CC BY
2Секция 3. СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ПРОБЛЕМЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
УДК 556.332.52
О.А. Белавина1, В.А. Швецов1, Б.А. Опрышко2
1 Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
2 Камчатский водоканал,
Петропавловск-Камчатский, 683009 e-mail: oni@kamchatgtu.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ В СКВАЖИНЕ № 24 АВАЧИНСКОГО ВОДОЗАБОРА
Организация, ведение мониторинга подземных вод и его совершенствование включены в список важных государственных и народнохозяйственных задач. Цель исследования - изучение метрологических характеристик результатов измерения температуры питьевой воды в скважине № 24 Авачинского водозабора, полученных с помощью автоматических датчиков-регистраторов Levelogger Edge. Авторами сделаны выводы: все приборы Levelogger Edge должны проходить проверку в полевых условиях, и при этом следует оценивать воспроизводимость результатов измерений температуры и систематическое расхождение между результатами измерений, полученными с помощью проверяемого и эталонного приборов.
Ключевые слова: измерение температуры подземных вод, мониторинг водных ресурсов, Levelogger Edge, Авачинский водозабор.
O.A. Belavina1, V.A. Shvetsov1, B.A. Opryshko2
1 Kamchatka State Technical University,
Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003;
2 Kamchatsky vodokanal,
Petropavlovsk-Kamchatsky, 683009 e-mail: oni@kamchatgtu.ru
INVESTIGATION OF METROLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE RESULTS OF MEASURING THE TEMPERATURE OF DRINKING WATER IN WELL № 24OF THE AVACHA WATER INTAKE
The organization, monitoring of groundwater and its improvement are included in the list of important state and national economic tasks. The purpose of the study is to study the metrological characteristics of the results of measuring the temperature of drinking water in the well No. 24 of the Avacha water intake, obtained using automatic sensors-loggers Levelogger Edge. The authors concluded that all Levelogger Edge devices should be tested in the field and at the same time the reproducibility of temperature measurement results and the systematic discrepancy between the measurement results obtained using the tested and reference devices should be evaluated.
Key words: measurement of groundwater temperature, monitoring of water resources, Levelogger Edge, Avacha water intake.
Одно из наиболее ценных полезных ископаемых представляют собой подземные воды. Использование подземных вод в различных областях промышленности, сельского хозяйства и социальной сфере постоянно возрастает [1, 2]. В Камчатском крае основным источником питьевого водоснабжения являются подземные воды. Поэтому организация, ведение мониторинга
подземных вод и его совершенствование включены в список важных государственных и народнохозяйственных задач [2, 3].
Приборы и оборудование, используемые при гидрогеологических исследованиях, в том числе термометрическая аппаратура, должны регулярно проверяться не реже одного раза в год и после ремонтов любого вида. Кроме того, проверку необходимо выполнять и в лабораторных и в полевых условиях. В обязательную контрольную проверку термометрических приборов входят проверка времени выдержки и проверка воспроизводимости показаний [4].
Время выдержки определяется для каждого термометрического прибора путем проведения серии измерений с увеличением выдержки от 1 до 5 часов на глубине более 20 м. В полевых условиях проверочный термометр вместе с эталонным термометром помещается на глубину 25-30 м со стабильной во времени температурой. Затем, после соответствующей выдержки одновременно проверяемым и эталонным приборами измеряют температуру. Далее вносят поправку к результатам непосредственных измерений, вычисляемую как разницу в показаниях. Существенными недостатками проверки приборов в полевых условиях являются низкая экспрессность и высокая трудоемкость измерений. Кроме того, на точность результатов измерений влияет человеческий фактор [4].
В настоящее время для выполнения измерений температуры используются автоматические датчики-регистраторы Levelogger Edge [5]. Специалистам, осуществляющим наблюдения за режимом температуры подземных вод, необходимо определить время выдержки приборов Levelogger Edge и воспроизводимость результатов измерений температуры, полученных с их помощью [6]. Рекомендации по установке времени выдержки датчиков в подземных водах, указанные разными нормативными документами существенно различаются [2, 4, 6, 7]. Следовательно, для объективной оценки времени выдержки требуются дополнительные исследования.
Цель исследования - изучение метрологических характеристик результатов измерения температуры питьевой воды в скважине № 24 Авачинского водозабора.
Экспериментальная часть
Объект - эксплуатационная скважина № 24 Авачинского водозабора Елизовского месторождения питьевых вод;
Период проведения проверки - 17.12.2020 г. (с 15:32:20 по 16:36:00);
Проверяемый прибор - датчик-регистратор Levelogger Edge М10 №1;
Эталонные, новые приборы [8]:
Levelogger Edge М10 - № 2 и № 3; Levelogger Edge ТСМ100 - № 4 и № 5.
Порядок выполнения эксперимента
- Проверяемый и эталонные приборы установили в специальное подвесное устройство;
- Включили в режим «Измерение» в 15:30:00;
- Приборы опустили в скважину; Соприкосновение приборов с водой произошло в 15:32:20;
- Погружение приборов в воду на глубину 10 м в период времени с 15:32:20 по 15:34:10;
- Нахождение приборов на глубине 10 м до 16:30:30;
- Интервал между измерениями 10 с;
- Полученные результаты измерений оценивали в ходе эксперимента;
- Математическая обработка результатов измерений за период с 16:12:00 по 16:30:00.
Анализ результатов измерений показал следующее:
- Расхождение начальных и конечных результатов измерений не превышает 0,01°С;
- Результаты измерений температуры, полученные с помощью прибора № 1, содержат систематическую погрешность, так как прибор эксплуатировался в течение пяти лет и не проходил проверку [5];
- Между результатами измерений, полученных с помощью прибора № 1, и остальными результатами существует значимое систематическое расхождение.
Для подтверждения полученных выводов выполнили статистическую обработку результатов измерений температуры, полученных в период времени с 16:12:00 по 16:30:00 (табл. 1 и 2). При изучении метрологических характеристик оценку однородности дисперсий выполняли по критерию Кохрена [9, 10]; оценку значимости расхождений средних результатов показаний приборов - по критерию Стьюдента [9, 10] (табл. 2).
Таблица 1
Статистические расчеты
№ Результаты Кол-во Среднее Дисперсия Стандартное Коэффициент
прибора измерения, °С результатов значение, °С отклонение вариации, %
0,300 20
0,299 36
1 0,298 28 0,298 0,000001389 0,001179 0,4
0,297 22
0,296 3
0,178 2
0,177 8
2 0,176 18 0,175 0,000001213 0,001101 0,6
0,175 42
0,174 31
0,173 8
0,193 21
0,192 31
3 0,191 37 0,191 0,000001278 0,001278 0,6
0,190 19
0,189 1
0,197 5
0,196 44
4 0,195 39 0,195 0,000001574 0,001255 0,6
0,194 6
0,193 7
0,192 8
0,189 12
0,188 23
5 0,187 49 0,187 0,000001139 0,001068 0,6
0,186 16
0,185 9
Таблица 2
Оценка значимости расхождений средних результатов
№ п/п Сравниваемые дисперсии Вычисление дисперсий Сравнение с табличным значением Заключение
1 S12 = 0,000001389; S22 = 0,000001213; S32 = 0,000001278; S42 = 0,000001574; S52 = 0,000001139; Суммарная дисперсия S1-52 = 0,000006593; Gmax = 0,2387 < Gmax(0,05; m = 5; f = 09) = 0,2513; (критерий Кохрена) Сравниваемые дисперсии однородны
2 S12 = 0,000001389; S42 = 0,000001574; (показания приборов № 1 и № 4, наиболее близкие по среднему значению) Среднее значение дисперсий 0,000001482; f = 216; t = 624,77 >> t(0,001; 216) = 3,37; (критерий Стьюдента) Между результатами измерений температуры, полученными с помощью прибора № 1 и остальных приборов, существует значимое систематическое расхождение
3 S22 = 0,000001213; S42 = 0,000001574; (показания приборов № 2 и № 4, наиболее различающиеся по среднему значению) Среднее значение дисперсий 0,0000013935; f = 216; t = 125,08 >> t(0,001; 216) = 3,37; (критерий Стьюдента) Между результатами измерений температуры, полученными с помощью прибора № 2 и приборов № 3, 4, 5, существует значимое систематическое расхождение
4 S42 = 0,000001574; S52 = 0,000001139; (показания приборов № 4 и № 5, наиболее различающиеся по среднему значению) Среднее значение дисперсий 0,0000013565; f = 216; t = 50,71 >> t(0,001; 216) = 3,37; (критерий Стьюдента) Между результатами измерений температуры, полученными с помощью прибора № 5 и приборов № 3, 4, существует значимое систематическое расхождение
5 S32 = 0,000001278; S42 = 0,000001574; (показания приборов № 3 и № 4, наиболее близкие по среднему значению) Среднее значение дисперсий 0,000001426; f = 216; t = 24,73 >> t(0,001; 216) = 3,37; (критерий Стьюдента) Между результатами измерений температуры, полученными с помощью прибора № 3 и прибора № 4, существует значимое систематическое расхождение
Анализ изучения метрологических характеристик результатов измерений и их статистической обработки выявил следующее:
- Прибор № 1 можно использовать для измерений с учетом поправки -0,11°С;
- На показания прибора № 2 не следует ориентироваться как на эталонные, так как они отличаются от показаний приборов № 3, № 4 и № 5 более чем 0,01°С.
- Показания приборов № 3, № 4 и № 5 можно принять в качестве эталонных, так как расхождение составляет меньше 0,01°С.
Таким образом, все приборы Levelogger Edge, должны проходить проверку в полевых условиях и при этом следует оценивать воспроизводимость результатов измерений температуры и систематическое расхождение между результатами измерений, полученными с помощью проверяемого и эталонного приборов.
Литература
1. Черняев А.М. и др. Россия: водохозяйственное устройство. - Екатеринбург: Аэрокосмоэкология, 1999. - 400 с.
2. Методические рекомендации по организации мониторинга подземных вод на мелких групповых водозаборах и одиночных эксплуатационных скважинах. - М.: Государственный центр мониторинга геологической среды МПР России, 2000. - 24 с.
3. Мониторинг месторождений и участков водозаборов питьевых подземных вод: Методические рекомендации / Сост. Б.В. Боревский, Л.С. Язвин, В.П. Закутин; АОЗТ «ГИДЭК». - М.: МПР РФ, 1998. - 80 с.
4. Методические указания по производству наблюдений за режимом температуры подземных вод / Сост. Н.М Фролов, В.Н. Шкатулкин. - М.: ВСЕГИНГЕО, 1982. - 40 с.
5. Опрышко Б.А., Швецов В.А., Белавина О.А. Совершенствование метода контроля пьезометрического уровня подземных вод в эксплуатационных скважинах Камчатского края // Водоснабжение и санитарная техника. - 2021. - № 3. - С. 16-19.
6. Преобразователи (регистраторы) давления измерительные Levelogger, Aqua Vent, Barologger. Методика поверки. - Видное, 2017. - 13 с.
7. LTC Levelogger Edge [Электронный ресурс]. - URL: https:// solinst.com/products/data/ 3001-ltc-edge.pdf (дата обращения: 22.05.2019).
8. Миф Н.П. Методы выполнения измерений. Методический материал в помощь метрологам. - М.: ТОО «ТОТ», 1996. - 35 с.
9. Смагунова А.Н., Корпукова О.М. Методы математической статистики в аналитической химии: Учеб. пособие. - Иркутск: Изд-во Иркут. Гос. ун-та, 2008. - 339 с.
10. Смагунова А.Н., Шмелёва Е.И., Швецов В.А. Алгоритмы оперативного и статистического контроля качества работы аналитической лаборатории. - Новосибирск: Наука, 2008. - 60 с.
