淺析地下水動態(tài)數(shù)字化遙測系統(tǒng)研制與應(yīng)用

孔桂芹，韓 鵬

(棗莊市水資源試驗站，山東 棗莊 277800)

1 現(xiàn) 狀

棗莊市位于山東省南部，境內(nèi)有流域面積大于100km2的季節(jié)性河流河流13 條，洪水期水位暴漲暴落，枯季水量較小。棗莊市水資源試驗站承擔(dān)著全市地下水監(jiān)測和管理工作，目前，全市有地下水位觀測點149 處，遍布全市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，除少量每天觀測1 次外，大部分為5 天觀測1 次，觀測項目為地下水位、水質(zhì)、水溫等，均為人工觀測，存在著監(jiān)測數(shù)據(jù)效率精度低，人力、物力浪費現(xiàn)象。為解決這一問題，我們選取具有代表性的29 眼觀測井，進行了地下水動態(tài)數(shù)字化遙測系統(tǒng)研制和進一步推廣工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計思想

緊緊圍繞推動數(shù)字化水利建設(shè)，利用現(xiàn)代高科技手段，力求全面、兼顧長遠和及時，進行棗莊市地下水水位、水量自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，以準(zhǔn)確掌握地下水資源動態(tài)信息，建立自動在線監(jiān)測系統(tǒng)，完成地下水資源各項指標(biāo)自動采集監(jiān)測和智能分析，為有效保護地下水資源和實現(xiàn)水資源安全、有序利用和防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供有力保障。

3 系統(tǒng)網(wǎng)組成

建立的棗莊市地下水水位、水量自動監(jiān)測系統(tǒng)，采用GPRS 通信方案，系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，星型網(wǎng)絡(luò)方式組網(wǎng)。測站設(shè)備可根據(jù)需要分布于監(jiān)測點，所有測站數(shù)據(jù)發(fā)送至中心站，無需采用任何中轉(zhuǎn)，使數(shù)據(jù)傳輸故障率保持最低。遙測系統(tǒng)由遙測站、中心站兩部分組成。

3.1 遙測站配置及組成

遙測站即數(shù)據(jù)采集部分，主要由液位變送器、測站機、充氣電纜、信號線、保護裝置等組成。該系統(tǒng)設(shè)置測站29 套。

3.2 中心站配置及組成

中心站主要由中心站機、中心站微機、“地下水遙測信息實時接收處理系統(tǒng)”軟件等組成。中心站微機配置為:LENOVO 聯(lián)想品牌微機，PIV2.4GHz，256M 內(nèi)存，40G 硬盤，17 英寸彩色液晶顯示器。系統(tǒng)軟件的操作平臺是WindowsXP，采用Visual Basic高級程序語言設(shè)計。

4 系統(tǒng)功能設(shè)置

棗莊市地下水動態(tài)數(shù)字化遙測系統(tǒng)是對各遙測站終端機發(fā)來的自報或遙測信息進行接收、解調(diào)、存儲和處理。并通過數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件，實現(xiàn)防汛抗旱、調(diào)度需求。系統(tǒng)軟件操作平臺是WindowsXP，采用Visual Basic 高級程序語言設(shè)計。數(shù)據(jù)庫軟件為Microsoft SQL Server。系統(tǒng)目前運行環(huán)境為IBM 微機，操作系統(tǒng)為WindowsXP，系統(tǒng)運行速度較快，穩(wěn)定性較好，操作簡便。其主要功能介紹如下:

4.1 野外數(shù)據(jù)采集、處理功能

為適應(yīng)野外工作環(huán)境，遠程遙測終端機采用交流電和大容量蓄電池供電，同時掛接太陽能電池為蓄電池充電，確保測站機長期穩(wěn)定運行。測站機每天按設(shè)定的時間定時開關(guān)機，通過GSM 通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程遙測遙控功能，具有野外數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、發(fā)送功能，能根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)條件和數(shù)值作出本地的控制決策，以適應(yīng)水資源管理要求。

4.2 地下水信息查詢功能

信息查詢具有對遙測數(shù)據(jù)庫和實時地下水、雨情等數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行信息輸出和信息展現(xiàn)功能，可對一般地下水信息、水情信息、雨情信息、統(tǒng)計信息和分析信息進行數(shù)據(jù)表現(xiàn)，也可以直方圖、過程線、等雨量線等圖形進行表現(xiàn)，具備在電子地圖上實時動態(tài)顯示與水情信息、預(yù)報信息、站點信息的多途徑、多方式查詢功能。

4.2.1 實時監(jiān)測系統(tǒng)

實時監(jiān)測功能包括表格監(jiān)測、測站狀態(tài)、地圖監(jiān)測、地圖統(tǒng)計等，主要顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)列表，監(jiān)測各個站點所采集到的最新數(shù)據(jù)。

4.2.2 地下水信息系統(tǒng)

主要監(jiān)測項目為水資源動態(tài)地下水位、地表水位、水溫、水質(zhì)、雨量、供水遠程抄表數(shù)據(jù)監(jiān)測和水資源量的計算以及數(shù)據(jù)處理。其功能如下:

a.站點管理功能。對站點名稱、站點編號、站點歸屬、測井的地面高程、固定點高程等一系列參數(shù)的管理。

b.數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。監(jiān)測所有站點最新數(shù)據(jù)。

c.統(tǒng)計報表功能。根據(jù)地下水資源管理和地震監(jiān)測的需要，設(shè)計了各類統(tǒng)計報表，包括日報表、月報表、年報表歷史報表、統(tǒng)計報表、不同時期水位比較圖、曲線圖表等，以及年、任意時段的平均值統(tǒng)計。

d.統(tǒng)計報表打印、編輯功能。打印各類統(tǒng)計報表，并可在打印表中對圖表進行編輯。

e.歷史數(shù)據(jù)錄入功能。

4.2.3 信息管理系統(tǒng)

信息管理系統(tǒng)分為基本信息和系統(tǒng)信息管理兩種，能實現(xiàn)對各類信息的錄入、修改、刪除等功能。并在系統(tǒng)用戶對數(shù)據(jù)進行這些操作時，系統(tǒng)能夠辨別用戶對數(shù)據(jù)的操作權(quán)限，對未被授權(quán)的用戶拒絕其操作。

系統(tǒng)設(shè)置三種用戶類型:系統(tǒng)管理員、數(shù)據(jù)庫管理員、普通用戶。普通用戶只能對信息進行查詢，不能修改或刪除數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)庫管理員則可以對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行錄入、修改及刪除;系統(tǒng)管理員除擁有數(shù)據(jù)庫管理員的權(quán)限外，還可以添加或刪除用戶及對用戶授權(quán)。系統(tǒng)根據(jù)登錄用戶類別進行判斷，只有具有權(quán)限的用戶才可以進行信息維護操作。維護的內(nèi)容包括測站信息、通道信息、水質(zhì)信息、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)用戶信息。維護的方式是對以上信息進行瀏覽、添加、編輯和刪除，并由具有相應(yīng)權(quán)限的用戶負責(zé)這些信息的維護工作。

5 特 點

5.1 地下水信息WAP 發(fā)布

由于數(shù)據(jù)通過INTERNET 傳送至服務(wù)器接收，通過在服務(wù)器上運行地下水信息WAP 發(fā)布系統(tǒng)，各種動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用手持終端如手機訪問預(yù)先設(shè)置的該WAP 站點獲取數(shù)據(jù)信息。該功能極大方便了水資源管理人員。

5.2 異地實時動態(tài)監(jiān)測

在實際管理工作中，常常需要對某些井位進行實時動態(tài)跟蹤監(jiān)測。在該系統(tǒng)建立后，提供了異地實時動態(tài)跟蹤監(jiān)測功能，工作人員可以在辦公室通過電腦模擬分析地下水變化，為管理地下水提供科學(xué)依據(jù)。

5.3 輔助分析系統(tǒng)

在系統(tǒng)服務(wù)器上記錄有各測點測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動繪制水位埋深等值線，并根據(jù)前月或上年水位變化形成變化速率圖，提供各種數(shù)據(jù)報表和分析圖表等。

6 效益分析

6.1 社會效益

水資源動態(tài)數(shù)字化遙測綜合監(jiān)測系統(tǒng)，通過中心站軟件程序處理形成數(shù)據(jù)后，實現(xiàn)遠距離自動遙控，是高科技在水資源動態(tài)測報領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，有效提高了工作效率。遙測綜合監(jiān)測系統(tǒng)具有即時監(jiān)測、即時傳送、即時接受、方便快捷、精確可靠的特點，為每年抗旱、防汛應(yīng)急提供及時可靠的信息資料。該系統(tǒng)克服了原有人工觀測精度不高和資料真實性不足的問題，為水資源動態(tài)觀測研究提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。同時，也使水資源管理和預(yù)測預(yù)報步入了自動化、現(xiàn)代化、規(guī)范化的軌道，提高了辦公效率。

其次，目前建成運行的水資源動態(tài)數(shù)字化遙測綜合監(jiān)測系統(tǒng)，可兼容3000 個站點的雨量、流量、水位、供水遠程抄表、水溫、水質(zhì)等實時監(jiān)測項目，在實際工作中應(yīng)用前景廣闊，社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益不可限量。

6.2 經(jīng)濟效益

地下水資源動態(tài)數(shù)字化遙測綜合監(jiān)測系統(tǒng)完成建設(shè)水資源信息遙測終端29 處，能滿足未來10 年自動化管理需求，其具體經(jīng)濟效益如下:

原人工觀測井多為農(nóng)用井，或借用其他設(shè)施，經(jīng)常遭到破壞，幾乎每年都需要更新。觀測站點一次性投資費用為38860 元(見表1 );29 名觀測人員每年費用為64380 元(詳見表2)，平均每年可節(jié)省費用25520 元。

表1 29 個觀測井點一次性投資費用

表2 29 名觀測人員年費用

6.3 管理效益

水資源動態(tài)遙測系統(tǒng)的應(yīng)用改變了人工管理方式，采用計算機作為輔助手段，對水位、流量、雨量、水質(zhì)、水溫等進行實時、準(zhǔn)確的無線遙測查抄，為水資源管理提供了系統(tǒng)的、現(xiàn)代化的管理方式。

對水資源參數(shù)進行準(zhǔn)確地采集，便于管理部門掌握水資源實時狀況，為水資源調(diào)配提供可靠的依據(jù)，提高水資源管理水平。

7 結(jié) 語

水資源遙測系統(tǒng)應(yīng)用遙感通訊技術(shù)，成功實現(xiàn)了地下水位等信息的自動采集、存儲、傳輸及實時監(jiān)控，加強了水資源的動態(tài)管理，在確保穩(wěn)定、安全、優(yōu)質(zhì)供水的前提下，實現(xiàn)了全市地下水資源的保護性開發(fā)。