地下水的主要功能模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇地下水的主要功能，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）28-0197-03

Design of Internet of Things-based Groundwater Remote Monitoring System

GUO Yu1，HU Sheng-li1，YANG Tong-man2

（1.Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.College of Meteorology and Oceanography，PLA Univ.of Sci.& Tech，Nanjing 211101，China）

Abstract： Being aimed at the problem of groundwater monitoring at present，this paper presents a design scheme of remote monitoring based on Internet of Things.Firstly，the concept of Internet of Things and its three layer architecture are introduced，and the overall design scheme of system based on the three architecture is put forward.The design of remote monitoring，wireless transmission network and monitoring center of system are introduced in detail.The paper gives Working principle and main functions of system at last.At present，the system has been put into concrete application.It is proved that the system has excellent expandsibility and applicability.It has saved lots of manpower，material resources and financial resources for relevant departments.

Key words： internet of things； GPRS；virtual private network；wireless transmission；groundwater monitoring

我国是一个水资源严重缺乏的国家，虽然总储量占世界第六位，但人均水资源却是世界人均水资源的1/4。地下水资源的合理利用和开采对一个国家的经济发展和生态环境都起着至关重要的作用。改革开放以来，我国的社会经济快速发展，人们生活水平提高的同时也伴随着地下水资源的大量开采，再加之水资源的污染、有关部门缺乏合理规划和有效监管，就安徽本地来说，已经出现了地区性水位下降和枯竭等问题。从而引发了部分地区地面沉降、土壤盐渍化和地裂缝等情况，对地下水资源的有效监测已迫在眉睫。

文献[1]提出了基于GPRS（General Packet Radio Service）-Internet网络和Zigbee网络结合的远程监测系统。文献[2]提出基于无线传感网络的水资源监测系统。本文利用物联网的各种特点和优势，以物联网三层结构为设计原则，提出了基于物联网的地下水远程监测系统的设计方案。

1物联网

1.1物联网的概念

物联网是通过射频识别（RFID）、激光扫描器、全球定位系统、红外感应器、等信息传感设备，遵守约定的协议，把物理实体与物联网相连接，进行信息交换和通信，实现对物体的、定位、跟踪、智能化识别、监控和管理的一种网络[2]。

1.2 物联网的三成架构

感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。主要包括一些基本感应器件和感应器件组成的网络这两部分。感知层我们采用超声波流量计作为采集终端。

网络层解决的是感知层获得的数据长距离传输的问题。它主要功能是接入传输，完成数据的传递和交换，一般分为接入网和传输网两种类型。本系统采用的是GPRS+VPN的无线传输方式，在保证数据安全性的同时又提高了实时性。

应用层解决是数据处理和人机界面的问题。网络层传输的数据被应用层处理并通过各种设备与人交互。系统中利用.NET技术设计系统软件平台，提供了实时和历史数据查询、数据报表和设备报警等相关功能。其三层结构如下图所示：

2系统结构设计

本系统结构主要由远程监控终端、GPRS数据传输网络和监测中心三部分组成，分别对应着物联网的感知层、网络层和应用层。系统结构如下所示：

2.1感知层

数据采集主要通过各类传感器，对地下水的水位、水温、水质等信息进行采集，通过MCU微控制器对采集的信号，比如电流、电压等数据进行A/D转换，将转换后的数据通过标准RS232/485串口传输到现场的从GPRS通信设备上，GPRS模块我们采用SIEMENS公司的MC39I模块，然后经过数据加密处理后传输到GPRS网络。

2.2网络层

GPRS无线网络主要担当着各个监测点和监测终端之间数据传输的桥梁。近年来，随着GPRS网络的不断完善和发展，其在数据传输方面的应用也越来越广泛。GPRS网络几乎无缝覆盖和按流量、话费等资费方式收费的优点，使其应用在地下水资源无线远程监测系统上的性价比和发展前景都是巨大的。本系统采用GPRS+VPN虚拟专用网技术相结合的方式，实现数据安全、稳定、高效的传输。

2.2.1 GPRS通信技术

GPRS是建立在GSM（Global System for Mobile Communication）网络之上，为用户提供高速分组交换数据的新网络业务。它是在GSM原有网络的基础上叠加了一层网络而组成的，网络中增加了GPRS服务支持节点SGSN（Serving GPRS Support Node）、GPRS网关支持节点GGSN（Gateway GPRS Support Node）、计费网关（可选）、边缘网关（可选）等实体，同时通过GPRS骨干网实现各实体之间的连接[3]。该网络的主要优点：

1）高速数据传输

GPRS网络采用的是分组交换技术，通信时数据传输速率最高可达到171.2kb/s。实际传输速率也可达到40kb/s，可以满足各个监测点的数据采集传输的要求，具有良好的实时处理和响应能力。

2）实时在线

网络环境下，各监测点的从GPRS模块与网络保持着实时交互的能力。满足了各个监测点数据采集和实时响应监控中心发来的各种控制指令，实时监测各监测点的工作状态和在线状态。

3）按量计费和覆盖范围广

各远端监测点的从GPRS设备只要正常开机就始终附着在GPRS网络上，按照接收和发送的数据包数量来收取费用，在没有数据包传递时，即使在线，也不会消耗任何费用，一定程度上降低的项目成本。另外水资源监测系统要求数据采集的跨度比较大，要求系统扩展不受地区的限制，GPRS网络由于覆盖范围很广，满足了系统设计的要求。

2.2.2 VPN虚拟专用网

虚拟专用网VPN（Virtual Private Network）是一种在公共通信基础设施上构建的虚拟专用或私有网，通过一个公共网络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱公用网络的安全、稳定的隧道，可以被认为是一种从公共网络中隔离出来的网络。

监测中心的主GPRS模块和各监测点的从GPRS模块接入VPN网络后，中国移动都会为其分配一个固定的IP地址。各设备可以通过PPP、TCP/IP、UDP等协议直接进行数据交互，无需地址转换。另外VPN使用加密传隧协议，阻止截听和嗅探来保证数据安全性。并且为防止身份伪造，要求使用者在使用时发送身份验证，数据完整性和安全性得到充分的保证。

本系统中GPRS网络下VPN的消息流程如下：

2.3应用层

该层主要为监测中心软件的设计。监控中心软件以.NET为开发语言，采用B/S三层架构，分别为表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL），安全性高并且具有良好的可扩展性。结构如下所示：

表示层：表示层主要通过业务逻辑层的类和对象为用户提供可视化的接口和界面，秉承所见即所得的原则，主要包括等水位线生成、电子地图、参数设置、报表和报警等功能。

数据访问层：数据访问层用于存储和修改项目下所需数据和参数。包括监测点实时传输过来并被前置机处理存储的数据、数据库的配置参数、当前数据表和历史数据表。通过数据访问组件提供数据访问接口，隐藏访问数据库的细节。

业务逻辑层：业务逻辑层完成与数据访问层的数据交互的操作。该系统中主要通过监测中心端的前置机完成数据处理并存储在数据库中。主要包括数据采集传输、数据存储处理和监测井端报警控制等。通过数据库类库中的Connection、Dataset和DataReader类用以访问数据库数据，并把数据存在数据集中送往表示层展现。

3系统工作原理和主要功能

3.1工作原理

系统数据传输采用全双工通信方式。远程监测端的流量计等采集设备通过DTU微处理机芯片对采集的信号进行A/D处理，将处理的数据以数据流的形式通过标准RS232/485串口传输到监测端的从GPRS通信模块上，从GPRS模块完成激活与移动基站进行连接，使用TCP/IP和PPP协议将需要发送的数据包封装、加密处理后传输到GPRS网络上。基站的SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组的资料进行相应处理。网络端由于采用GPRS+VPN方式，监测中心的主GPRS模块可以直接对网络传输的数据包进行解析，将解包的数据送往监测中心端的前置机，通过RS232/485串口存入数据库，监控软件从而对采集的数据进行分析处理展示。

系统工作流程如下：

3.2主要功能

1）实时信息监测模块

监控系统通过监测中心端的前置机向各个远程监测点发送AT指令，监测点响应指令或主动对水位、水温、监测点工作状态、设备工作状态和信道是否正常进行监测，通过从GPRS模块将各种数据经由GPRS网络送往监测中心。监测中心将发来的数据按照数据类型进行区分并储存在数据库相应的表中。监测中心能够实时绘制水位柱状图、流量曲线图等过程曲线。它是整个系统的核心模块。

2）数据分析模块

通过对数据库中的历史和实时数据进行分析，绘制相关的曲线图。根据监测端的数据实时绘制水位等值线，用来判断部分地区漏斗状态的变化，为相关管理机构和决策者提供参考帮助。

绘制等值线采用的是美国Golden Software公司编制的surfer软件，它能够轻松制作基底图、等值线图、分类数据图、剖面图、3D曲线图等，已成为气象、地质、水位水利、土地管理工作者必备的专业成图软件。

3）水位流量查询

取水查询可以进行多个用户的水量查询，也可以查询单个用户的用水情况。多用户的查询，系统提供日、周、月、年查询方式。用户从前台软件的下拉列表框中选择需要查询的类型，规定查询需要的时间段后，用水单位的取水流量情况会自动查询出来，同时生成柱状图。

4 结束语

本文利用物联网技术设计了基于物联网的地下水无线远程监测系统，利用.NET技术和GPRS+VPN网络实现了监控中心端的设计和无线传输网络的组建，对远程监测井和地下水可以实现实时动态监测，满足了无需现场工作人员也可以准备监测地下水数据变化的需要。为水利决策者提供了准确、实时、操作便捷的数据，节省了大量的人力、物力、财力。相信随着无线网络技术的发展，该系统会越来越完善，在其他行业也会得到越来越多的应用。

参考文献：

[1] 曹磊.基于无线网络的水资源监测系统的设计与实现[D].保定： 华北电力大学， 2011.

[2] 程甜华.基于WSN的水资源实时监测数据采集系统的研究[D].南昌： 南昌大学， 2013.

[3] 陈秀宏，钱东平，赵瑞明.基于掌上电脑的地下水自动监测系统软件的研究[J].微计算机信息，2006，22（28）：256-258.

[4] 温小莉，柏屏.浅谈物联网技术及其在水利上的应用[J].江苏水利，2011（9）.

[5] 胡胜利，万晋军.基于GPRS的地下水自动监测系统设计[J].水利水电技术，2011（42）.

[6] 冯桂宏，孟繁鑫，程祥.基于GPRS和VPN的农乡配电网远程数据采集系统[J].中国农村水利水电，2011（12）：165-166.

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一、概况

某学院新校区位于东北某市高新技术产业区内，规划用地3200亩，建筑面积60余万平方米，分两期实施。其中一期占地1600亩，建筑面积35万平方米，包括教室、实验楼、图书馆、行政办公楼等多种建筑。依照当地规划部门的意见，考虑环保要求，拟采用地下水水源热泵系统进行供暖和供冷。地下水水源热泵系统是地源热泵系统中的一种，是以地下水作为冷热源的供暖供冷系统。由于其环保性和节能性，近期在国内外都得到了大力推广和应用。由于采用地下水水源热泵系统进行供暖供冷在当前沿是一项较新的技术，建筑方特委托我方对该工程采用水源热泵系统的可行性进行分析。本文重点介绍了对该工程采用地下水水源热泵系统进行供暖的经济性。

二、当地的水文地质状况和能源状况

建设方委托当地地质工程勘察院落对工程所在地进行了实地勘查，并钻控了观察进和试验井，对当地地下水的水温，含水层分布，出水量以及回洪量等参数进行了试验研究，给出了水文地质报告和地下水水质分析报告。根据上述报告，当地地下水水温为9.2-10℃，水质较好，符合热泵机组的用水要求；当地地下水平均年下降速率为0.18m/a，有效含水层平均厚度为34米；在适当的井群设计下，建议采用Φ500的井管，在井深50米的情况下，每口井的出水量为5000m3/d，回灌水量为1800 m3/d。

由于该校区所在地市政设施沿不完善，热力管网和燃气管网均未敷设到位。能源主要以煤矿和电为主，除地热能外，唯一现实和被允许的供暖方式只有采用区域锅炉房+散热器的方式。

根据甲方提供数据，该地区电价按照0.69元/度计算，燃煤按照250元/吨计算，暂不执行分时电价政策。

三、地下水水源热泵系统的确定

就地下水的运行方式而言，地下水水源热泵系统分为两种，一种为直接式系统，另一种则为间接式系统，它们的区别主要在于地下水是直接引入热泵机组还是地下水不直接进入机组，而是通过板式换热器通过小温差换热的方式运行将热量传递给热泵机组。直接式系统能让地下水的热量得到充分利用，但地下水的品质直接影响到水源热泵机组的寿命；间接式系统虽然可以用廉价的板式换热器保护了昂贵的水源热泵机组，但由于存在换热温差，不能充分利用地下水热量和温度。

就系统末端装置的形式而言，地下水水源热泵系统又分为集中的大型水-水水源热泵机组+风机盘管和分散的水-空气水源热泵机组形式。从投资上看，大型水-水水源热泵机组+风机盘管的系统形式是一种更为集中的空调方式，国内已有生产，由于机组较为集中。因此水源热泵机组初投资较小，但热泵机组需要在建筑中设置专用的机房，水-空气水源热泵系统相对分散，目前成熟产品主要为国外品牌，机组初投资略高；从运行上来看，由于水水-水水源热泵机组的能量调节只能分有限的级数进行，而且要同时供冷热就必须采用四管制，因此比较适合于作息时间比较统一，负荷比较一致的场合；水-空气水源热泵机组自带温控器，可以根据使用要求进行独立的调节和运行，还可以在两管制的情况下实现四管制才有的同进供暖供冷的功能，但由于压缩机集成在机组内部，有一定的噪音问题，因此比较适合作息时间多样化且使用要求也比较多样但噪音要求不太严格的商用和公用建筑。

针对以上系统特点，如果本工程采用间接式系统，由于当地地下水水温冬季仅有9℃左右，热泵机组的出水温度可能在3℃以下，为避免冻结的危险有必要在循环水种添加防冻剂。由于当地地下水符合热泵机组的用水要求，为避免循环水中添加防冻液，由此带来的一系列的运行、设计和管理难题，在做好除砂过滤和除氧防府工作（仅限于物理处理）的前提下，该系统采用直接式系统。同时，考虑到学校用房的作息时间和使用功能都比较单一，一般整栋建筑的使用都是同步的，且学校教室对噪音要求较严，同时综合考虑造价因素，决定本工程选用直接式地下水水-水热泵机组+风机盘管（或空调箱）的系统形式。

在上述系统形式下，计算得到供暖所需理论地下水流量为2874m3/h。根据水文地质报告和的需水量，计算得到所需供水井为14眼，回灌井数量为38眼。最终设计井群为：供水井17眼（含3眼备用井），回灌井43眼（含5眼备用井）。 四、经济分析

考虑以学校地处东北，供冷时间较短，且大部分时间处于长达两个月的暑假期间，地下水水源热泵系统的主要功能为供暖，供冷只是一项附加的功能，因此甲方最迫切需要知道的是系统用于供暖的经济性。根据当地能源条件，以下主要就燃煤区域锅炉房+散热器系统和地下水水源热泵+风机盘管系统的供暖功能就整个35万平方米的一期工程进行技术经济比较。

1．初投资

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一、地下水急剧下降成为不可忽视的生态危机和社会隐忧

华北平原属于全国缺水地区，目前地下水超采严重，有的城市和地区形成了地下漏斗，最深处早在2008年以前即已超过了100m。

从上世纪七十年代后期开始，随着社会经济的发展，人口的增多，用水量的增大，以及气候的变化，河道径流越来越少，大部分河流成为季节性河道，甚至常年断流，地下水开采量越来越大，改变了历史上取补平衡的模式，成为“只取不补”的不可持续的过程。地下水的过度消耗，已经越来越引起人们的担忧，其不良后果表现在：

1、水生态危害。地下水位过度下降，导致湖泊、沼泽、湿地、坑塘的渗漏量增大，蓄水困难，沼泽、湿地消失，湖泊萎缩，造成水生态危机。

2、地面下沉，影响地表建筑。地下水位下降造成地面下沉，影响城市排涝和地表建筑安全；影响高速公路、高速铁路、地下管道等设施的安全；降低提防工程的防洪能力。

3、海水倒灌。沿海地区地下水位降低后，容易导致海水倒灌，咸水入侵。

4、农业抗旱能力降低。农田机井报废，取水难度加大，取水成本提高，遇连续干旱年份，抗旱能力减弱，影响粮食安全。

5、深层地下水难以回补。深层地下水是千百万年间随着地层的生成而形成的，而且地层中一般含有隔水粘土层，地表水很难与深层地下水相互交换。深层地下水资源几乎象石油资源一样，是一次性的，无节制地抽取，必将坐吃山空。

6、造成地下水资源战略储备危机。地下水资源具有重要的战略意义，它不易遭受化学污染和放射性污染，非常时期，在地表水受到污染的情况下，可以保障城乡居民生活用水的需要，避免发生社会危机。从战略高度来认识，如果地下水资源（特别是深层地下水资源）枯竭，影响国家安全。

由此可见，遏制地下水位的过快下降，创造条件回补地下水，修复水生态，实现地下水资源可持续利用，是当前和今后面临的重要课题和艰巨任务。

二、高度重视滞洪区运用在回补地下水方面的作用

滞洪区是分布在河道两岸的自然低洼地带，当河道发生超标准洪水时，利用滞洪区滞洪，以较少的损失，换取城市、工矿、交通枢纽、国家重要设施的防洪安全。滞洪区地势低洼，在历史上曾广布沼泽、湿地，甚至湖泊，是地表水与地下水交换的重要区域。建国后特别是海河流域“63.8”大水后，随着河道扩大治理工程的实施，过流能力提高，滞洪区的运用频率显著降低。

虽然滞洪区目前已经基本变成了良田，但同其它农业区相比，仍然是人口密度小、工业欠发达的地区。利用滞洪区蓄洪回补地下水，其成本相对较低。

以漳卫河系“96.8”洪水为例，卫河的良相坡滞洪区、共渠西滞洪区、长虹区滞洪区都进行了滞洪运用，蓄洪水量约4亿m3。汛后依照国家滞洪区运用补偿政策，补偿了农民秋季农作物及其它方面的损失。通过滞洪有效地回补了地下水，为来年粮食丰收打下了基础。如果本地地表水丰富，能满足农灌需要，经蓄洪下渗的地下水还可以通过渗透补充到更远的地区。

图1.共渠西滞洪区滞洪

滞洪区顺利运用的关键之一是建立健全滞洪区运用补偿机制和补偿基金。国家目前已经出台了《蓄滞洪区运用补偿暂行办法》，提供了滞洪区运用补偿的法律依据。建立起专门的补偿基金也很重要，一旦启用滞洪区蓄洪，补偿资金能够及时兑现到位。滞洪区运用的最大阻力是淹没损失，如果老百姓获得的补偿相同或者多于淹没损失，不感到吃亏而且有利，就会逐渐认可和习惯滞洪区运用。国内已有很好的经验可资借鉴。

滞洪区顺利运用的关键之二是滞洪区安全建设。滞洪区安全建设同样需要与时俱进，创新模式。可以尝试结合新农村建设，移民建镇。把淹没核心区的村庄，迁移到滞洪区的边沿地带，合并建镇，腾出蓄洪空间，优化分洪条件，减少蓄洪阻力，保障老百姓安全并减少因蓄洪带来的生活不便。

对滞洪区工程本身的要求是保障分得进、蓄得住、退得出。

通过滞洪区蓄洪回补地下水，损失小，生态和社会效益明显，应上升为国家意志，根据回补地下水的需要，加大滞洪区运用频率。既可以在超标准洪水时“被动分洪”，也可以在标准洪水内“主动分洪”。在农民补偿问题能够很好解决的前提下，变“被动滞洪”为“主动滞洪”是一个可以选择的新思路。

在干旱缺水的平原地区，中小河流治理中不宜把河道防洪标准提得过高，防止削弱滞洪区功能；在流域规划中，不宜片面强调洪水损失，轻易提出滞洪区消号。

三、充分发挥河道自身的生态功能和回补地下水功能

河道的主要功能是行洪、排涝，但同时它又是一片面积广阔的水域，在地表水同地下水交换的过程中同样发挥着重要作用。通过沿河拦河闸的节节调蓄，尽可能多的拦截上游径流和当地涝水，加长蓄水时间，通过河床下渗使地下水获得补充。

从实际效果看，宽浅式河道断面，入渗面积更大，可以生长菖蒲、三棱草、苇狄等水生植物，起到净化水质的作用，促进生物多样化，生态效果更好。独流减河下段就是很典型的例子。

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中图分类号：P5 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）15-0360-01

虚拟现实技术，英文译为：virtual reality technology（VRT），主要是指一种人机界面的新型计算机技术，通过模拟技术模拟自然环境中人的感官、运动等行为。主要特征有这样几点：沉浸，通过对数据手套、头盔等设备的利用，使体验者拥有身临其境之感；交互，利用模拟交互设备，使虚拟环境与自然技能实现交互操作；构想，重视三维图形的立体显示。

1.虚拟现实技术的优点

（1）虚拟现实技术具有强大的实时表达功能，可以对不同条件、时间的环境进行虚拟。还能够对时间变化的过程进行有效反映。

（2）虚拟现实技术能够从多角度对目标进行研究与展示，这得益于虚拟技术的三维立体弄能。

（3）能够对目标的全貌与细节进行比对

（4） 在对已存在的目标进行表达的基础上，更能实现虚拟世界中可能发生的事物的发展趋势的。

（5） 构建全面的虚拟现实系统，类似于虚拟现实的实验室，这不仅能够实现对虚拟事物发展趋势的表达，更能够根据相应条件，对不同结果进行模拟。

（6）虚拟现实技术为一些特定的环境、微观世界与医学领域研究开辟了一个全新的研究方向与方法。

2. 水文地质研究工作中虚拟现实技术的运用分析

VRT技术，尤其技术特点决定，其具有很强的三维可视化功能，但是其作用的发挥，需要有大量的数据做支撑。大量的数据是对现实进行模拟的基础资料，也是对现实进行模拟的可靠保障，数据的数量与质量直接影响模拟的效果，以及与现实的差距。

VRT技术的主要功能为：实时地，具有沉浸感的立体三维表达目标事物的特点。虚拟现实技术在水文地质工作中的应用，也正是利用这些特点，利用虚拟现实技术对无法见到的事物在三维空间内，对该事物进行时间变化的模拟。

VRT三维可视化功能能够最大程度上真实表现出隔水层与含水层，真实再现其厚度到空间变化，在VRT没有广泛应用以前，我们只能通过剖满图对隔水层与含水层的分布特点进行分析，在剖面图中，利用含水层厚度的等值线来分析含水层的分布，这种方法显然是片面的，并且不够直观。在VRT系统中，随着数据的进一步丰富，地下水含水层能够直观的呈现在我们面前。

地下水的运动也是水文地质研究工作的重要组成部分，地下水系统是一个不断变化的动态运动过程，在现今的水文地质研究工作中相对比较活跃，虚拟现实系统的应用，使地下水系统的研究不仅仅停留在含水层的分布，利用VRT系统的不断实时变化的特征模拟出地下水的运动特征，从而充分的再现地下水的流向、流量，以及储量等变化特点。尤其在社会经济高速发展的时代，人类对地下水过度利用，利用VRT系统能够直观的了解到人类开采地下水资源对地下含水系统造成的负面影响，通过VRT的应用不断了解与完善地下水的管理与可视化控制，进而形成科学的管控与开采方案。在此基础上，也可以利用VRT对方案进行模拟，在不断修改中使之成为完善的管理与控制模型。

2.1 对地下水水质的虚拟

2.1.1 天然变化

地下水的水质变化受多种因素的综合影响，所以导致水质存在很大的变化。在天然状态下，对地下水的水质的变化进行有效地虚拟，能够分析出影响地下水水质的最重要因素，从而对水质变化的因素与机理产生更加深刻的理解，进一步探索水质良性变化的有效途径。

2.1.2 地下水水质虚拟实验室

现如今，在地表水污染等很多原因的共同影响下，地下水资源整受到巨大的污染，通过VRT模拟，能够再现出水中例子的变化与运动规律与趋势，这对于研究地下水水质变化也能够起到关键性作用。

2.1.3水资源的合理规划

在对水资源的初步利用阶段，应该重点利用VRT系统对水资源的水文地质条件、环境条件进行有效模拟与构建。在规划初期，可以将所有计划与方案，以及类似规划带来的环境变化过程与结果直观的再现出来，从而达到对水资源规划方案的进一步完善，最终达到水资源的优化配置、可持续发展。

3.结束语

作为一项最新的计算机研究技术成果，虚拟现实技术在水文地质工作中的应用正处于蓬勃发展的阶段，虚拟现实技术在水文地质工作中的作用是明显的，在研究地下水分布、存储、水质变化、等方面提供了大量直观、科学的信息与数据，从而为研究开辟了新的空间，丰富了研究手段。对以往不可见的水文地质情况构建了一个三维表达平台，最终在可视化层面上为水文地质工作研究提供了新的方向。

参考文献

[1] 杨宝民，朱一宁.分布式虚拟现实技术及其应用[M].北京：科学出版社，2000.

[2] 壬旭升，刘立才.地下水源热泵的水文地质设计[J].水文地质工程地质，2007，34（5）.

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引言：目前，我国信息革命浪潮的冲击日益激烈，加之水资源日渐枯竭，在这样的形式下，我们就必须紧紧的围绕水文水资源的问题进行综合研究。因此，对于水文资料的准确、快速获取以及空间信息的分析、图形图像的处理等就显得尤为重要。由于GIS技术的空间特性，对于海量数据的管理与处理能力以及水的时空分布特性等，使得GIS技术必然能够在水文水资源领域中发挥出重要的作用。在G1S应用在水文水资源领域的过程中，相关的工作质量和工作水平都有了非常大的提升，这样一来也就为防洪减灾和水资源的合理利用提供了非常好的条件，在实际的应用中，我们必须要采取有效的措施来不断的提高其应用的质量和水平，为我国水资源的保护提供良好的条件，减少水资源浪费的现象。

1.地理信息系统的概述

G1S的中文全称叫做地理信息系统，地理信息系统是运用于对地理信息进行采集、管理、存储、运算和分析的一种计算机技术。这项技术在应用的过程中主要是以计算机技术和软件技术为重要的基础，对计算机系统当中所存储的信息和数据予以分析和处理，同时还应该在这一过程中将信息应用在所需的领域。当前G1S技术已经在很多领域都得到了十分广泛的应用，同时也获得了很好的效果，为我国经济的发展提供了非常好的条件，在水文资源研究当中也在逐渐的普及。尤其是对地球表面地理信息的空间数据进行处理，具有很大的优势。地理信息空间系统主要由空间数据的处理和空间分析组成。地理信息系统数据的来源主要是通过实测数据、统计数据和卫星遥感数据等的转换，将其转换为具有空间特征地理空间信息。地理信息系统有3个主要功能分别是：（1）在对数据信息进行采集、管理分析和输出的过程中，地理信息系统具有很强的时效性和空间性，可以建立很强的空间信息，并对信息进行及时地更新；（2）地理信息系统在区域空间分析方面，通过将采集的数据信息与地学模型结合在一起，对该区域进行动态预测；（3）通过利用计算机技术和卫星遥感技术对数据进行优化管理，以确保数据的准确性和可靠性，能够提供一定的决策依据。

2. GIS的主要功能

水文水资源研究的过程中需要获得准确的空间定位和相关的数据，这样才能更好的对水资源的分布特点予以掌握，在这一过程中如果使用G1S技术就可以将更多的数据以可视化的形式呈现给研究人员，这样也就给研究工作带来了诸多的便利。如果站在G1S系统组成的角度上来说，空间数据管理子系统就成为了非常重要的一个部分，它主要是由空间处理和空间分析两个部分组成，在数据的获取上，它也可以借助很多的方式。当前，我国的科学技术在不断的发展，G1S技术也在这一过程中朝着智能化和集成化的方向发展，其功能性更强，同时精准度更高，所以也给相关工作的开展提供了利好条件。

2.1生成、组织、管理空间数据

GIS能将不同比例尺、坐标系统等不同来源的空间数据进行转换和标准化，并和非空间信息结合，为反映不同目的不同空间代表性的模型提供连接机制，实现数据共享。利用GIS中数据综合地理模拟与空间分析等优势，为模型中数据输入的准备和发展执行复杂的控制和分析，把地形和地理特性相似的统一体连结起来。

2.2分析模拟结果的可视化

GIS中友好的用户界面和视图显示，使得研究学者可以更加直观的对观测对象的情况进行了解，不仅帮助水资源管理者进行深入分析和正确决策，而且用报告、专题地图和统计报表等形式直观地表示模拟，从而丰富了水文水资源方面的研究利用。

3.地理信息系统在水文水资源中的应用现状

地理信息系统技术在我国发展的还是比较快的，尤其是在近几年随着国家对水资源和地理科学的更高关注，越来越多的学者开始对地理信息系统进行了深入的研究，使得地理信息系统技术应用的范围变得越来越广泛。主要涉及的范围有：水土保持、水资源管理、水环境和水污染、以及防灾减灾等。目前，我国在水文水资源领域的地理信息系统技术水平已经逐渐接近和达到发达国家水平。

3.1地下水资源的勘查

对于水资源的保护、规划、管理以及合理开发利用而言，地下水资源的勘查必然是基础环节。对地下水资源的勘查，其根本的目的在于查明区域内主要含水层的地质结构、空间分布、导水性、含水层的边界以及各个含水层之间的水力联系等特征。针对于地表水资源的空间分布以及调配的方面来说，GIS技术的应用能够让我们对地表水的补给、地下水的埋深以及蕴藏量等信息进行系统、全面的掌握，以此来得出更加精确的空间数据与成果细化模型，对区域内地下水资源的规律、特征进行更加准确的反映，从而为地下水资源的保护、管理、规划以及合理开发与利用等提供具有全面性、准确性的决策支持，让地下水资源的管理更加科学化、规范化。另外，在水资源勘查的过程中，GIS技术的应用主要是建立起相应的空间数据库系统，比如地下水动态资料、水文地质基础资料、地下水开采情况等数据库，不但能够实现对相应空间数据库系统的可视化查询与检索，还能够对地下水动态的发展趋势进行科学有效的预测，最终让地下水资源管理的空间辅助决策支持作用得以实现。

3.2水资源的管理

（1）基础电子地图。目前，我国基础电子地图系统数据的基础数据均为1：25万。其主要包括了行政区划边界、城镇、铁路、公路、居民点、水库、江河湖泊等信息。（2）专业电子地图。所谓专业电子地图，即是通过将数字化的水文水资源专业地理数据叠加在基础电子地图上而形成的电子地图。与基础电子地图相比，专业电子地图对于水文水资源信息的描述将更加的实用、更加的具体，而所包含的信息资源也将更加的专业。（3）遥感信息库。所谓遥感信息库，即是与基础地理数据相匹配的烟感遥测数据（其是通过解译之后所得到的）。（4）属性数据库。其能够描述分区内查询对象的属性，比如分区内的水资源开发利用状况、地表水资源状况、地下水资源状况等，是整个GIS系统的基础数据库。（5）软件系统。是在上述四种技术的基础上通过GIS嵌人技术的采用并结合水资源管理的实际需求而开发出的一种水资源管理系统软件。其主要包含了属性数据的管理、空间数据的管理以及这两者相结合的信息管理等。

4.结束语

随着现代科学技术的发展，地理信息系统技术在水文水资源领域得到了广泛的应用。通过将先进的地理信息系统技术运用于水文水资源的各个方面，为水文水资源的管理提供一条便捷的途径，让现代技术服务于人类。本文对GIS技术在水文水资源领域中的应用进行了系统的分析与探讨，促使GIS技术能够使用地图、图形、数据的形式来直接满足或得到需要的信息与结果，推动着水文水资源领域的研究和开发工作。

参考文献

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引言：甘肃北山被视为修建高放废物处置库的首选地区[1]。依据国内学者对于处置库预选区地下水化学类型、特征的研究结果，处置库预选区的地下水可以认为是盐溶液环境。而根据国内外学者研究[3]：高水平放射性核废物（高放废物）处置库中的混凝土经长期使用将逐渐衰解，与地下水作用形成高碱性孔隙水（pH>12），并可能与处置库中的缓冲、回填材料发生反应，从而对缓冲、回填材料的膨胀等性能产生消极影响，且放射性核素衰变产生的热量会加速水泥的老化，使得pH变得更高。故可认为在一定时间后，处置库内将会产生pH>12甚至更高的溶液，形成碱液环境，并向外渗透。综上，缓冲回填材料的功能可由下图1-1表示：

如上图所示，处置库及内部的核废物有向外界自然环境释放核辐射、热量、渗透碱液的趋势，处置库所在环境含盐溶液的地下水有向处置库方向侵蚀的趋势，这就需要处于两者之间的缓冲回填材料发挥作用以利于处置库产生的热量向外传导并阻止辐射、碱液、含盐地下水的渗透。

结合本人进行的以新疆阿尔泰膨润土为基材多种配方的混合试样膨胀性能的研究，得出一些结论，现仅以膨胀性能为基础进行缓冲/回填材料按功能特性分层设置的探讨。

一、试验介绍

（1）试验内容简介。本人所进行的试验包括：介质溶液分别为自来水、模拟北山预选处置库地下水的NaCl-Na2S04溶液（质量比为2：1浓度为4.3g/L、8.3g/L、12.3g/L）、模拟处置库内的水泥构筑物会老化产生的碱性溶液的NaOH溶液（摩尔浓度为0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L），试验样品干密度（1.8g/cm3）和含水率（12%）一致，分别为纯膨润土试样、膨润土-石英砂（质量比9：1）混合试样、膨润土-沸石-黄铁矿（质量比63：27：10）混合式样。（2）试验结论。实验过程参照《土工试验方法标准》

GB/T50123―1999进行。所的实验结果如下：①自来水作用下纯膨润土试样膨胀力2924.544KPa，膨润土-石英砂试样膨胀力2034.194KPa，膨润土-沸石-黄铁矿样膨胀力2291.64KPa；②盐溶液（浓度为0、4.3、8.3、12.3g/L）作用下纯膨润土试样膨胀力2924.54、2519.808、2310.912、2206.464KPa，膨润土-石英砂试样膨胀力2034.194、1893.12、1788.672、1579.776KPa，膨润土-沸石-黄铁矿样膨胀力2291.64、2102.016、1893.12、1475.332KPa；③碱溶液（浓度为0、0.1、0.3、0.5mol/L）作用下纯膨润土试样膨胀力2924.54、2611.2、2297.856、1932.288KPa，膨润土-石英砂试样膨胀力2034.194、1880.064、1697.28、1514.496KPa，膨润土-沸石-黄铁矿样膨胀力2291.64、2193.408、2088.96、1775.616KPa；

目前国外学者对于缓冲/回填材料应具备的膨胀力的大小已有见解，如比利时要求缓冲材料的膨胀力高于2 MPa，以使孔隙自行封闭，另一方面又要求膨胀力低于4 MPa，使得废物包装容器不至承受太大应力，并防止对于母岩的侵扰[7]。从以上三个表格中膨胀力值可以清楚的知道，所采用的试验材料均满足这一要求，那么我们再从材料在浓度不同的盐、碱溶液作用下膨胀力的变化来判断材料的稳定性，将表2-3、2-4数据进行处理，如图2-1、2-1所示：

其中，膨润土-沸石-黄铁矿混合式样组膨胀力变化趋势拟合曲线为y=2008.67-1009.62x（R2=0.98419），膨润土-石英砂混合式样组膨胀力变化趋势拟合曲线为：y=2308.33-981.89x（R2=0.92051），由国内外的研究可知纯膨润土的诸多缺点决定了其不能作为缓冲/回填材料直接使用，本研究仅将其作为试验参照参照。由图2-1可知，在不同浓度盐溶液作用下，膨润土-石英砂混合试样的膨胀力较为稳定；由图2-2及拟合曲线对比可知，在不同浓度碱溶液作用下，膨润土-石英砂混合式样的膨胀力则无膨润土-沸石-黄铁矿混合式样的膨胀力表现的稳定。

三、结论探讨

综上，当介质溶液为自来水时，实验试样中，膨润土-沸石-黄铁矿试样的膨胀力表现较好；当介质溶液换成盐溶液时，膨润土-石英砂试样的膨胀力稳定性较好；而当介质溶液换成碱溶液时，膨润土-沸石-黄铁矿试样的膨胀力稳定性较好。这说明了一种类型的缓冲/回填材料很难在不同介质溶液作用下均表现较好的稳定性。因此，我们可以考虑将用作屏障作用的缓冲/回填材料根据材料特性进行分层设置，如下图3-1所示：

根据各试样的性能设置三层缓冲/回填材料，各层的主要功能分别为：①抗碱溶液腐蚀③抗盐溶液侵蚀②吸附放射性物质。其中①、③两层回填材料的另一个重要作用就是将盐、碱溶液阻隔在②层以外，使之不被盐、碱溶液破坏。

四、分层设置优缺点讨论

按照材料特性进行分层设置的优点：1、降低了材料选择的工作量，因为虽然不能否定存在各类性能均表现较好的材料，但是实际试验验证的工作量会很大；2、有利于利用已知性能的材料，便于多学科的参与，使得本类工作在选材方面的开放程度更高。

按照材料特性进行分层设置的缺点：由于①、②、③层的材料不同，膨胀性能有差异，导热性能也不同，作为缓冲/回填材料，它的整体性不如使用一种材料的好。

篇7

随着经济的快速发展,城市建筑越来越密集,建筑物越来越高,相应基坑也越来越深,对基坑支护的要求也越来越高,特别是拟建物周围场地狭窄、高楼林立,而且周边市政管线纵横。基坑支护稍有不慎,后果极为严重,地下连续墙结合预应力锚杆在深基坑支护中有其独到的优点。

1工程实例

1.1工程概况

某工程地上主36层,主要功能为酒店及办公楼,裙房6层,主要功能为商业及酒店配套,地下室3层,主要功能为车库;主楼采用框筒结构,裙房及地下室采用框剪结构,筏板基础。±0.000相当于绝对标高782.3m。该工程基坑深度17.0m。根据岩土工程勘察报告,基坑开挖影响范围内地层分布自上而下依次为:素填土;②粉土;③粉细砂;④粉土;⑤粉细砂;⑥细中砂;⑦粉质粘土;⑧粗砂。施工作业面宽度为地下室外挑基础向外500mm;基坑周边3m范围内严禁堆载,1m～6m范围内堆载不得超过15kPa。

基坑开挖影响范围内有多条地下管线和多栋已有建筑物,特别是基坑西侧的暗沟和基坑南侧的通讯电缆,距离基坑较近,施工时需作重点考虑。

1.2技术措施

西侧地连墙墙顶标高高于暗渠底标900mm,梁顶标高与暗渠水压力合力点基本齐平,冠梁以上采用砖砌挡墙,并用构造柱与冠梁形成整体。锚杆设置时,通过调整锚杆位置和长度,保证锚杆端部不进入相邻建筑的主体结构内部。锚杆施工采用跟进套管钻机成孔,管内出土和注浆,减少锚杆施工对土体的扰动。采用坑内降水和坑外回灌相结合方式,避免坑外地下水位下降对土体产生附加沉降。地连墙兼作帷幕,满足抗突涌和抗渗流破坏要求,地连墙接头采用防水效果较好的十字接头。采用信息化施工,严格按照监测规范对基坑及周边环境进行监测,并根据监测数据复核各施工工况的设计方案与实际情况是否相符合。

1.3降水对周边环境影响分析

该工程采用的隔水帷幕深度达9m～10m,根据地质勘察报告判断,基坑内外的水力联系已被全部截断。但第④层粉细砂局部较薄,甚至有局部尖灭的可能,第⑤层粉细砂中的水有可能绕过帷幕底端渗入基坑。当这种情况发生时,在坑外地下水补给量和坑内抽排量实现动态平衡时,坑外地下水位降低很少,可以忽略不计,对周边环境的影响不予考虑。当坑外地下水补给量小于坑内抽排量时会引起坑外水位下降,造成周边土体沉降,为避免这种情况发生,工程拟在基坑外设置观测兼回灌井。降水过程中在保证基坑内干槽作业条件下,尽可能减少抽排量,同时对坑外水位进行观测,当坑外水位下降较大时,可通过回灌井进行回灌。采取以上措施后,降水对周边环境的影响完全可以得到控制。

1.4坑外观测及回灌

坑外观测兼回灌采用管井,孔径600mm,井管为􀀁300的无砂混凝土管,滤料采用直径2mm～3mm豆石。布井位置沿基坑边缘周圈布置,平均间距15m。

1.5施工工艺流程和施工措施

1.5.1工艺流程

根据地层及场地特点,该工程地下连续墙采用抓槽机成槽、泥浆护壁、水下灌注混凝土工艺。

1.5.2施工措施

1)泥浆制备。泥浆材料的选择:采用膨润土泥浆护壁。使用主要材料为:膨润土,外加剂的用量可根据具体情况适当选择。通过试配,达到规定的性能指标后,再进行泥浆拌制。搅拌均匀的泥浆放入储浆罐或储浆池,静置24h后使用。护壁泥浆必须循环使用,并及时检测其性能指标,使之满足施工要求。

2)导墙施工。导墙的施工顺序:平整场地测量定位导墙土方开挖测量放线绑扎钢筋支模板浇筑C20混凝土拆模并设置横撑土方回填。导墙采用“ ”形整体式钢筋混凝土结构。按导墙开挖线及高程点挖导沟,沟底平整,沟宽不得小于设计值,沟壁顺直;按导墙设计尺寸在导沟内绑扎钢筋,要求主筋顺直,箍筋与主筋绑扎牢固;内侧支设的模板要求垂直平整,保证拆模后两内墙面距连续墙轴线分别为墙宽的一半;浇筑C20混凝土,浇筑程序先浇一侧,再浇另一侧。浇筑过程中要边浇边振捣密实,严禁漏振。顶面抹平,顶面要满足高出现有地面100mm-200mm;导墙混凝土强度达到一定后拆模,为保持沟的宽度,拆模后应向导墙内填土,并每隔3m设置一道素混凝土梁(200mm,200mm)支撑。混凝土养护期间,起重机等重型设备不得在导墙附近作业或停留,以防导墙开裂和位移,导墙后填土要求密实回填,采用蛙式打夯机夯实,导墙施工缝位置应与地下连续墙施工接头位置错开。提前预备排水使用的排污泵,扬程为20.0m-25.0m。在连续墙导墙施工过程中,出现上层滞水或层间水流入导槽,采用排污泵排出槽外。

3)地下连续墙成槽施工。根据设计进行单元槽段划分,基本单元槽段长6.0m。根据已调整的单元槽段长度、编号进行测量放线,标注在导墙顶面上,导墙顶面下标明“泥浆液面”位置。槽段划分考虑设备的施工能力,本着槽段数最少的原则。但由于场地限制,在施工过程中根据现场情况进行调整。将组装好的地下连续墙抓斗就位,就位前要求场地处理平整坚实,以满足施工垂直度要求,吊车履带与导墙轴线平行,抓斗对准导墙中心位置,对首开槽段应采取先两端后中间的顺序挖槽。边开挖边向导墙内泵送泥浆,保持液面在导墙顶面下300mm处。挖槽过程中随着墙深的向下延伸,要随时向槽内补浆,使泥浆面始终位于泥浆面标志处,直至槽底挖完。测定泥浆面下1.0m及槽底以上0.5m处的泥浆比重,如比重大于1.15时,则进行清底,置换泥浆。成槽1h后槽底泥渣厚不得大于100mm,浇筑混凝土前(吊装钢筋网片、导管)槽底沉渣厚度不得大于100mm。每挖掘一抓斗宽,测量一次槽壁垂直度,抓完一槽段进行槽深测量,以便计算混凝土总方量。成槽后抓斗进行下一槽段开挖。槽段开挖采取跳段施工。施工顺序应先挖首开槽,后挖顺开槽,最后挖闭合槽。

4)钢筋笼的制作。由于钢筋笼重量大,为满足钢筋笼的吊装要求,将连续墙钢筋笼沿槽段长度方向分成两片加工,两片钢筋笼接头处以凹槽形式相互咬合。主筋采用对焊连接或直螺纹连接,对焊弯折角度不应大于4度,两钢筋轴线差不大于2mm,搭接双面焊的焊接长度为5d,单面焊接长度为10d,主筋与支架筋的交点需全部点焊,点焊咬肉应小于0.5mm。钢筋连接除四周两道钢筋的交点需全部绑扎外,其余可采用50%交错绑扎,绑丝接头向笼内。钢筋笼纵向主筋放在内侧,横向钢筋放在外侧,纵底端应稍向内侧弯折,但向内弯折程度不应影响插入混凝土导管。钢筋笼在设导管的周围应增设箍筋和连接筋进行加固。主筋保护层厚度为70mm,垫厚5.5cm,在垫块与墙面之间留1.5cm的间隙。钢筋笼中预留孔采用钢管与钢筋笼主筋焊接固定,内用编织袋堵孔,并用胶带封口。钢筋笼制作时,吊点处需采取适当的加固及控制措施,防止钢筋笼在起吊过程中发生扭曲变形。检查验收合格的钢筋笼应挂牌标识,以利吊放。

5)钢筋笼吊装。因钢筋笼重量较大,为确保其在吊运过程中安全无变形,在成型后的钢筋笼上布置一定数量的桁架筋和稳定骨架钢筋,确保制作精度和起吊刚度。吊点钢筋采用 形筋搭接焊于主筋上。现场根据各槽钢筋笼宽度具体详细计算吊点位置,保证笼子吊起后保持平稳。

6)混凝土水下浇筑。连续墙的混凝土采用商品混凝土灌注,设计的混凝土标号为C25,抗渗等级P6。钢筋笼就位后,在4h以内浇筑混凝土,超过时应重新检查沉渣厚度,不符合要求时应重新清底。混凝土灌注时,导管下口与槽底距离一般要大于隔水栓长100mm-200mm,混凝土面上升速度不小于2m/h。根据槽段长度采用两根导管同时灌注,两导管间距不大于3m,导管距槽端不大于1.5m。两导管第一次灌注时必须同时进行,各混凝土面高差不宜大于0.3m,直到灌注到墙顶标高以上300mm-500mm。

7)施工中对槽壁坍塌现象的应急处理措施。根据槽壁坍塌的具体情况,适当缩小单元槽段的长度。改善护壁泥浆的质量,调整泥浆的各项掺量,必要时向槽内投入粘土块。减少地面荷载、机械等对地层产生的振动,随时观察泥浆液面的变化。若出现泥浆大量漏失,泥浆内有大量泡沫上冒或出现异常的扰动,导墙及附近地面出现沉降,排土量超过设计断面的土方量等情况,应及时地将挖槽机械提至地面,以避免发生挖槽机被埋入地下的事故,然后迅速补浆以提高泥浆液面或回填粘性土,待所填的回填土稳定后再重新开挖。

1.6锚杆施工工艺流程和施工措施

1)工艺流程。工程地质条件的特点是:地下水位高,土体含

水量高,若采用螺旋钻机成孔工艺,钻孔内土体不易返出,同时孔壁土体受到扰动较大,很容易在孔壁和注浆体之间形成软弱夹层,大幅降低锚杆的承载能力,因此对该工程的锚杆施工采用跟管钻机成孔,并进行二次压力注浆工艺,有效保证锚杆的施工质量。

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中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)24-6834-02

Design and Application of Groundwater Data Integration Software

ZONG Chang-rong, LI Guo-dong

(Hydrology and water resource worthy measured by the bureau of Yancheng,Yancheng 224000, china)

Abstract: Raw data of Groundwater provides the basis of information for exploring, analyzing and using groundwater resources rationally, while the raw data to be collected is the base foundation. It introduces The Groundwater data integration software's design, structure, function and characteristics in this paper.

Key words: groundwater; data integration; computere

1 研究背景

地下水可分为浅层地下水和深层地下水两大部分,它是水资源的重要组成部分。近年来,由于水资源的紧缺,许多地方特别是北方希望依靠打井等利用地下水来解决,但因没有进行合理规划,大量超采地下水和不合理利用地下水,结果造成许多经济、社会和生态环境等问题。合理开发利用地下水资源正越来越受到人们的重视和保护,探索和分析地下水运动变化规律,对于开发利用和保护地下水资源具体十分重要意义。地下水资料整编是地下水监测工作中对信息收集处理的一项基础工作。

在可视化操作系统日趋成熟的时代, 过去在命令行模式下开发的程序逐步呈现出相应弊端:命令行模式操作不便,可见性差,且整个资料整编过程分散、繁锁,程序易用性较差,兼容性不足。原有的使用针式打印机进行输出的方式己不满足批量、快速输出要求。

为了提高整编工作的效率和成果质量,开发图形界面化、高度集成化、人机交互性强、系统兼容性好、可移植性高的计算机整编系统是当前地下水利用、水资源管理工作中基础资料信息化建设的一项重要内容。正为了适应工作需要,江苏省水文水资源勘测局组织编写了这款地下水资料整编软件,软件通过读取监测井基础资料(一览表)和监测资料(水位、埋深、水温)三个项目的数据经过数据处理、转存进而生成符合资料整编要求的成果文件,同时在程序中提供批量输出功能。

2 系统设计

2.1 使用语言

Visual Basic 6.0是一种通用的面向对象的可视化程序设计语言,提供的各种面向对象的开发工具,尤其是数据窗口这一方便而简洁的功能,操纵数据库的智能化对象,是开发Windows下应用程序最迅速、最简捷、最高效的开发工具,它用途广泛,编程方便。Access、Excel是Office系列软件中的产品,Access用来专门管理数据库的应用软件,它可以运行于各种Windows系统环境中。不仅易于使用,而且界面友好,使用Access的时候不需要数据库管理者具有专业的程序设计水平,任何非专业的用户都可以用它来创建功能强大的数据库管理系统,Excel是一个电子表格软件,可以用来制作电子表格、完成许多复杂的数据运算,并可以通过Visual Basic调用进行各种输出格式设置,所以使用Visual Basic 6.0+Office开展此项目研究是一种很好的方法。

2.2 开发方法

软件使用快速原型模型法进行开发,首先使用Visual Basic在短时间内建立一个能够反映用户主要需求的原型,让用户实际看一看未来系统的概貌,以便判断哪些功能是符合需要的,哪些方面还需要改进,然后将原型反复改进,最终建立完全符合用户要求的新系统。这个原型仅包括未来系统的主要功能,以及系统的重要接口,再将把原型系统作为基础,通过补充与修改获得最终的实际系统。整个项目从符合操作简便、界面友好、灵活、实用、安全的要求出发,完成项目的总体设计、详细设计、编写代码、调试、测试、检验等环节。

项目的实现首先根据地下水汇编要求收集相关原始数据,分析各数据项之间的关系,然后再设计合理的数据结构,确定功能模块(包括输入、计算、统计、检索、输出等),编写源代码,最后再经过调试、运行和合理性的检查再循环操作直至完全达到设计的要求。原始数据另采用记事本录入,成果文件保存成Excel格式,便于程序外数据调用。软件主要设计思路如图1所示。

3 系统功能与特点

3.1 界面图形化

前一版本程序使用命令行界面使得一些用户操作起来十分困难,本程序采用了图形界面,在WindowsXP系统下开发,这就使得人们不必学习太多的操作系统知识,只要会使用鼠标就能进行工作,所有的东西一目了然,只要移动鼠标,单击、双击即可完成,可谓所见即所得。

为保证成果的正确、完整性,程序具有检查功能。整编前可在程序中调用原始数据进行检查、编辑;全站文件整编过程中,对有问题的站,将站名输出到文件中保存,方便事后有针对性进行检查。

3.3 单站整编功能

提供单站整编功能,当某站出现问题或只需某一站数据时,可以使用此功能。出错更正后,先单站整编通过后,再进行批量整编,这样不会影响中断全站区资料整编。

3.4 全站整编功能

按水温和水位二个项目区分原始文件,按类别整编全站区资料,按照资料整编规范要求生成成果文件,并可按市名创建目录,便于分市存放。

3.5 生成特征值表

按照要求,统计每年几个特定日期的水位、埋深,并统计每个站的年变幅,年极值及发生日期。

3.6 生成埋深数据

为便于数据的使用,可以生成区别于资料整编格式的成果文件,主要区别就是不进行整数位省略,并全部于数字格式存放,可直接取用。

3.7 成果表打印

可进行单、多表的打印。系统打印模式为成果表的全部打印。通过对话框可选择单表、多表打印,方便快捷。这对打印过程中由于错误或亏损而需要重新打印的表页提供了极为方便的功能。

4 系统操作

系统操作分为数据录入、资料整编和成果打印三个过程。数据录入方面:分为测井一览表、五日井、十五日井、逐日井、水温五个表项,可以通过程序使用原始记录直接生成该表项或用其它文本编辑器按照规范要求进行录入。

资料整编方面:数据录入完成后方可进行资料整编操作,首先是读取测井一览表,使其入库,然后是根据一览表中监测井井号进行数据文件读取、排序、整编、存储,数据的处理完全按照SL/T183《地下水监测规范》和SL247-1999《水文资料整编规范》中资料整编条款执行。

成果打印分为批量打印和选择性打印二种情况。批量打印即默认式全站打印,程序自动检测成果目录,将文件分类排序后按需求进行批量打印;选择性打印是指在打印对话框中,设立单站打印选项,用程序调入所有成果文件名,然后传回打印界面进行的成果打印,主要用于有选择性打印单站成果表。

5 结束语

该程序于2005年开始用于江苏省地下水资料整编工作。在三年的使用实践中,证明该程序具有界面丰富、功能齐全、操作简捷、工作效率高、成果质量好等特点,同时下一步将继续开发增加数据库转存功能,用于数据入库,以便进一步更有效的资料存贮、再加工、传输及生成各类报表。

参考文献:

[1] 水文资料整编规范SL247-1999[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

篇9

1概况

由于我国独特的自然地理条件和复杂的水文水资源特点，决定了我国的水资源问题比较复杂，虽然各流域经过四、五十年大规模的水利工程建设，取得了巨大成就，但水资源短缺和污染问题，不仅没有得到根本性的解决，还有日益严峻的趋势。为了更有效地解决或缓解所面临的“水少、水脏”问题，需要深入地分析现状下垫面条件下的流域水循环规律和地表水与地下水之间的相互转化关系，通过研究流域水资源实时监控管理的基础理论和技术方法，开发和建设流域水资源实时监控管理系统，以充分利用和挖掘现有水利工程的内部潜力与整体综合优势，确保流域水资源的合理开发和高效利用，有力地支持社会经济的可持续发展。

2系统的构成与技术关键

研制流域水资源实时监控管理系统的主要目的是，以水利信息化促进水利现代化，以水利现代化保障水资源的可持续利用，并以水资源的可持续利用来支撑社会经济的可持续发展。该系统是以水资源实时监测系统为基础，以现代通信和计算机网络系统为手段，以水资源优化调度和地表水、地下水、污水处理回用、海水（微咸水）及外调水的联合高效利用为核心，追求节水、防污、提高水资源利用效率和最终实现水资源的可持续利用为目标，通过水资源信息的实时采集、传输、模型分析，及时提供水资源决策方案，并快速给出方案实施情况的后评估结果等，以确保实现水资源的统一、动态和科学管理，做到防洪与兴利、地表水与地下水、当地水与外调水、水质与水量、优质水与劣质水之间联合调度与管理，确保水资源与社会经济、生态环境之间的协调发展，以支撑社会经济的可持续发展。

流域水资源实时监控管理系统是一种动态的交互式计算机辅助决策系统，由水资源实时监测、实时评价、实时预报、实时管理、实时调度、决策会商、控制和后评估子系统所组成，是基于可持续发展的思想，根据现代水文水资源科学的有关理论，利用当代先进的系统分析、人工智能、计算机、多媒体及网络等技术，通过有关专业模型计算、分析和知识推理、判断等，为决策者提供流域水资源实时管理、调度方案，并允许决策者或专家根据自己的智慧、知识、经验、偏好和决策风格等进行定性分析与判断，直接干预方案生成及评价整个决策过程。

根据流域水文水资源特点和供用水特征，基于目前流域所面临的水资源短缺和水环境恶化问题，研究和开发流域水资源实时监控管理系统。该系统的技术关键主要包括：

（1）水资源监测网的调整和完善，河流纳污能力及其环境容量，水库或水库群运行规则、技术参数的校核与调整，洪水资源调控、污水处理回用与地下水人工回灌，污水总量控制与生态环境需水量，防洪与兴利统一调度，地表水与地下水资源联合运用管理等研究，以及水资源实时调度管理方案付诸实施后效益与风险分析、系统的标准化等。

（2）该系统由庞大而复杂的基础数据库、模型数据库、结果数据库、专业模型库和知识库等组成。其特点是系统规模庞大、处理的数据信息量大，模型运算复杂以及数据传输接口多，如何实现信息存储、加工、传输的专业化管理，是一个技术难点。流域的水价政策及水权分配问题，也是影响流域水资源合理开发和高效利用以及实时、统一管理的关键。

（3）如何建立和完善与现代水资源管理要求相适应的组织机构和高效、精干的执法队伍，以及如何制定科学的流域水资源管理规章制度、有关政策和法规条例等，以保障流域水资源实时管理、调度方案的付诸实施，指导流域水资源开发利用和保护。

3系统的主要功能

流域水资源实时监控管理系统的主要功能包括：水资源（及水质）的实时监测、评价、预报和决策支持（实时预报、管理及调度）以及控制、后评估等（如图1）。

图1 流域水资源实时监控管理系统的功能框图

3.1水资源实时监测

水资源实时监测内容主要包括水情、水质、旱情以及其他信息等。在现有监测站网的基础上，建立和完善统一的水资源（包括大气降水、地表水、土壤水与地下水）动态监测（站点）网或监测系统（包括雨量、蒸发、径流、水位、水质、水温、墒情等监测站点），以及各取水口取水量、开采机井抽水量等监测网，各监测网或系统之间互通有无、资料共享，为水资源的合理开发、高效利用和有效保护及时快速、准确地提供完备的实时监测数据资料。

（1）雨量观测。目前采用的雨量观测手段主要是普通自记和人工观测，为了达到实时监测的目的，需要适时更新现有的观测设备，装配翻斗式雨量计并配备固态存储器等，使雨量观测工作方式更新为无人值守，有人看护的观测方式，实现雨量信息的自动采集及传递。

（2）水位观测。水位观测分为地表水和地下水两种，地表水多指河流水位和水库水位等，而地下水就单指地下水位。

①对于基本水尺在桥梁上（或附近有公路桥）的水位观测，特别是含沙量较大的站，建议采用气介质超声波水位计，再采用有线或无线方式将水位信息传输到站房。

②对于山区性河流，或断面稳定，含沙量较小的水位观测，采用测井式水位观测，装配浮子式或压力式水位计，通过有线或无线方式将水位信息传输到站房。

③水库站一般有自记井，只对其重新装配浮子式或压力式水位计，通过有线或无线方式将水位信息传输到站房

④地下水位监测目前主要分为手工测绳和自动监测仪两种。自动监测仪主要通过固态存储、电话网传输、手机网传输和电台传输等方式将实时监测到的数据传输到中心站。

总之，水位监测，建议均装配与雨量结合的水位雨量固态存储器，装配具有记录、传输、存储、分析等功能的自动监测系统，最终实现水位遥测自记，自动测报等功能。

（3）流量测验：在各中心站配备不同形式的桥测车及先进的仪器设备，开展桥测及周围地区的巡测；缆道及船测站，对现有设施设备进行更新改造，实现水文缆道程控自动化，配备机船，配备先进的测验仪器设备，全面提高流量测验的精度，充分满足防汛、抗旱和水资源统一调配的需要。对水库站现有的水文缆道进行维修、改造，实现水文缆道的程控自动化，保证流量测验的精度要求。

（4）取水口及灌区流量观测：对水库各取水口分明渠和管道两种，水位主要采用超声波自记水位计，流量测验分不同情况，选择适用的测流设备。而灌区的水位观测主要采用超声波自记水位计等，流量采取不定期电波流速仪率定方式，用水位～流量关系线推求径流量。

（5）机井开采量实时观测：地下水开采机井抽水量的观测，目前一般只有一些机井安装了水表，大部分机井均未安装水表。为了能准确取得地下水实际开采量的数据，掌握准确的地下水开采量，需要逐步或有重点地在地下水开采机井上安装水表。

（6）水质实时监测：水质污染具有理化成分复杂、多样和点多面广的特点，不仅受污染源的大小和数量影响，而且还受汛期洪水、降雨的影响。由于多种因素导致的综合结果，水质参数在成分和时空上的变化非常复杂。传统的人工现场水样采集、化验方式周期太长，难以及时、准确地反映水质变化的性质和过程，所以水资源的开发利用和保护等工作得不到有效监控与科学的管理。水质实时监测就是采用水质自动监测仪器、远程传输设备、在线监控和数据处理软件，实现对水质参数的连续采集、分析、存储，并在监测指标超过污染标准时，发出警报，做出污染类型分析等。

（7）墒情实时监测：主要针对大中型灌区的土壤墒情进行实时监测，为适时、适量的节水高效灌溉提供信息支持。并在条件许可的情况下，探讨利用遥感技术实时预报土壤墒情（中小尺度上）的可能性，即利用实时遥感信息，根据大中型灌区土壤墒情的实时监测数据，通过与遥感解译模型进行联接和耦合计算，实时提供整个流域不同灌区的土壤墒情，为流域节水高效农业的健康发展提供可靠的依据。

3.2 水资源实时评价

水资源实时评价主要是指在时段初对上一时段的水资源数量、质量及其时空分布特征，以及水资源开发利用状况等进行实时分析和评价，确定水资源及其开发利用形势和存在的问题等。

（1）水资源数量实时评价：根据雨量、河川径流、地下水位等实时监测资料等，通过与历史同期的对比分析，确定和评价水资源数量及丰枯形势等。

（2）水资源质量实时评价：根据实测的河流、水库、引水渠的水质实时观测和地下水质实时监测资料等，通过与历史同期的对比分析，确定地表水和地下水的水质状况及污染态势。其主要评价内容包括：污染程度、范围及主要污染物，水资源质量，重要河流污染负荷及削减量等。

（3）水资源开发利用实时评价：通过对各取水口取水量、开采机井抽水量和地下水位等实时监测资料，对供用水量进行实时评价，通过与历史同期的对比分析，实时分析和评价各种水利工程的供水量、不同行业的实际用水量，供用水结构、节水水平，水资源开发利用程度以及当地水资源进一步开发潜力，并实时圈定地下水的开采潜力区、采补平衡区和超采区等。

3.3 水资源实时预报

水资源实时预报主要包括来水预报和需水预报两部分，来水预报又分为水量预报和水质预报。水量预报包括地表水资源量预报和地下水资源量预报，地表水资源量预报既可细分为当地水和外来水（包括引调水）预报，又可分为汛期径流预报和枯季（非汛期）径流预报。需水预报分为工业、农业、生活和生态环境需水量预报。

（1）河川径流量实时预报。根据河川径流的形成机理和产流规律，将河川径流量实时预报分为汛期径流实时预报和枯季径流实时预报两种。汛期产汇流机制主要是超渗产流和蓄满产流、超渗与蓄满综合产流模式：而枯季径流主要是遵循流域的退水规律。因此，汛期径流实时预报模型与枯季径流实时预报模型是不同的，需要分别建立预报模型对汛期径流量和枯季径流量进行实时预报。

（2）地下水资源量实时预报。首先分析地下水的形成规律和补给、径流、排泄条件，以及地下水的赋存规律；然后根据抽水试验等确定含水层的参数分区，并利用试验资料和长观资料确定有关水文地质参数；最后利用均衡法或数学模拟模型法，分析和预报地下水资源量、可开采量及地下水动态分布。

（3）水质实时预报。利用获得的实时水质监测和污染物排放量等信息，通过所建立的水质实时预报模型，实时预报地下水与地表水水质状况、污染物类型、污染范围及污染程度，及时提供水资源污染态势等信息。

（4）需水量实时预报。根据需水量预报要求，本次将需水门类分为生活、工业、农业、生态环境等四个一级类，每个一级类可以再分成若干个二级类和三级类。根据具体情况和需要，还可以再细分为四级类。根据上述分类方法，可比较容易地合并有关各需水项，获得需水量过程。

3.4 水资源实时决策支持

水资源实时决策包括水资源实时预报、水资源实时管理和调度，以及决策会商等。

（1）水资源实时预报。对于水资源实时预报，尤其是汛期径流预报和需水预报，由于受到诸多非确定性因素的影响比较大，很难准确预报，因此需要专家的会商支持、吸收和借鉴领域专家的知识和经验，以便较准确地预报和确定未来的来水与需水过程等。

（2）水资源实时管理。利用水资源实时评价和实时预报结果等，通过水资源实时管理模型计算，结合领域专家或决策者等积累的知识、经验和偏好，分水协议、水价政策的经济调节作用等进行综合分析，最后提出水资源的实时管理方案，为水资源的合理开发利用和保护等提供决策依据，为水行政主管部门科学地行使其监督和管理职能提供支持，以确保水资源的可持续利用。

（3）水资源实时优化调度。通过前面制定的年度内水资源管理方案，确定水资源优化调度的规则和依据；根据各时段水资源的丰枯情况和污染态势，通过建立水资源优化调度模型，确定水资源实时调度方案。

（4）水资源决策会商。决策会商是指通过对实时、历史和预报、管理与调度的各类信息进行重组和加工处理，为讨论和分析水资源的丰枯形势和污染态势，以及最终确定水资源实时管理和调度方案提供全面的支持。根据利用水资源实时管理模型和调度模型确定的若干管理、调度方案，以及提供的每一种方案的综合效益分析结果，领导决策层和领域专家，通过全面分析对比和协商、讨论，如认为其中一个方案合适则选择之，并付诸实施。如认为必须进一步做新的方案，则通过水资源实时管理、调度系统，计算和提出新的管理、调度预案，供决策者对新老方案进行对比和选择。

总之，在面临重大的水资源决策时，决策会商机制显得非常重要，有关利益冲突的各方，可以根据所提供的各种预案，包括水资源实时预报方案、实时管理预案和实时调度预案，分析其优劣，进行协商，确定能为有关各方所接受的方案。

3.5　远程自动控制

控制可分为手工控制和自动控制、半自动控制等，主要是对重要的取水口和开采机井、引水闸门等的控制。根据需要和可能，有重点和有选择地建立一些远程自动控制系统是必要的，也是将来的一种发展方向。

3.6　监控管理后评估

为了不断改进和完善系统的各项功能，需要对系统的重点功能进行后评估。主要内容包括：针对水资源实时调度、管理方案的合理性、实施效果以及预报方案的准确性、控制情况等进行评估，重点分析导致调度、管理方案不合理和效益不好、预报不准确的原因等。

最后，将研制的有关部分内容和功能模块进行集成，最终建立一套较完整的基于GIS的水资源实时监控管理系统，并进行试运行；通过系统的试运行不断进行修改和完善，最后正式交付使用，并保证系统能够稳定运行。

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二、加强合作、优势互补，实现涉水行业信息资源整合与共享