一种安全智能地下水监测井保护装置的制作方法

本实用新型属于地下水环境监测技术领域，特别是涉及一种安全智能地下水监测井保护装置。

背景技术：

近年来，不合理的开发利用地下水造成了许多环境地质问题，如地下水资源枯竭、水质污染、地面沉降、地裂缝、咸水入侵等。这些问题的出现，影响了人们的生命健康安全，也带来了很大的治理与修复压力。因此需要对地下水动态进行长期监测，及时掌握地下水状况，为科学制定地下水资源开发利用与保护规划提供依据。

建立地下水监测井是目前获取地下水动态变化特征的主要方法，根据《地下水监测井建设规范》(DZ/T 0270-2014)，监测井根据建井目的和井体结构具有不同分类，但主要工艺流程均为①钻探施工，掌握地下水层的空间分布；②根据监测井类型和监测目的确定合适的滤水管材质、滤水孔形状、大小和分布；③进行扩孔、破壁和换浆，以保障顺利下管；④填砾和止水，在含水层和筛管之间填砾滤水，在不同含水层之间用膨润土或者水泥进行止水；⑤洗井和封孔；⑥安装井盖；⑦监测井保护，安装坚固的保护设施，满足监测数据自动传输要求。

按照规范建立的地下水监测井仍然存在以下问题：(1)规定了保护装置的基本结构、材质与参数，强调装置的机械与物理性质，但智能化程度不高。(2)建设监测井的目的是为了获取地下水水质、水位信息，但同时也在客观上为非法开采与排放创造了条件，对于破坏监测设施、威胁地下水安全的行为，需要加强现场警示与取证。(3)注重对地下水监测数据的记录与传输，而缺少对异常状况的分析与预警，信息化程度低，可能延误对突发地下水污染事故的处理。

通常情况下，含水层结构复杂，地下水流动缓慢，地下水污染具有隐蔽性强、修复难度大、修复成本高等特点。修建地下水监测井是掌握地下水质、水量状况的有效途径，而只有解决数据安全性、可靠性与时效性等问题，才能使监测井发挥其应有功能。因此，有必要对地下水监测井保护装置进行优化设计与开发。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种安全智能地下水监测井保护装置，以解决现有装置存在对监测井的保护程度较弱、监测数据失真、自动化程度低等问题，从而保证地下水监测数据的真实性和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种安全智能地下水监测井保护装置，所述保护装置包括外围保护系统、数据传输系统、监测仪器和能源系统，能源系统包括蓄电池和太阳能板，可为所述保护装置提供能量自给；所述监测仪器能够实时监测并存储监测数据；所述外围保护系统包括报警器和由外向内设置的外围结构、保护箱和保护盖，保护盖位于所述监测井外侧，保护箱包括箱体、箱盖、安全锁具和通风结构，安全锁具设置在箱体和箱盖之间，所述报警器监测所述外围保护系统、能源系统和监测仪器的异动以及监测数据的异常；所述数据传输系统包括数据传输器和物联网网络，数据传输器收集所述监测数据以及所述报警器的报警信息并通过物联网网络实时传输到监测后端人员。

进一步地，所述外围保护系统设有底座，底座高于地面，所述保护箱和保护盖均位于底座上；所述通风结构设置在所述箱体侧面。

进一步地，所述保护箱内设有所述报警器、数据传输器和蓄电池。

进一步地，触发所述报警器的行为如下：所述安全锁具非正常打开、所述蓄电池或太阳能板移动、所述监测仪器移动、地下水水位或监测水质在单位时间内的变幅超出设定值。

进一步地，所述监测仪器包括摄像头以及监测地下水位、pH、温度、电导率参数的仪器，所述能源系统为监测仪器提供能量。

更进一步地，所述监测pH、温度、电导率参数的仪器集成设置于一体。所述摄像头在正常情况下处于休眠状态，当所述外围保护系统、能源系统或监测仪器异常移动时摄像头启动。

更进一步地，所述太阳能板和摄像头通过支架均设置在所述外围结构的内部，太阳能板设置在摄像头的上方。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的安全智能地下水监测井保护装置能够完成能量自供给，保证在野外长期不间断监测，保护装置中的耗电元器件采用太阳能电池和蓄电池供电，天气晴朗时，多余的太阳能给蓄电池充电；天气阴雨时，蓄电池作为备用电源给井内设备供电。

(2)本实用新型的安全智能地下水监测井保护装置具有实时报警功能，当监测井设备被恶意移动或破坏，及时发出警报蜂鸣，同时报警数据会传输到后台监管人员。

(3)本实用新型的安全智能地下水监测井保护装置抗干扰能力强，井内设备能够在不同条件下稳定工作。其中地下水监测井采取多层保护设备，箱体保护精细监测设备的正常运行，同时百叶窗保证了井体内通风与信号传输通畅。

(4)本实用新型的安全智能地下水监测井保护装置自动化程度高，井内设置的pH、电导率、温度、自计水位计等监测仪能够自行监测并存储数据，在单片机的控制下可以通过数据传输系统实现实时传输，并可在客户端实时查看，当地下水监测指标有异常变化，同时发出报警信息，提醒监测人员。

附图说明

图1为本实用新型的结构剖面示意图；

图2为本实用新型俯视示意图；

图3为本实用新型监测报警工作原理图；

图4为本实用新型效果图；

其中：1-井台保护箱，2-井管保护盖，3-监测井管，4-百叶窗，5-保护箱锁，6-铭牌，7-数据传输器，8-栅栏，9-蜂鸣报警器，10-水泥底座，11-封堵材料，12-滤水材料，13-地下水面，14-自动地下水位监测仪，15-pH、电导率、温度监测探头，16-智能摄像头，17-太阳能板，18-支架，19-地面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

一种地下水智能监测井保护装置，包括外围保护系统、数据传输系统、监测仪器和和能源系统。

其中，外围保护系统包括栅栏8、水泥底座10、井台保护箱1、蜂鸣报警器9和井管保护盖2等。

栅栏8为金属质，具有油漆涂层。

水泥底座10略高于地面，其形状设置为正方形，边长不小于监测井管3的井孔直径地2倍。

井台保护箱1位于水泥底座10上，其形状为长方体，包括箱盖、箱体、百叶窗4、铭牌6和保护箱锁5，箱盖位于箱体的上表面，箱盖与箱体之间有保护箱锁5，箱体两侧设有百叶窗4，箱体正面有监测井铭牌6。保护箱锁5配有对应的钥匙，由监测人员保管，用钥匙打开保护箱锁5，则蜂鸣报警器9不启动，保护箱锁5用其他方式打开，则触发蜂鸣报警器9。百叶窗4位于箱体两侧，为井台保护箱1内提供通风条件，同时保证信号传输通畅。铭牌6标明监测井的基本信息，信息包括：监测井编号、井深、井口高程、监测层次、管理单位、监督电话、建设单位、建设日期等。

蜂鸣报警器9位于井台保护箱1的箱体内，触发蜂鸣报警器9的行为包括：保护箱锁5非正常打开，太阳能板17移动，智能摄像头16移动，蓄电池移动，监测仪器移动，水位变幅大于0.5m/hr，监测水质数据小时变幅大于30％等。报警信息经数据传输器传输给后端监测人员。

井管保护盖2位于监测井管3外，其内径大于监测井管3，其形状为空心圆柱；其材质为金属质，且有油漆涂层。

关于能源系统为保护装置提供能量自供给，其包括蓄电池、太阳能板17和支架18。

其中，太阳能板17安装于支架18上，太阳能板17位于智能摄像头16的上部，优选地，其安装高度不低于3.5米。优选地，天气晴好时，其将太阳能转化为电能，并为蓄电池充电。

支架18位于栅栏8内，其材质为金属质，且具有防水漆涂层。

蓄电池位于井台保护箱1内，其为监测设备供电。

关于数据传输系统包括数据传输器7和物联网网络，数据传输器7位于井台保护箱1内，收集监测仪器记录的数据、报警信息、摄像头记录的图像，并通过物联网网络进行无线通讯，实现数据实时传输。

关于监测仪器包括自动地下水位监测仪14、多参数水质监测仪(pH、电导率、温度监测探头15)和智能摄像头16。

其中，自动地下水位监测仪14集成哈司特合金压力传感器、温度电极、锂电池，内置数据记录仪，全部组件封装在不锈钢机身内，机身有耐腐蚀的钛金属PVD涂层。可设定数据记录时间间隔，存储并传输数据。

pH、电导率、温度监测探头15将多个参数探头集成于一个圆柱形套筒内，隐藏式传感器较好地避免了对传感器对破坏，整个套筒直接入水同时监测多个参数。

智能摄像头16安装于支架18上，智能摄像头16的安装高度不低于3米。优选地，其电力供给来自于蓄电池。正常情况下，其处于休眠状态。可触发智能摄像头16启动的行为包括：栅栏8打开，保护箱锁5打开，蜂鸣报警器9启动，监测仪器移动，蓄电池移动等。智能摄像头16记录地信息经数据传输器7传输给后端监测人员。

监测井主体包括监测井管3、封堵材料11和滤水材料12。其中，监测井管3由滤水的筛管和不滤水的白管螺纹连接而成。在地下水目标监测层段设置筛管，同时相应的在井管外围填充滤水材料12，在其他层段设置白管，在白管外围填充封堵材11。

监测井管3的材料可以选择PVC、HDPE和不锈钢材料，根据所监测指标和含水层条件选取。滤水材料12可以选择水洗石英砂，石英砂粒径根据监测层位含水介质进行选择。封堵材料11可以选择颗粒状膨润土。

如图1所示，在井口位置，设置有水泥底座10，该底座高于地表。在监测井管3的地表部分外侧设有金属质井管保护盖2，监测井管3内放置自动地下水位监测仪14和pH、电导率、温度监测探头15。在水泥底座10上且位于井管保护盖2的外侧还设计了井台保护箱1，该井台保护箱1的两侧设置百叶窗4，其中一侧设置监测井铭牌6，井台保护箱1的箱盖与箱体之间设置有保护箱锁5，箱体内设有蓄电池、蜂鸣报警器9和数据传输器7，水泥底座10的外围设置防护栅栏8，太阳能板17位于支架18上，同时，支架18上安装智能摄像头16，支架18位于栅栏8的内侧。

一口标准的地下水监测井建立需经历钻孔、下井管3、填筑滤水材料12、封堵材料11、洗井等步骤。建立了监测井之后，放入监测设备等，长期监测项目包括地下水位、pH、温度、电导率等。

正常情况下，监测井管3受到栅栏8、井台保护箱1和井管保护盖2等的多重保护，标识明显且设计美观，可以有效避免监测井因野外动物破坏、风雨雷电、偶然事故等导致的失效。井内监测仪器在多重保护下，处于安全无干扰的环境中，监测数据有效性高。监测仪器监测的数据自动存储，数据传输器7通过物联网技术实时将数据发送至后台，监测人员可以实时掌握数据，且不间断的数据序列将为科学问题的研究提供有力支撑。监测人员可以不定期至现场，检查监测井设备运行状况。当地下水监测指标有异常变化，如水位变幅大于0.5m/hr，监测水质数据小时变幅大于30％等，会发出警报信息，提醒监测人员。监测人员可通过专业判断，是正常现象(如降雨)还是非正常现象(如人工抽取或灌入地下水)，并可通过智能摄像头16传回的影像信息辅助判断。

非正常情况下，如有人为恶意破坏监测井或偷盗监测仪器，打开保护箱锁5等，则蜂鸣警报器9启动，发出警报声起到警示作用，同时发送警报信息到后台，监测人员可以通过智能摄像头16观察到现场情况，此外智能摄像头16也记录下相关人员影像信息，为后续追责提供依据。

以上所述仅为本实用新型的优选例实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。