李春雨

(沈陽市城市水資源管理辦公室，遼寧 沈陽 110002)

沈陽市城區(qū)地下水遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)初探

李春雨

(沈陽市城市水資源管理辦公室，遼寧 沈陽 110002)

沈陽市城區(qū)至今沒有形成自己的獨(dú)立的地下水水資源遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)平臺，不能及時、準(zhǔn)確的掌握轄區(qū)的地下水的用水動態(tài)。為此，進(jìn)行以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通訊系統(tǒng)為保障、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心、信息顯示發(fā)布為成果的信息化系統(tǒng)建設(shè)，對實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)決策，統(tǒng)籌規(guī)劃，高效管理，具有十分重要的作用。并為加強(qiáng)水資源的合理地開發(fā)利用和有效地管理，提供及時、準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)字依據(jù)。

地下水;遠(yuǎn)程監(jiān)控;系統(tǒng)建設(shè);沈陽市

DO I:10.3969/j.issn.1672-2469.2016.08.037

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對水資源信息不斷提出新要求，水資源觀測項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加，對觀測手段和方法以及水資源監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提出了越來越高的要求;現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了水資源監(jiān)測技術(shù)自動化的發(fā)展。國家對水利領(lǐng)域投資的日益加大的同時對水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到越來越多的重視，規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目帶動水利信息的全面建設(shè)，初步實(shí)現(xiàn)水利信息資源的優(yōu)化整合，引導(dǎo)水利信息化建設(shè)進(jìn)入整體協(xié)同、全面發(fā)展的健康軌道，已經(jīng)成為水利管理部門的共識。

1 建設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)必要性

沈陽位于中國東北地區(qū)南部，遼寧省中部，以平原為主，屬溫帶半濕潤大陸性氣候，受季風(fēng)影響，降水集中，溫差較大，四季分明。城區(qū)面積185km2，全年降水量500mm，全年無霜期183天，城區(qū)所使用的水資源70%都是地下水。據(jù)《沈陽市2014年水資源公報》數(shù)據(jù)顯示:與 2013年相比，2014年沈陽市水資源總量有所增加，是由于頻繁的降雨給沈陽市地下水資源帶來的“增容”補(bǔ)給;地下漏斗也呈緩解趨勢，目前城區(qū)內(nèi)只有兩個漏斗，而隨著一些大工廠的搬遷，鐵西區(qū)的地下漏斗已經(jīng)基本平復(fù)，望花附近的漏斗也在逐步改善當(dāng)中。2005年以來，沈陽市城市水資源管理辦公室在省、市各級主管部門的幫助和支持下，城區(qū)已陸續(xù)完成40余個遠(yuǎn)程監(jiān)測站點(diǎn)的建設(shè)，為加強(qiáng)水資源的合理利用和管理，提供了及時、準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)字依據(jù)。但是，由于種種原因，城區(qū)至今沒有形成自己的獨(dú)立的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)平臺，對各取水戶的用水?dāng)?shù)據(jù)一直采取人工抄表的方式，不能及時、準(zhǔn)確的掌握轄區(qū)的用水動態(tài)。因此，加強(qiáng)水資源管理，建立以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通訊系統(tǒng)為保障、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心、信息顯示發(fā)布為成果的信息化系統(tǒng)，對城市水資源管理辦公室實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)決策，統(tǒng)籌規(guī)劃，高效管理，具有十分重要的作用。

2 建設(shè)目標(biāo)

沈陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水資源遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，在現(xiàn)有監(jiān)測點(diǎn)的基礎(chǔ)上新增加90個監(jiān)測孔，增設(shè)監(jiān)測點(diǎn)后使監(jiān)測點(diǎn)的分布更加合理，監(jiān)測結(jié)果更能客觀的反應(yīng)地下水動態(tài)變化情況。利用互聯(lián)網(wǎng)信息高速傳輸平臺，使用當(dāng)今先進(jìn)的高精度傳感技術(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、管理信息系統(tǒng)技術(shù)及決策支持系統(tǒng)技術(shù)，達(dá)到快速、準(zhǔn)確掌握全市各監(jiān)測井的水資源數(shù)據(jù)，并自動形成各類報表、圖表;可對采集的各類水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以利于計劃用水和統(tǒng)一調(diào)配管理;終端計算機(jī)具備遠(yuǎn)程召測分站數(shù)據(jù)功能，保證整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，無故障運(yùn)行周期長，并具有報警等基本功能。該系統(tǒng)具有完備和靈活的軟硬件擴(kuò)充能力，可以與已建成的水源熱泵取回水遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)以及后續(xù)的多個水資源遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)整合，優(yōu)化硬件資源配置，實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)管理，統(tǒng)一調(diào)度，合理配置。

3 建設(shè)內(nèi)容

沈陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水資源遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目主要包括增設(shè)90個地下水動態(tài)監(jiān)測孔和遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備安裝及數(shù)據(jù)傳輸兩部分內(nèi)容。

3.1 增設(shè)地下水動態(tài)監(jiān)測孔

沈陽市城市規(guī)劃區(qū)地下水資源遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目增設(shè)90個地下水動態(tài)監(jiān)測孔。打孔并提供測量結(jié)果，測量結(jié)果包括地層編錄、監(jiān)測孔地理坐標(biāo)、監(jiān)測孔口高程、地面高程、監(jiān)測孔結(jié)構(gòu)、編號。監(jiān)測孔布設(shè)主要根據(jù)《地下水監(jiān)測規(guī)范》要求進(jìn)行布設(shè);結(jié)合沈陽市規(guī)劃區(qū)實(shí)際情況，在地鐵工程沿線、水源熱泵取、排水井周邊、市政水源臨近地區(qū)適當(dāng)加密;為監(jiān)測孔日常維護(hù)和管理的方便，監(jiān)測孔布設(shè)不要影響行人，行車，盡可能布設(shè)在公園，企事業(yè)單位院內(nèi)。鉆井方法采用清水鉆井，施工中做好巖性記錄。開、終孔直徑不小于300mm。監(jiān)測孔深度:根據(jù)各監(jiān)測孔的實(shí)際位置地質(zhì)情況確定孔深，最淺不低于30m。監(jiān)測孔管材:壁管采用抗壓強(qiáng)度不小于0.6Mpa;濾水管采用Φ160PVC管材，壁厚不小于4mm，孔隙率不小于30%。沉淀管同壁管:護(hù)管采用不小于Φ189mm鐵管，上管加蓋，頂蓋用六角螺絲固定。頂蓋采用Φ210mm鋼板。護(hù)管及頂蓋噴漆，底色為深綠色，護(hù)管兩側(cè)頂蓋以下80～450mm處噴白色宋體“地下水動態(tài)監(jiān)測點(diǎn)”字樣;頂蓋噴白色宋體弧狀“沈陽市水利局”字樣，弧中加噴觀測點(diǎn)編號。護(hù)管頂端用紅色噴井口高程永久性標(biāo)注。孔管安裝位置:下部安裝2～3mm沉淀管，底部加蓋。中間按要求安裝濾水管，濾水管包網(wǎng)纏絲。上部井壁管需露出地面400mm。井管垂直度不得超過1/1000;管外四周回填礫料，礫料選用硬度較大的礫石，磨圓度較好，不含粘土和雜物，其規(guī)格為5～20mm，填礫高度為地面以下4m，上部用粘土封閉。外部安裝護(hù)管，護(hù)管露出地面500mm，埋入地下400mm，下部加焊鋼筋，澆筑混凝固固定。成井后洗井，達(dá)到水清砂凈。

3.2 設(shè)備安裝及數(shù)據(jù)傳輸

遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備安裝及數(shù)據(jù)傳輸是要對城區(qū)區(qū)域內(nèi)自備井的水資源參數(shù)實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理。在水資源監(jiān)測系統(tǒng)中，常常需要對眾多的監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實(shí)時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，所以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，成為水利部門選擇的重要通信手段之一。本項(xiàng)目系統(tǒng)的主要功能包括:地下水資源的自動采集、顯示，數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸，客戶數(shù)據(jù)庫的建立，自動形成各類報表、圖表、查詢統(tǒng)計分析等。同時要求終端計算機(jī)應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)測分站數(shù)據(jù)功能;要求整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，無故障運(yùn)行周期長，并具有報警等基本功能。

(1)中心系統(tǒng)建設(shè):在城市水資源管理辦公室建立信息中心，構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)平臺和操作系統(tǒng)平臺。

(2)水資源實(shí)時采集和遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)建設(shè):在全市范圍內(nèi)選取多眼自備井作為現(xiàn)場監(jiān)測站點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，包括水資源信息的自動采集、遠(yuǎn)程傳輸和數(shù)據(jù)管理。利用中國移動的GPRS遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，準(zhǔn)確、及時地掌握水資源的變化情況。

(3)中心應(yīng)用軟件系統(tǒng)共包括以下6個子系統(tǒng)。

①水量子系統(tǒng)。水量監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用水情況監(jiān)測、用水控制、水資源費(fèi)收取功能。此子的功能為取水戶管理、取水井(監(jiān)測站點(diǎn))管理、用水計劃管理、取水量手工補(bǔ)錄、遠(yuǎn)程監(jiān)測召測、遠(yuǎn)程控制、報表輸出、圖表分析等。

②水位子系統(tǒng)。其功能為遠(yuǎn)程監(jiān)測各測站的小時、日水位變化和埋深情況。能夠動態(tài)監(jiān)測當(dāng)前水位信息。提供圖表分析并顯示測站動態(tài)水位變化圖、曲線圖、液面圖。能夠結(jié)合GⅠS系統(tǒng)自動生成特定時段的水位等值線、等值面圖。

③雨量子系統(tǒng)。雨量監(jiān)控子系統(tǒng)和水量監(jiān)控子系統(tǒng)以及水位監(jiān)控子系統(tǒng)屬于統(tǒng)一級別和類型的子系統(tǒng)。其系統(tǒng)功能和構(gòu)成大致相同。主要功能為實(shí)時雨情監(jiān)視、雨情報警及歷史降雨情況查詢。使用低功耗設(shè)備，實(shí)用性強(qiáng)，不需主動召測數(shù)據(jù)，一旦有雨情能夠通過通訊單元自動將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心計算機(jī)上。有效降低系統(tǒng)功耗，使得監(jiān)測設(shè)備能夠長時間工作在蓄電池模式下，延長待機(jī)時間。同時具備雨量數(shù)據(jù)手動召測功能。提供全轄區(qū)雨量數(shù)據(jù)的日報、月報、年報查詢。提供多年同期降水量對比、當(dāng)年汛期降水量比較、多年降雨量豐枯曲線。能夠結(jié)合GⅠS系統(tǒng)自動生成降雨等值線、等值面圖。雨量采集器累計計數(shù)可以選擇自動年初清零，使雨量系統(tǒng)的使用更加科學(xué)合理。

④權(quán)限管理子系統(tǒng)。此子系統(tǒng)用來對其它業(yè)務(wù)子系統(tǒng)輸出分級權(quán)限管理能力，通過權(quán)限子系統(tǒng)可以以逐級授權(quán)方式對業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的用戶進(jìn)行功能項(xiàng)權(quán)限設(shè)定。支持定義組權(quán)限，對用戶按組授權(quán)。權(quán)限能夠管理到每一個頁面，權(quán)限能夠靈活制定。權(quán)限定義能夠和組織機(jī)構(gòu)樹進(jìn)行結(jié)合。使用方便直觀。系統(tǒng)維護(hù)是對整個平臺進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，例如設(shè)定通訊參數(shù)，配置通訊服務(wù)。通訊參數(shù)可根據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)情況靈活調(diào)整，盡最大可能發(fā)揮用戶網(wǎng)絡(luò)效能。

⑤地溫空調(diào)子系統(tǒng)。提供對使用地溫空調(diào)類系統(tǒng)，雙通道流量系統(tǒng)提供實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。還包括用水戶管理、地溫空調(diào)機(jī)組管理、水泵遠(yuǎn)程控制、綜合查詢、地溫空調(diào)機(jī)組運(yùn)行計費(fèi)功能。地溫空調(diào)計費(fèi)支持多種計費(fèi)模式，可以根據(jù)現(xiàn)場使用情況靈活設(shè)定。

⑥電子政務(wù)子系統(tǒng)。水資源政務(wù)系統(tǒng)完成市、縣(區(qū))兩級的水資源政務(wù)管理，主要針對水資源業(yè)務(wù)政務(wù)流程定制，包括取水許可管理、水資源費(fèi)征收管理、水資源論證管理、節(jié)水管理、水政管理、入河排污口管理、地下水管理、水資源公報、年報管理以及水資源管理事務(wù)管理等。

4 建設(shè)成效

地下水供水一直是沈陽市規(guī)劃區(qū)用水的主要來源，不僅是維持社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要來源，而且是維持生態(tài)地質(zhì)系統(tǒng)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對水資源的需求量不斷加大，地下水資源的不合理開發(fā)利用，導(dǎo)致該區(qū)地下水出現(xiàn)區(qū)域性降落漏斗。目前，很多地下水井用水量計量都還停留在Ⅱ型儀表的水平上，智能化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化水資源管理要求，造成了水資源嚴(yán)重的濫采、濫用現(xiàn)象。因此，開展對區(qū)域地下水資源管理的研究，對于區(qū)域的生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重大的意義。該系統(tǒng)建成后，可以使城市水資源管理辦公室全面、及時地掌握城區(qū)的用水情況，了解用水變化動態(tài)，逐步提高水資源可持續(xù)利用水平，優(yōu)化政務(wù)辦公流程，降低管理成本，更好地合理開發(fā)、利用、調(diào)度、節(jié)約和保護(hù)城市水資源，科學(xué)、準(zhǔn)確的進(jìn)行水資源調(diào)配和預(yù)測，減少人工計數(shù)帶來的種種弊端，大大提高水資源管理部門的工作效率。

5 結(jié)語

地下水資源較地表水資源復(fù)雜，因此地下水本身質(zhì)和量的變化以及引起地下水變化的環(huán)境條件和地下水的運(yùn)移規(guī)律不能直接觀察，同時，地下水的污染以及超采引起的地面沉降是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞。因此準(zhǔn)確開發(fā)保護(hù)地下水就必須依靠長期的地下水遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，水利地下水液位監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控水位，及時掌握動態(tài)變化情況。

［1］張志軍.新民市澇區(qū)綜合治理現(xiàn)狀及改進(jìn)措施［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2014(07):43-44+37.

［2］王貝，趙子建，梅傳貴，方小平.基于GⅠS的寧波市基礎(chǔ)水信息平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.浙江水利科技，2013(06):57-59.

［3］宮正.遼西礦區(qū)廢棄地水土保持技術(shù)研究［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(04):10-12.

［4］葉茂，繆綸，任國源.太倉市縣級基礎(chǔ)水信息平臺設(shè)計與建設(shè)［J］.水利信息化，2014(01):59-63.

［5］才慶欣.南票區(qū)水資源狀況及開發(fā)利用分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2014(09):27-29.

［6］李曉暉.城市節(jié)水現(xiàn)狀以及措施研究［J］.華東科技，2012 (05):415-415.

［7］韓啟民.阜蒙縣水資源狀況及開發(fā)利用分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2014(10):33-36.

［8］姜廣田，鄧程林.遼寧省城市飲用水水源地安全評價研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2008(02): 24-26.

TP316.2

A

1672-2469(2016)08-0116-03

2015-11-30

李春雨(1980年—)，男，工程師。