郑州地下水均衡试验场的改建工程——总体思路与应用展望

郑州地下水均衡试验场的改建,是由中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程中地下水均衡试验场的改建项目之一,由河南省地质环境监测院具体负责实施。文章详细论述了改建工程的总体思路、各实施环节的具体做法、运行及其应用前景。在改建时充分考虑到试验介质对河南省的代表性;试验柱要有较好的力学、热学性能;数据采集要全面自动化;监测面适当拓宽等。在总体思路下,设计了由玻璃钢材质构建的试验筒,选取河南省5个典型地貌单元采集的试验介质,构成了模拟包气带多层地质结构的1,2,3,5,7 m试验柱共计25个。围绕试验柱设计了能模拟控制水位埋深的自动补水仪25台,以及为了探测试验柱内水分运移信息设置了负压传感器140只、水分传感器（含温度）140只。数据采集采用了逐级集成的方法,大大简化了线路布设,据此设计了一台数据采集箱,可及时获得实验过程的环境信息。在试验场设置了能测定空气温度、空气湿度、气压、风向、风速、降水量、蒸发量的小型（主杆3 m）气象站一座;在试验场设置了太阳全辐射、太阳净辐射与太阳直射的观测仪各一台。试验场还设置了0.3 m2和1 m2口径的蒸发量（含降水量）对比观测设施一处。要真正解决试验成果的实际应用问题,应注意开展野外包气带参数的研究。     

郑州地下水均衡试验场的改建工程——试验场监测资料的推广应用核心问题

郑州地下水均衡试验场的改建,是中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程中地下水均衡试验场的改建项目之一,由河南省地质环境监测院具体负责实施。针对场地尺度均衡试验资料推广至野外生产实践核心问题,采用确定型模型(水分运移方程)和随机模型(区域性包气带参数)相结合的研究方法。拟选黄河南冲洪积区24 km~2作为野外试验场地,通过场地上有限数量的采样,标定该场地包气带参数变异性特征,并借助于区域气象资料,结合地下水均衡试验场所建土壤水分运移数学模型成果,计算区域降雨入渗补给量与潜水蒸发,为地下水资源评价、地质环境评价及地下水资源可持续开发利用提供科学依据。同时也为大范围土壤面状污染评价工作奠定基础。     

郑州地下水均衡试验场的改建工程——试验介质的选择与试验土柱建造

郑州地下水均衡试验场的改建,是中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程中地下水均衡试验场的改建项目之一。在均衡试验场的改建中试验土柱构建是一个核心问题,涉及到两个方面:试验介质的选择与试验筒装填。据河南省地质地貌特征,分为五地貌单元:黄河北冲积平原、黄河南冲积平原、淮河冲积平原、南阳盆地、豫西黄土丘陵。结合野外调查,概化出了五个地貌单元的岩性与不同岩层的叠置关系,并通过典型地段勘查对岩性及结构的代表性进行论证,以此确定五分区各类岩性的采样地点,为试验土柱构建奠定了地质基础。试验筒的总长达90 m,按设计要求将试验土样装入试验筒。制定小柱体模拟沉降试验,求得按设计要求装填土样之沉降系数,作为试验土样装填试验筒厚度的计算依据。试验土柱装填完成后,对其进行沉降观测,确认沉降趋稳且不影响试验土柱传感器安装时,试验柱才算构建完成。郑州地下水均衡试验场改建共建造25个试验柱,试验柱的高度分别包含1 m、2 m、3 m、5 m、7 m等五个不同高度,每个高度又包含黄河北冲积平原、黄河南冲积平原、淮河冲积平原、豫西黄土丘陵、南阳盆地等五个区域包气带。     

马利奥特(Mariotte)瓶装置的改进及应用

以法国物理学家Mariotte命名的马利奥特瓶装置,是一种能控制水位又能自动连续补水的量测装置。它广泛应用于地下水均衡场的地中入渗蒸发仪和实验室的供水量测系统中。但目前许多地方用的马利     

地矿部地下水均衡试验研究现状与展望

1 引言地下水均衡试验研究工作是水文地质、环境地质工作的重要内容之一,其试验研究成果是正确评价地下水资源、地质环境的基础和重要依据。作为地下水勘查主要部门的地矿部已在全国(尤其是北方地区)建立了众多的地下水均衡试验场,积累了大量的监测资料,取得了不少实用价值很高的试验研究成果。作者有幸参加了1990年10月在北京召开的地矿部“全国地质环境监测总站工作会议”和1992年9月在     

双管自动补水器简介

双管自动补水器是根据马立臭特瓶的制作原理改制而成的,几年来已应用到土壤蒸发、水面蒸发和潜水蒸发观测上。实践证明,该仪器能较准确地测得蒸发的微量变化,现介绍如下。一、仪器结构双管自动补水器结构见附图。     

新疆三工河流域冲洪积平原区潜水蒸发特征与潜水调控

利用三工河阜北地下水潜水均衡试验场资料,对该区潜水有效蒸发期4～10月的潜水蒸发量特征进行了分析,提出了该区潜水埋深调控范围.     

基于蒸渗仪和解析法估算毛乌素沙地潜水蒸发量

地下水蒸发是旱区地下水均衡计算中重要的排泄项之一。由于包气带水分运移高度非线性且大气—地表界面动力学过程复杂,估算潜水蒸发量一直是地下水资源评价的难题之一。利用内蒙古乌审旗河南乡均衡试验场E601型蒸渗仪,建立了毛乌素沙地水面蒸发及4种典型岩性（风化砂岩K₁、萨拉乌苏组砂Qpal+l、砂质壤土Qhl、风积沙Qheol）的饱和土蒸发原位试验,结合长期观测获取的大量数据,开展了地下水蒸发与水面蒸发、埋深的关系和地下水蒸发量计算方法研究。结果表明:（1）4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）饱和蒸发量与水面蒸发量比值分别为0.60,0.77,0.47,0.88,表明不同岩性的饱和裸土的蒸发强度不等于自由水面的蒸发强度;实际计算裸土蒸发强度时,不能以自由水面蒸发强度作为参考点,如果运用,必须校正。（2）利用蒸渗仪观测数据和土壤水运动方程稳态解析解,获得4种典型岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水稳定蒸发计算的关键经验系数c,分别为628932.63,165058.71,48948.21,1525104.031 m?2。（3）利用稳定蒸发公式确定鄂尔多斯盆地风沙滩区四种典型包气带岩性（风化砂岩、萨拉乌苏组砂、砂质壤土、风积沙）潜水极限蒸发深度约为60 cm,结果得到了室内非稳态蒸发试验的佐证,为研究区水资源评价提供了重要的参数依据。     

辽宁省地质环境监测网点控制程度浅析

根据辽宁省地质、水文地质、地貌单元特征,结合国民经济建设及现代科技发展进程,辽宁省地质环境监测网点的布设从以地下水环境监测为主,逐步向地质灾害监测方向扩展,监测内容从单一的地下水监测扩展到地质灾害监测.为了满足可持续发展的需要,应随时调整完善全省地质环境监测网点,以国内外最新发展的3S技术为依托,以监测采集的数据为主要信息来源,进行实时环境监测、分析,实现环境监测自动化.     

智能应变仪研制成功

在岩土工程、水电、桥梁、船舶、材料等专业的科学研究和工程监测中都要进行大量的应变测量。中国科学院武汉岩土力学研究所最近研制成功MARS-4A型静态应变数据采集仪,该应变数据采集仪能在PC—1500微型计算机的控制下自动完成应变数据的采集,采集到的数据可保存在该计算机中,也可转储到磁带上供进一步分析使用。该系统能自动将数据打印出来,并     

基于压差式水位传感器的冰层厚度自动监测系统

本自动监测冰厚装置原理,是通过测量冰层底面与冰下水中一固定端之间垂直距离来实现的。该距离是一只浮桶从固定端运动到冰层底面的行程。随浮桶一起运动的压差式水位传感器分别给出浮桶位于固定端和冰层底面的位置,而浮桶的运动则依靠数据采集仪控制浮桶内水泵排吸水改变浮桶的重力来实现,并且该仪器能够记录传感器的信号和设置水泵开关的开、闭时间。为了避免浮桶对冰层厚度变化的影响且浮桶不至于与冰层底面冻结,浮桶只是在测量行程时上浮到冰层底面,其他时间均在固定端位置。文中给出系统的工作原理和现场实测结果的初步分析。     

双重介质渗流水力特性试验装置研究及应用

研制的双重介质渗流水力特性试验系统,由双重介质试验模块、水循环控制模块和数据采集模块三部分组成,较好地解决了孔隙介质和裂隙介质的模拟、边界条件的模拟、止水工艺的完善和水交换信息采集等关键问题,并具有裂隙宽度可调节,精度高,自动化程度高,试验数据实时全自动采集等特点。该系统可用以研究基于双重介质模型的水量交换以及渗流场的水压分布规律以及双重介质的水力性态和渗流机制。利用该试验系统进行双重法介质渗流水力特性试验,通过趋势图直观分析、极差和方差分析和F-检验等分析手段,得出孔隙-裂隙双重介质水交换影响因子对双重介质水交换的影响能力,从大到小依次为：裂隙宽度、孔隙介质渗透系数、压力梯度、水温。     

孔隙水压力仪的算法研究及其在地质灾害监测中的应用

采用微孔陶瓷压力探头测土壤水的负压力，是目前工程上常用的一种方法。对测得的负压力和土壤含水率之间的数学关系探讨，目前国内、外还处于空白。根据自行研制的孔隙水压力仪测得的负压力，对应土壤含水率之间的关系，在试验数据、实际监测数据和前人结论的基础上，得出了一种算法。根据该算法编写的软件，目前已应用于长江三峡巫山地区的地质灾害监测中。     

北京平原地下水水位监测网优化

文章在北京市地下水水位监测现状基础上,分潜水和承压水对北京平原地下水监测网的监测密度和监测频率进行了优化设计。主要采用编制地下水动态类型图的方法进行了地下水水位监测网的优化,克里金插值法能定量评价依据监测网观测值绘制的地下水水位等高线的精度,因而可以用来评价监测优化结果。并根据时间序列分析和统计检验提供的定量标准优化了地下水水位监测频率。优化后,北京平原共有监测孔400眼,其中利用原有监测孔300眼,新设计监测孔100眼,手工监测频率由原来的每月6次优化为每月1次,专项高频率监测可以由地下水自动监测仪实现。文中还对地下水自动监测仪(DIVER)的监测结果和手工监测结果进行了对比评价,提出了地下水水位监测网的维护、管理措施和信息发布方式。     

抽水试验中不同位置自动水位计响应数据应用分析

抽水试验中,动水位数据采集记录及处理分析对水文地质参数计算具有重要意义。近年来自动水位计被广泛用于抽水试验,通过传感器压强水头变化值获取水位降深。因井管内水流动会产生水头损失,自动水位计安放位置不同会导致获取的井水位降深不同,不同于传统方法测得的井水面降深,对水文地质参数计算将产生一定影响,因此如何合理放置自动水位计以及在参数计算中如何应用其获取的水位降深都亟待开展试验研究。在黑河流域第四系大厚度含水层地区,选择典型单层试验孔和利用分层封隔技术实现的一孔同径多层抽水孔开展试验研究,在动水位以下抽水试验层段上部、中部、下部以及潜水泵上部和下部分别放置自动水位计进行了系统的数据采集分析。结果表明:抽水试验中因井管内水流沿程水头损失及速度水头差异导致不同位置自动水位计获得压强水头变化值不同,本次试验实测到井筒内不同部位井损值;井损值在潜水泵进水口处最大,随距潜水泵距离的增大而减小,为避开井筒内较大水头损失对参数计算的影响,自动水位计宜优选安放在潜水泵上部接近动水位位置;在单孔抽水试验中利用稳定流公式计算水文地质参数时,自动水位计获取水位降深含井损不可忽略,需通过多落程抽水试验数据分析扣除后使用。同时,抽水试验中自动水位计不同位置获取数据的处理分析方法为更好地理解井中水头损失提供了依据。     

水文水井抽水试验参数自动监测系统硬件设计

设计了以单片机为核心的抽水试验参数自动监测系统，能自动完成水位、出水量、地下水温和承压水水头高度等主要参数的自动监测，并现场打印数据；能和PC机进行数据通讯，转储数据，通过PC机进行进一步数据处理，输出打印S＝f(t)和Q＝f(t)曲线，建立数据库。     

无线传感网络在矿井物探仪器中的应用

针对煤矿井下数据采集采用有线连接方式给勘探工作带来了不便的问题,开发了无线传感网络系统。介绍了节点分类、硬件构成及软件工作流程,并做了系统的自动组网、通讯距离及同步测试试验。试验结果表明,设计的无线传感网络系统可满足设计要求,给井下数据采集带来了方便。      

玛纳斯河流域地下水水位变化及水量平衡研究

天山北坡玛纳斯河流域地下水长期大规模开采引发了一系列生态环境问题,地下水均衡状态和地下水流动模式明显发生了改变。为研究节水灌溉条件下的地下水系统流动模式及其对地下水均衡要素的改变规律,以平原绿洲区为研究对象,采用三维地下水数值模拟方法,研究玛纳斯河流域地下水水位动态变化及水量平衡规律。结果表明:研究区地下水水位的抬升和回落受农业灌溉的影响显著,具有一定的周期性,存在着明显的时空差异;地下水均衡处于负均衡状态,补排差为-2.81×108m3。模拟期内观测水头与计算水头两者相关系数各月均在0.81以上,模拟效果较好。     

适用于多年冻土区具有碳通量自动观测性能的OTC系统开发设计

在现有的OTC内碳通量观测仪器设备基础上, 设计开发出一套以AT89S51单片机为控制核心, 通过L293D控制电机正反转控制箱盖定时开关, 实现了多年冻土区OTC内碳通量自动观测. 观测主体箱用透明采光性良好的玻璃纤维材料制成, 电机传动采用齿轮传动, 箱口和箱盖接触地方用橡胶密封圈包裹, 防止箱盖密闭时漏气. OTC内碳通量自动观测仪最大可能性的减小了当前模拟增温条件下碳通量观测受自然条件和人为因素的影响, 极大的降低观测费用, 提高了数据的连续性, 基本上实现了多年冻土区模拟增温条件下碳通量较为精确地自动、连续观测. 试验表明: 在气象条件相对较好的2013年5月15日, OTC内碳通量自动观测仪观测结果和传统OTC内利用LI-COR6400观测结果规律性都较强, 野点较少, 二者相关性显著(R²=0.96); 而在气象条件相对较差的2013年9月1日, OTC内碳通量自动观测仪观测结果受外界干扰小, 观测结果规律性强, 野点较少; 而传统OTC内利用LI-COR6400 观测结果规律性较差, 野点较多, 数据可信度不高, 二者观测结果相关性不显著(R²=0.67).