季节性河流下渗补给量监测

污水 再生水 高频 水位 快速 监测

目标

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圣克鲁兹河的变迁

美国圣克鲁兹河的下游流经亚利桑那州的图森市和马拉纳市。历史上，该河曾是当地重要的饮用水源和灌溉水源。后来，由于干旱和地下水超采，河道逐渐干涸，只在台风季节才有来水。后来，图森市将市政污水处理厂的再生水引入该河，恢复了一部分河段与滨河生境。同时，这一措施也对该市的含水层储存与回采项目产生贡献。再生水进入河道后，迅速下渗至地下，当需要用水时，再将其开采出来。这有利于缓解夏季室外用水高峰带来的缺水问题，遏制了饮用水源的过度消耗。 2014年，新的污水处理厂——阿瓜纽瓦污水处理厂——建成后，出水水质大幅提高，更多再生水被引入圣克鲁兹河，使得河水下渗量大副增加。因此，有必要重新评估下渗水量，确定其对回采水量的贡献。

一些关注圣克鲁兹河流健康的组织也对下渗数据产生兴趣。他们建议通过引入再生水来恢复市区河段的常年流量，而只有掌握了河道下渗情况，才能确定引水规模，确保各类项目可持续进行。

测量河道下渗率

由于每天排入河道的再生水量随时段变化巨大，要计算下渗量，就不能采取基于下泄量监测数据的水量平衡法，因为在排水高峰时段，难以进行短历时的密集监测。一种可行方案是，在稳定流状态下，对点位上的下渗量进行测量。在一些夜间，Aqua Nueva的排水量非常小。

使用Diver，可在河道多个点位进行高频次的地表水位监测，从而可以模拟出河流的沿程水头损失，计算出下渗率。再结合河道长度数据，即可计算出对地下水的下渗补给量。

项目组沿河道确立了四个监测点，第一个点靠近阿瓜纽瓦污水处理厂排水口，其余三个点沿下游方向每隔1英里布设。每个点位安装直接贯入型监测管，监测管插入砂质河床3英尺长，露出河床4英尺长。Diver水位计悬挂于监测管内，其上连接信号发射器（内含气压计），可通关网关设备无线接收数据。

Diver获取高分辨率水头监测数据

在流量变化剧烈的河流中，Diver是水位监测的有效手段。借助于低成本的临时监测管，Diver能获得高频率的水头监测数据，捕捉因污水厂排水变化带来的河水改变。通过高分辨率的水头监测数据，可以分析水位峰值在上下断面出现的时间差，计算两断面间的径流历时，进而采用水量平衡法，获得准确的下渗补给量。在台风暴雨季节，河流流量暴涨，而且携带着大量泥沙，我们的临时监测点完全能够应对这种极端情况。而且，如果因河床变化较大或上游泥沙堆积而需要改变监测点位的话，我们的监测设备还能轻松转移到新的位置。对于研究人员来说，到河流中去下载仪器中的数据总会存在一定难度，而且有时根本做不到。在信号发射器无线传输技术的帮助下，研究人员无须踏入河流就能轻松获得数据。依靠这些数据，研究人员对再生水在河流中的转化过程有了更深理解，为估测再生水占地下水回采比例提供了科学基础，也为后续的再生水利用工程规划提供了依据。

总结起来，对于短期的河水位快速监测项目来说，本案例采用的监测手段十分简便易用。贯入式监测管的安装和移除过程只需几分钟就能完成，而"Diver+信号发射器"的仪器配置让人不用进入河流就能采集到数据，也是本项目的一个亮点。