地下水减采影响监测与分析

荷兰 代尔伏特 地下水 减采 自动 监测

目标

数据质量达到95%优良率;深化对地下水状态的理解;定量评估地下水减采带来的影响;降低监测网总成本。

方案

采用Diver-NETZ地下水无线自动监测网;近实时采集、传输和验证水位数据;利用Diver-HUB在线门户实现数据交互。

结果

数据质量超出预期;识别出现场存在的问题;深化了对地下水系统的理解。

代尔伏特地理位置

关闭百年历史的工业抽水井

荷兰的代尔夫特是一座具有悠久历史和工业传统的城市,从16世纪开始就因被称为“代尔伏特蓝”的独特陶瓷工艺而享誉世界。19世纪后期,代尔夫特的老市中心建起了荷兰皇家酵母和酒精工厂,如今该厂隶属于DSM跨国公司。从1916年开始,因冷却工艺需要,该工厂逐渐加大了对地下水的开采使用量。1996年以来,该厂的地下水开采速度一直保持在1200立方米/小时左右,导致形成了一个长达7公里半径的地下水漏斗区。所开采的层位为更新世河相砂质含水层,上覆一个厚约20米、由泥炭/砂土/粘土互层构成的全新世沉积层。

开采井所在的老街区及附近的地下水监测井

2007年,DSM宣布该厂将不再使用地下水,希望减少甚至停止抽水。2009年,DSM将其地下水开采权转让给了一个由南荷兰省、代尔夫特市和德弗兰水董事会(Delfland Water Authority,以下简称DWA)共同组成的政府机构(2015年后代尔夫特是荷兰唯一仍保留该类机构的城市)。该机构计划从2017年开始,将地下水开采速率每年降低50-100立方米/小时。

由于地下水开采量的减少可能对堤防和防浪设施造成不良影响,因而有必要对不同含水层的水位加强监测。2014年,DWA在原有85口监测井基础上,又新建了68口监测井,组成了一个更大的监测网。监测层包括更新世含水层(深度大于20米)、全新世含水层(深度6-12米)、以及潜水含水层(深度0-6米)。

采用Diver-NETZ构建地下水自动监测网

2014年,DWA委托荷兰范艾森仪器公司开展一项为期5年的服务项目——使用Diver-NETZ无线监测技术构建地下水自动监测网。2015年初以来,范艾森仪器公司为每口监测井都布设了一个Diver水位计,以1次/小时的采样速率自动记录水位和温度数据。每一个Diver水位计都通过电缆与安装在井口的信号发射器相连。信号发射器可将数据以无线电形式,发送给邻近的固定式网关设备。固定式网关设备再通过GPRS蜂窝网络,以2次/天的频率将数据传输到集中式数据库。

数据库接收到数据后,会自动验证是否存在错误,验证合格的数据被提交到Diver-HUB在线门户,展示给DWA和利益相关方。通过近实时的数据收集,范艾森仪器公司能够快速识别和降低硬件故障率,并最大程度地避免数据丢失。

此外,范艾森仪器公司还承担了水位数据分析任务,包括各监测点的关键绩效指标分析和水位数据统计分析,并按季度提交报告。

对于2014年以前建成的85口监测井,范艾森仪器公司按年度进行类似分析。从2018年开始,范艾森与KWR水循环研究所进行合作,研究内容包括年度数据序列分析、定量评价地下水减采对堤防和防浪设施的影响。

Diver-NETZ系统提高了数据质量,Diver-HUB加深了对现场条件的理解

利用Diver-NETZ构建的地下水无线自动监测网,不仅提高了工作效率和节约了运营成本,还大大提高了数据质量,从而更好地评估以DSM开采井为中心的地下水系统的演变情况。凭借自动化和近实时的监控技术,范艾森能够主动并快速地识别和减少设备故障情况。

通过采用Diver-NETZ系统,DWA实现了预定的数据质量改善目标,即:(1)监测网整体数据优良率达到95%;(2)单口监测井的数据优良率达到70%。通过Diver-HUB在线门户,利益相关方能够直观地查看水位动态变化、监测井状况、以及监测设备的状态。同时,数据量的增加也揭示了更多水文系统细节,使得管理者有能力对代尔夫特及周边地下水减采活动进行科学合理的规划。

Diver-HUB在线门户让利益相关方深入了解水位演变趋势