relative humidity and temperature sensor; soil moisture sensor; water level sensor. The well is assigned a conditional number, which includes the serial number of the row and the number of the well. It is also recommended to isolate wells at the ground level to prevent amphibians and small mammals from getting inside, which significantly increases the complexity of obtaining information with the classical data collection method.

На уровень залегания грунтовых вод влияет множество факторов. Изобретение позволяет исследовать взаимосвязь уровня залегания грунтовых вод в совокупности с природно-климатическими условиями: температура и влажность окружающей среды, влажность поверхностного слоя почвы климатическими датчиками, собирая информацию через временные интервалы (час, день, неделя и т.п.) зависящие от необходимого уровня статической значимости производимого исследования.Many factors influence the level of groundwater. The invention allows to investigate the relationship between the level of groundwater occurrence in conjunction with natural and climatic conditions: temperature and humidity of the environment, humidity of the surface soil layer with climatic sensors, collecting information at time intervals (hour, day, week, etc.) depending on the required level the static significance of the study being produced.

На фиг 1. представлена схема расположения измерительных скважин, создающая в совокупности систему мониторинга уровня грунтовых вод в исследуемом участке лесного массива. Данные с измерительного оборудования, расположенного на скважинах 1 с присвоенным условным номером, включающим в себя порядковый номер ряда и номер скважины, по каналу беспроводной связи 2 с заданными временными промежутками передаются в модуль-концентратор, представляющий из себя программируемый микроконтроллер центральной измерительной скважины (3) предназначенный для сбора и накопления текстовой информации на модуле SD карты. На фиг.2 представлен пример визуализации измерений уровня грунтовых вод, сформированный на основании экспериментальных данных и наглядно демонстрирующий, что методом прокладки гидрогеологических створов не всегда возможно получить объективные данные об уровне залегания грунтовых вод. На графике показаны экспериментальные данные исследуемого участка местности, проведенные для подтверждения актуальности представленного способа. По оси «х» и «у» представлена плоскость, образуемая установленными измерительными скважинами, по оси «z» продемонстрированы средние значения показателей в сантиметрах уровня грунтовых вод от поверхности земли в исследуемый промежуток времени.In Fig 1. shows the layout of the measuring wells, which together create a system for monitoring the level of groundwater in the investigated area of the forest. Data from the measuring equipment located on the wells 1 with the assigned conditional number, which includes the serial number of the row and the number of the well, is transmitted via a wireless communication channel 2 at specified time intervals to the concentrator module, which is a programmable microcontroller of the central measuring well (3) designed to collect and store text information on the SD card module. Figure 2 shows an example of visualization of groundwater level measurements, formed on the basis of experimental data and clearly demonstrating that it is not always possible to obtain objective data on the level of groundwater occurrence by the method of laying hydrogeological sites. The graph shows the experimental data of the studied area, carried out to confirm the relevance of the presented method. The “x” and “y” axes show the plane formed by the installed measuring wells, the “z” axis shows the average values of indicators in centimeters of the groundwater level from the earth’s surface in the studied period of time.

Уменьшение трудоемкости сбора исследуемой информации достигается использованием технологий беспроводной передачи данных и их аккумулированием на модуле SD карты, подключенному к программируемому микроконтроллеру 3 (фиг.1). Для реализации беспроводной связи к каждому микроконтроллеру необходимо добавить часы реального времени с источником резервного питания и непосредственно модуль беспроводной связи. При наличии технической возможности возможен вариант дистанционной передачи данных, посредством GSM-технологий.Reducing the complexity of collecting the studied information is achieved by using wireless data transmission technologies and their accumulation on the SD card module connected to the programmable microcontroller 3 (figure 1). To implement wireless communication, it is necessary to add a real-time clock with a backup power source and a wireless communication module to each microcontroller. If there is a technical possibility, a variant of remote data transmission is possible, using GSM technologies.

В полученных данных выявляются зависимости, качественно отображающие взаимосвязь факторов на формирование уровня грунтовых вод.In the data obtained, dependencies are revealed that qualitatively reflect the relationship of factors on the formation of the groundwater level.

Claims (1)

Способ мониторинга уровня грунтовых вод в лесном массиве, заключающийся в бурении скважин через равные промежутки, принимаемые исходя из необходимой точности измерений, установке в каждой скважине измерительного оборудования и измерении уровня залегания грунтовых вод, температуры и влажности окружающей среды, влажности поверхностного слоя, передаче данных с измерительного оборудования по каналу беспроводной связи в модуль-концентратор, определении многофакторной взаимосвязи уровня залегания грунтовых вод с измеренными параметрами.A method for monitoring the level of groundwater in a forest, which consists in drilling wells at regular intervals, taken on the basis of the required measurement accuracy, installing measuring equipment in each well and measuring the level of groundwater, temperature and humidity of the environment, humidity of the surface layer, data transmission from measuring equipment via a wireless communication channel to the hub module, determining the multifactorial relationship between the level of groundwater occurrence and the measured parameters.
RU2022128698A 2022-11-07 Method for monitoring level of groundwater in forest area RU2801434C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801434C1 true RU2801434C1 (en) 2023-08-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9310510B2 (en) * 2009-12-04 2016-04-12 Sensor Developments As Method and apparatus for in-situ wellbore measurement and control with inductive connectivity
WO2017027447A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 Intrasen, LLC Groundwater monitoring system and method
CN110031596A (en) * 2019-03-14 2019-07-19 中国科学院新疆生态与地理研究所 A kind of real-time dynamic monitoring method for inland river basin in arid zone underground water
KR102015940B1 (en) * 2019-04-24 2019-08-28 주식회사 효림 Underground water movement and distibution monitoring system using non-electric powered underground water properties data logger for auto measuring underground water properties
AU2018203504A1 (en) * 2018-05-17 2019-12-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A system for remote groundwater monitoring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9310510B2 (en) * 2009-12-04 2016-04-12 Sensor Developments As Method and apparatus for in-situ wellbore measurement and control with inductive connectivity
WO2017027447A1 (en) * 2015-08-11 2017-02-16 Intrasen, LLC Groundwater monitoring system and method
AU2018203504A1 (en) * 2018-05-17 2019-12-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A system for remote groundwater monitoring
CN110031596A (en) * 2019-03-14 2019-07-19 中国科学院新疆生态与地理研究所 A kind of real-time dynamic monitoring method for inland river basin in arid zone underground water
KR102015940B1 (en) * 2019-04-24 2019-08-28 주식회사 효림 Underground water movement and distibution monitoring system using non-electric powered underground water properties data logger for auto measuring underground water properties

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Методические указания по оптимизации размещения наблюдательных скважин для контроля мелиоративного состояния орошаемых земель. - г. Баку, 1988. *
Рекомендации по изучению режима и баланса грунтовых вод на подтапливаемых промышленных площадках. - М., 1973. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Figueroa-Miranda et al. Land subsidence by groundwater over-exploitation from aquifers in tectonic valleys of Central Mexico: A review
Smethurst et al. Current and future role of instrumentation and monitoring in the performance of transport infrastructure slopes
Lawler The measurement of river bank erosion and lateral channel change: a review
Boyle Highways
Tapete et al. Localising deformation along the elevation of linear structures: An experiment with space-borne InSAR and RTK GPS on the Roman Aqueducts in Rome, Italy
Fergason et al. Methods for monitoring land subsidence and earth fissures in the Western USA
Sowers et al. Field investigation
Arbanas et al. Landslides: A guide to researching landslide phenomena and processes
Groves Hydrological methods
CN115988445A (en) Slope staged combined monitoring method based on wireless transmission
Gunn et al. Aged embankment imaging and assessment using surface waves
RU2801434C1 (en) Method for monitoring level of groundwater in forest area
González-Arteaga et al. Long-term monitoring of the distribution of a building's settlements: Sectorization and study of the underlying factors
JP2003279561A (en) Method and system for predicting ground displacement
Erdbrügger et al. Shallow-groundwater-level time series and a groundwater chemistry survey from a boreal headwater catchment, Krycklan, Sweden
CN210775480U (en) Intelligent black soil slope farmland erosion self-feedback system
JPH0777582A (en) Moisture behavior/substance migration measuring system in stratum, searching method and optical fiber for temperature sensor
Philbrick et al. Field and laboratory investigations
Roningen Hydrogeologic controls on lake level at Mountain Lake, Virginia
Smith Predictions for the Hydrological Performance of the Parua Stream Dam
Wentz et al. Hydrology of lakes Clara and Vandercook in north-central Wisconsin
Arbanas et al. The Croatian-Japanese SATREPS joint research project on landslides (IPL-161)
Hunt et al. A guide for monitoring the performance of WSUD elements in areas with high groundwater
Comiti et al. Process monitoring
Gee et al. Lysimeters at the Hanford Site: present use and future needs