Сравнительная оценка случайной составляющей погрешности автоматических скважинных уровнемеров на основе обработки измерений земноприливных колебаний уровня подземных вод

Abstract

Актуальность. Внедрение автономных цифровых уровнемеров позволяет существенно расширить спектр задач, решаемых в различных областях геологии и экологии: с повышением частоты измерений становится возможным успешное применение методов математической обработки данных для снятия искажений уровня различной природы. Расширение сфер применения скважинных уровнемеров делает актуальным вопрос выбора того или иного типа прибора для обеспечения требуемой точности измерения. Цель: рассмотреть методику сравнительной оценки случайной составляющей погрешности автоматических уровнемеров, основанную на обработке измерений земноприливных колебаний уровня подземных вод. Методы: компенсация влияния изменений атмосферного давления на уровень подземных вод на основе опытного определения барометрического коэффициента скважины; расчет земноприливных колебаний уровня по упрощенной модели; корреляционный и частотный анализ расчетных и экспериментальных данных. Результаты. Путем сопоставления измеренных значений уровня с расчетными значениями земноприливных колебаний уровня подземных вод выполнена сравнительная оценка точности нескольких цифровых уровнемеров, установленных в одной скважине. Путем снятия искажений от вариаций атмосферного давления и последующей фильтрации скользящим средним из показаний уровнемеров выделен сигнал земноприливных колебаний уровня подземных вод. Из корреляционного и амплитудно-частотного анализа расчетных и экспериментальных данных определены показатели, по которым можно проводить сравнительную оценку случайной составляющей погрешности испытуемых уровнемеров. Выводы. Предложенная методика позволяет по результатам сравнительных натурных испытаний выбрать автономные цифровые уровнемеры с минимальной случайной составляющей погрешности. Наиболее перспективным способом снятия искажающего влияния земноприливных колебаний уровня подземных вод является режекторная фильтрация сигнала уровня с использованием двух частот заграждения.

Relevance. Introduction of autonomous digital level gauges allows significantly expanding the range of tasks solved in various fields of geology and ecology, by increasing the frequency of measurements and applying mathematical processing methods to avoid distortions of different nature. The expansion of the field of application of downhole level meters makes it a topical issue to choose a particular type of device to ensure the required measurement accuracy. Aim. To consider the approaches to comparative estimation of random error of several types of automatic level gauges based on their recording of earth-tidal variations of groundwater level. Methods. Methods of compensating the influence of variations in atmospheric pressure on groundwater levels; methods of calculating tidal level variations; methods of correlation and frequency analysis of the calculated and experimental data. Results. The authors have carried out a comparative assessment of the accuracy in readings of several digital level gauges, installed in one well, by comparing the measured values of earth-tidal variations of the groundwater level with the calculated ones. Based on the experimental data, tidal variations of the groundwater level were obtained by eliminating distortions from variations in atmospheric pressure and then filtering with the moving mean. From correlation and amplitude-frequency analysis of the calculated and experimental data, indicators were determined for making a comparative assessment of a random component of the error of the tested level gauges. Conclusions. The approach suggested allows choosing independent digital level gauges with a minimum random error component using the totality of calculated parameters. The most promising way to eliminate the distorting effects of tidal variation of groundwater level is the method based on the cutter frequency filtering of the level signal measured by the level gauge.