不同井型工況下地下水自動監(jiān)測裝備選型及優(yōu)化策略研究

摘要

我國地下水監(jiān)測井井深、井徑、管材、泥沙含量、水位埋深、含水層條件差異較大，淺層農(nóng)田監(jiān)測井、PVC小口徑監(jiān)測井、中深層地?zé)釗Q熱井、礦山疏干井、高泥沙污染井工況復(fù)雜。為實現(xiàn)長期穩(wěn)定在線監(jiān)測，本文對比原位在線監(jiān)測、抽出式機(jī)柜站房監(jiān)測、自動洗井留樣站三類主流裝備適用條件，分析不同含水層環(huán)境下取水單元、傳感器、供電模式、柜體結(jié)構(gòu)選型要點，針對高泥沙、VOCs污染、深層高溫、野外無供電等工況提出設(shè)備優(yōu)化方案，為地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)工程設(shè)計、設(shè)備選型、后期運維提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地下水監(jiān)測井；自動洗井留樣站；原位在線監(jiān)測；抽出式監(jiān)測站；氣囊泵；工況優(yōu)化；設(shè)備選型

0 引言

全國地下水環(huán)境質(zhì)量考核點位數(shù)量持續(xù)增加，監(jiān)測井覆蓋淺層潛水、中層承壓水、800?1000m中深層地?zé)釗Q熱含水層。不同地區(qū)地下水泥沙含量、揮發(fā)性有機(jī)物含量、水溫、水位埋深差距明顯；野外點位存在無市政供電、冬季低溫、夏季高溫、雷電沙塵、井內(nèi)泥沙淤積等問題。

監(jiān)測裝備選型不合理極易造成管路堵塞、探頭磨損、水樣失真、設(shè)備頻繁故障、運維成本居高不下。因此針對不同井型、含水層、野外環(huán)境開展裝備選型和定制優(yōu)化，是保障地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的前提。本文基于地下水自動洗井留樣站、原位在線監(jiān)測、抽出式集裝箱站房監(jiān)測裝備，開展工況適配性研究。

1 三類主流地下水在線監(jiān)測裝備適用特性

1.1 原位在線監(jiān)測設(shè)備

井下多參數(shù)探頭直接下放至含水層原位監(jiān)測，無需抽水，響應(yīng)速度快、能耗低；適合淺層、低泥沙、常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測井；缺點是深層井下探頭維護(hù)困難，泥沙容易包裹傳感器，VOCs指標(biāo)監(jiān)測效果較差。

1.2 抽出式機(jī)柜/集裝箱監(jiān)測站

通過潛水泵、氣囊泵將地下水抽取至地面流通池監(jiān)測；適配中深層地?zé)峋?、高泥沙井、高溫含水層；可加裝自動洗井、管路反沖洗、留樣模塊；集裝箱一體式部署，無需土建站房，適合偏遠(yuǎn)野外點位。

1.3 地下水自動洗井留樣站

輕量化一體化戶外設(shè)備，主打自動標(biāo)準(zhǔn)化洗井、加密留樣、恒溫儲存；適用于考核點位、化工園區(qū)風(fēng)險井，兼顧在線預(yù)警和實驗室送檢留樣，綜合實用性強。

2 不同井型工況設(shè)備選型要點

2.1 淺層小口徑PVC監(jiān)測井（井深≤50m，井徑50mm）

優(yōu)先選用氣囊泵低擾動取水，泵體體積小巧適配細(xì)口徑井；配備自動洗井留樣站；傳感器選用小型一體化多參數(shù)探頭；野外點位采用太陽能供電；管路增加前置過濾裝置，減少泥沙堵塞。

2.2 中深層地?zé)釗Q熱井（井深400?1000m）

地下水溫度高、礦物質(zhì)含量高、結(jié)垢嚴(yán)重；選用抽出式站房監(jiān)測方案；取水采用耐高溫氣囊泵；管路加裝反沖洗、除垢裝置；柜體恒溫控溫，防止高溫水汽損壞電路；重點監(jiān)測水位、水溫、回灌流量，防控?zé)崾Ш狻?/span>

2.3 礦山疏干井、高泥沙含水層監(jiān)測井

地下水懸浮物、泥沙含量高；潛水泵選用耐磨材質(zhì)；管路加裝多級過濾；設(shè)置高頻自動洗井、管路沖洗周期；傳感器配置自動清潔刷，防止泥沙包裹探頭。

2.4 VOCs揮發(fā)性有機(jī)物污染地塊監(jiān)測井

全程采用氣囊泵低擾動取水；管路密閉避光；留樣瓶自動密封、4℃低溫儲存；減少水體攪動，避免揮發(fā)性有機(jī)物逸散，嚴(yán)格符合HJ1019?2019采樣規(guī)范。

2.5 城區(qū)點位/無人山區(qū)野外點位

城區(qū)監(jiān)測井選用市電供電輕量化自動洗井留樣站；山區(qū)無供電點位采用大功率太陽能儲能系統(tǒng)，設(shè)備整體低功耗優(yōu)化，保障陰雨天續(xù)航。

3 復(fù)雜工況設(shè)備優(yōu)化策略

3.1 高泥沙堵塞優(yōu)化

增加前置過濾器、定時管路反沖洗、泵體啟停震蕩沖洗功能；設(shè)置高頻自動洗井，定期排出井內(nèi)淤積泥沙。

3.2 中深層高溫地下水優(yōu)化

探頭、管路選用耐高溫316不銹鋼材質(zhì)；流通池加裝降溫模塊；柜體做隔熱處理，規(guī)避高溫造成傳感器漂移。

3.3 野外天氣優(yōu)化

柜體恒溫控溫、三級防雷、防水防塵；電路干濕分離；廢液密閉收集，避免二次污染地下水。

3.4 質(zhì)控流程優(yōu)化

開啟全流程日志記錄；超標(biāo)自動加密留樣；遠(yuǎn)程實時查看洗井曲線，人工復(fù)核采樣穩(wěn)定性。

4 工程運維管理建議

一是前期勘察含水層水位、泥沙、水溫、污染物類型，定制化配置取水設(shè)備、傳感器、供電系統(tǒng)；二是設(shè)置合理自動洗井周期，定期清理管路過濾器；三是依托智慧監(jiān)管平臺遠(yuǎn)程查看設(shè)備狀態(tài)，故障及時預(yù)警處置；四是建立季度巡檢制度，校準(zhǔn)傳感器、更換留樣耗材。

5 結(jié)論

淺層井、地?zé)嵘罹?、礦山井、污染地塊監(jiān)測井水文地質(zhì)條件差異巨大，不能采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備。淺層細(xì)口徑井優(yōu)先氣囊泵輕量化留樣站；深層地?zé)峋x用抽出式站房監(jiān)測；高泥沙井強化管路沖洗；VOCs污染井嚴(yán)格低擾動密閉采樣。通過科學(xué)選型和工況定制優(yōu)化，可以大幅降低設(shè)備故障率，保障地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)真實、穩(wěn)定、合規(guī)。

論文《不同井型工況下地下水自動監(jiān)測裝備選型及優(yōu)化策略研究》詳細(xì)分類關(guān)鍵詞

1 研究主題類

地下水監(jiān)測井工況適配、監(jiān)測裝備選型優(yōu)化、復(fù)雜含水層監(jiān)測、野外監(jiān)測設(shè)備運維、不同井型采樣技術(shù)、中深層地?zé)峋O(jiān)測、高泥沙地下水監(jiān)測、VOCs污染含水層監(jiān)測

2 井型與水文地質(zhì)類

淺層潛水監(jiān)測井、PVC小口徑監(jiān)測井、中深層地?zé)釗Q熱井、礦山疏干井、承壓水含水層、高泥沙地下水、高溫地下水、揮發(fā)性有機(jī)物污染含水層、水位埋深、含水層徑流、井下電視成像儀

3 監(jiān)測設(shè)備分類類

地下水自動洗井留樣站、原位井下在線監(jiān)測設(shè)備、抽出式地面監(jiān)測站、集裝箱式地下水監(jiān)測站、一體化野外監(jiān)測機(jī)柜、316不銹鋼耐高溫探頭、前置泥沙過濾器、傳感器自清潔組件

4 取水與采樣設(shè)備類

低擾動氣囊泵、耐高溫取水潛水泵、變頻抽水設(shè)備、密閉采樣管路、管路反沖洗裝置、自動潤洗排空模塊

5 供電與防護(hù)技術(shù)類

市政市電供電、太陽能光伏儲能供電、低功耗硬件設(shè)計、柜體恒溫控溫、防水防塵設(shè)計、三級防雷裝置、廢液密閉收集系統(tǒng)、水電干濕分離結(jié)構(gòu)

6 工況優(yōu)化技術(shù)類

管路防堵塞技術(shù)、高溫地下水降溫處理、泥沙預(yù)處理過濾、特種環(huán)境自適應(yīng)優(yōu)化、采樣流程質(zhì)控優(yōu)化、傳感器抗結(jié)垢技術(shù)

7 工程應(yīng)用領(lǐng)域

地?zé)豳Y源開發(fā)監(jiān)測、礦山地下水疏干監(jiān)測、農(nóng)田淺層地下水監(jiān)測、工業(yè)園區(qū)地下水防控、污染場地修復(fù)監(jiān)測、山區(qū)無人值守監(jiān)測點位