地下水的主要功能模板(10篇)

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篇1

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：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

我國是一個水資源嚴重缺乏的國家，雖然總儲量占世界第六位，但人均水資源卻是世界人均水資源的1/4。地下水資源的合理利用和開采對一個國家的經濟發展和生態環境都起著至關重要的作用。改革開放以來，我國的社會經濟快速發展，人們生活水平提高的同時也伴隨著地下水資源的大量開采，再加之水資源的污染、有關部門缺乏合理規劃和有效監管，就安徽本地來說，已經出現了地區性水位下降和枯竭等問題。從而引發了部分地區地面沉降、土壤鹽漬化和地裂縫等情況，對地下水資源的有效監測已迫在眉睫。

文獻[1]提出了基于GPRS（General Packet Radio Service）-Internet網絡和Zigbee網絡結合的遠程監測系統。文獻[2]提出基于無線傳感網絡的水資源監測系統。本文利用物聯網的各種特點和優勢，以物聯網三層結構為設計原則，提出了基于物聯網的地下水遠程監測系統的設計方案。

1物聯網

1.1物聯網的概念

物聯網是通過射頻識別（RFID）、激光掃描器、全球定位系統、紅外感應器、等信息傳感設備，遵守約定的協議，把物理實體與物聯網相連接，進行信息交換和通信，實現對物體的、定位、跟蹤、智能化識別、監控和管理的一種網絡[2]。

1.2 物聯網的三成架構

感知層是物聯網識別物體、采集信息的來源。主要包括一些基本感應器件和感應器件組成的網絡這兩部分。感知層我們采用超聲波流量計作為采集終端。

網絡層解決的是感知層獲得的數據長距離傳輸的問題。它主要功能是接入傳輸，完成數據的傳遞和交換，一般分為接入網和傳輸網兩種類型。本系統采用的是GPRS+VPN的無線傳輸方式，在保證數據安全性的同時又提高了實時性。

應用層解決是數據處理和人機界面的問題。網絡層傳輸的數據被應用層處理并通過各種設備與人交互。系統中利用.NET技術設計系統軟件平臺，提供了實時和歷史數據查詢、數據報表和設備報警等相關功能。其三層結構如下圖所示：

2系統結構設計

本系統結構主要由遠程監控終端、GPRS數據傳輸網絡和監測中心三部分組成，分別對應著物聯網的感知層、網絡層和應用層。系統結構如下所示：

2.1感知層

數據采集主要通過各類傳感器，對地下水的水位、水溫、水質等信息進行采集，通過MCU微控制器對采集的信號，比如電流、電壓等數據進行A/D轉換，將轉換后的數據通過標準RS232/485串口傳輸到現場的從GPRS通信設備上，GPRS模塊我們采用SIEMENS公司的MC39I模塊，然后經過數據加密處理后傳輸到GPRS網絡。

2.2網絡層

GPRS無線網絡主要擔當著各個監測點和監測終端之間數據傳輸的橋梁。近年來，隨著GPRS網絡的不斷完善和發展，其在數據傳輸方面的應用也越來越廣泛。GPRS網絡幾乎無縫覆蓋和按流量、話費等資費方式收費的優點，使其應用在地下水資源無線遠程監測系統上的性價比和發展前景都是巨大的。本系統采用GPRS+VPN虛擬專用網技術相結合的方式，實現數據安全、穩定、高效的傳輸。

2.2.1 GPRS通信技術

GPRS是建立在GSM（Global System for Mobile Communication）網絡之上，為用戶提供高速分組交換數據的新網絡業務。它是在GSM原有網絡的基礎上疊加了一層網絡而組成的，網絡中增加了GPRS服務支持節點SGSN（Serving GPRS Support Node）、GPRS網關支持節點GGSN（Gateway GPRS Support Node）、計費網關（可選）、邊緣網關（可選）等實體，同時通過GPRS骨干網實現各實體之間的連接[3]。該網絡的主要優點：

1）高速數據傳輸

GPRS網絡采用的是分組交換技術，通信時數據傳輸速率最高可達到171.2kb/s。實際傳輸速率也可達到40kb/s，可以滿足各個監測點的數據采集傳輸的要求，具有良好的實時處理和響應能力。

2）實時在線

網絡環境下，各監測點的從GPRS模塊與網絡保持著實時交互的能力。滿足了各個監測點數據采集和實時響應監控中心發來的各種控制指令，實時監測各監測點的工作狀態和在線狀態。

3）按量計費和覆蓋范圍廣

各遠端監測點的從GPRS設備只要正常開機就始終附著在GPRS網絡上，按照接收和發送的數據包數量來收取費用，在沒有數據包傳遞時，即使在線，也不會消耗任何費用，一定程度上降低的項目成本。另外水資源監測系統要求數據采集的跨度比較大，要求系統擴展不受地區的限制，GPRS網絡由于覆蓋范圍很廣，滿足了系統設計的要求。

2.2.2 VPN虛擬專用網

虛擬專用網VPN（Virtual Private Network）是一種在公共通信基礎設施上構建的虛擬專用或私有網，通過一個公共網絡建立一個臨時的、安全的連接，是一條穿過混亂公用網絡的安全、穩定的隧道，可以被認為是一種從公共網絡中隔離出來的網絡。

監測中心的主GPRS模塊和各監測點的從GPRS模塊接入VPN網絡后，中國移動都會為其分配一個固定的IP地址。各設備可以通過PPP、TCP/IP、UDP等協議直接進行數據交互，無需地址轉換。另外VPN使用加密傳隧協議，阻止截聽和嗅探來保證數據安全性。并且為防止身份偽造，要求使用者在使用時發送身份驗證，數據完整性和安全性得到充分的保證。

本系統中GPRS網絡下VPN的消息流程如下：

2.3應用層

該層主要為監測中心軟件的設計。監控中心軟件以.NET為開發語言，采用B/S三層架構，分別為表示層（UI）、業務邏輯層（BLL）、數據訪問層（DAL），安全性高并且具有良好的可擴展性。結構如下所示：

表示層：表示層主要通過業務邏輯層的類和對象為用戶提供可視化的接口和界面，秉承所見即所得的原則，主要包括等水位線生成、電子地圖、參數設置、報表和報警等功能。

數據訪問層：數據訪問層用于存儲和修改項目下所需數據和參數。包括監測點實時傳輸過來并被前置機處理存儲的數據、數據庫的配置參數、當前數據表和歷史數據表。通過數據訪問組件提供數據訪問接口，隱藏訪問數據庫的細節。

業務邏輯層：業務邏輯層完成與數據訪問層的數據交互的操作。該系統中主要通過監測中心端的前置機完成數據處理并存儲在數據庫中。主要包括數據采集傳輸、數據存儲處理和監測井端報警控制等。通過數據庫類庫中的Connection、Dataset和DataReader類用以訪問數據庫數據，并把數據存在數據集中送往表示層展現。

3系統工作原理和主要功能

3.1工作原理

系統數據傳輸采用全雙工通信方式。遠程監測端的流量計等采集設備通過DTU微處理機芯片對采集的信號進行A/D處理，將處理的數據以數據流的形式通過標準RS232/485串口傳輸到監測端的從GPRS通信模塊上，從GPRS模塊完成激活與移動基站進行連接，使用TCP/IP和PPP協議將需要發送的數據包封裝、加密處理后傳輸到GPRS網絡上。基站的SGSN與網關支持節點GGSN進行通信，GGSN對分組的資料進行相應處理。網絡端由于采用GPRS+VPN方式，監測中心的主GPRS模塊可以直接對網絡傳輸的數據包進行解析，將解包的數據送往監測中心端的前置機，通過RS232/485串口存入數據庫，監控軟件從而對采集的數據進行分析處理展示。

系統工作流程如下：

3.2主要功能

1）實時信息監測模塊

監控系統通過監測中心端的前置機向各個遠程監測點發送AT指令，監測點響應指令或主動對水位、水溫、監測點工作狀態、設備工作狀態和信道是否正常進行監測，通過從GPRS模塊將各種數據經由GPRS網絡送往監測中心。監測中心將發來的數據按照數據類型進行區分并儲存在數據庫相應的表中。監測中心能夠實時繪制水位柱狀圖、流量曲線圖等過程曲線。它是整個系統的核心模塊。

2）數據分析模塊

通過對數據庫中的歷史和實時數據進行分析，繪制相關的曲線圖。根據監測端的數據實時繪制水位等值線，用來判斷部分地區漏斗狀態的變化，為相關管理機構和決策者提供參考幫助。

繪制等值線采用的是美國Golden Software公司編制的surfer軟件，它能夠輕松制作基底圖、等值線圖、分類數據圖、剖面圖、3D曲線圖等，已成為氣象、地質、水位水利、土地管理工作者必備的專業成圖軟件。

3）水位流量查詢

取水查詢可以進行多個用戶的水量查詢，也可以查詢單個用戶的用水情況。多用戶的查詢，系統提供日、周、月、年查詢方式。用戶從前臺軟件的下拉列表框中選擇需要查詢的類型，規定查詢需要的時間段后，用水單位的取水流量情況會自動查詢出來，同時生成柱狀圖。

4 結束語

本文利用物聯網技術設計了基于物聯網的地下水無線遠程監測系統，利用.NET技術和GPRS+VPN網絡實現了監控中心端的設計和無線傳輸網絡的組建，對遠程監測井和地下水可以實現實時動態監測，滿足了無需現場工作人員也可以準備監測地下水數據變化的需要。為水利決策者提供了準確、實時、操作便捷的數據，節省了大量的人力、物力、財力。相信隨著無線網絡技術的發展，該系統會越來越完善，在其他行業也會得到越來越多的應用。

參考文獻：

[1] 曹磊.基于無線網絡的水資源監測系統的設計與實現[D].保定： 華北電力大學， 2011.

[2] 程甜華.基于WSN的水資源實時監測數據采集系統的研究[D].南昌： 南昌大學， 2013.

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[4] 溫小莉，柏屏.淺談物聯網技術及其在水利上的應用[J].江蘇水利，2011（9）.

[5] 胡勝利，萬晉軍.基于GPRS的地下水自動監測系統設計[J].水利水電技術，2011（42）.

[6] 馮桂宏，孟繁鑫，程祥.基于GPRS和VPN的農鄉配電網遠程數據采集系統[J].中國農村水利水電，2011（12）：165-166.

篇2

一、概況

某學院新校區位于東北某市高新技術產業區內，規劃用地3200畝，建筑面積60余萬平方米，分兩期實施。其中一期占地1600畝，建筑面積35萬平方米，包括教室、實驗樓、圖書館、行政辦公樓等多種建筑。依照當地規劃部門的意見，考慮環保要求，擬采用地下水水源熱泵系統進行供暖和供冷。地下水水源熱泵系統是地源熱泵系統中的一種，是以地下水作為冷熱源的供暖供冷系統。由于其環保性和節能性，近期在國內外都得到了大力推廣和應用。由于采用地下水水源熱泵系統進行供暖供冷在當前沿是一項較新的技術，建筑方特委托我方對該工程采用水源熱泵系統的可行性進行分析。本文重點介紹了對該工程采用地下水水源熱泵系統進行供暖的經濟性。

二、當地的水文地質狀況和能源狀況

建設方委托當地地質工程勘察院落對工程所在地進行了實地勘查，并鉆控了觀察進和試驗井，對當地地下水的水溫，含水層分布，出水量以及回洪量等參數進行了試驗研究，給出了水文地質報告和地下水水質分析報告。根據上述報告，當地地下水水溫為9.2-10℃，水質較好，符合熱泵機組的用水要求；當地地下水平均年下降速率為0.18m/a，有效含水層平均厚度為34米；在適當的井群設計下，建議采用Φ500的井管，在井深50米的情況下，每口井的出水量為5000m3/d，回灌水量為1800 m3/d。

由于該校區所在地市政設施沿不完善，熱力管網和燃氣管網均未敷設到位。能源主要以煤礦和電為主，除地熱能外，唯一現實和被允許的供暖方式只有采用區域鍋爐房+散熱器的方式。

根據甲方提供數據，該地區電價按照0.69元/度計算，燃煤按照250元/噸計算，暫不執行分時電價政策。

三、地下水水源熱泵系統的確定

就地下水的運行方式而言，地下水水源熱泵系統分為兩種，一種為直接式系統，另一種則為間接式系統，它們的區別主要在于地下水是直接引入熱泵機組還是地下水不直接進入機組，而是通過板式換熱器通過小溫差換熱的方式運行將熱量傳遞給熱泵機組。直接式系統能讓地下水的熱量得到充分利用，但地下水的品質直接影響到水源熱泵機組的壽命；間接式系統雖然可以用廉價的板式換熱器保護了昂貴的水源熱泵機組，但由于存在換熱溫差，不能充分利用地下水熱量和溫度。

就系統末端裝置的形式而言，地下水水源熱泵系統又分為集中的大型水-水水源熱泵機組+風機盤管和分散的水-空氣水源熱泵機組形式。從投資上看，大型水-水水源熱泵機組+風機盤管的系統形式是一種更為集中的空調方式，國內已有生產，由于機組較為集中。因此水源熱泵機組初投資較小，但熱泵機組需要在建筑中設置專用的機房，水-空氣水源熱泵系統相對分散，目前成熟產品主要為國外品牌，機組初投資略高；從運行上來看，由于水水-水水源熱泵機組的能量調節只能分有限的級數進行，而且要同時供冷熱就必須采用四管制，因此比較適合于作息時間比較統一，負荷比較一致的場合；水-空氣水源熱泵機組自帶溫控器，可以根據使用要求進行獨立的調節和運行，還可以在兩管制的情況下實現四管制才有的同進供暖供冷的功能，但由于壓縮機集成在機組內部，有一定的噪音問題，因此比較適合作息時間多樣化且使用要求也比較多樣但噪音要求不太嚴格的商用和公用建筑。

針對以上系統特點，如果本工程采用間接式系統，由于當地地下水水溫冬季僅有9℃左右，熱泵機組的出水溫度可能在3℃以下，為避免凍結的危險有必要在循環水種添加防凍劑。由于當地地下水符合熱泵機組的用水要求，為避免循環水中添加防凍液，由此帶來的一系列的運行、設計和管理難題，在做好除砂過濾和除氧防府工作（僅限于物理處理）的前提下，該系統采用直接式系統。同時，考慮到學校用房的作息時間和使用功能都比較單一，一般整棟建筑的使用都是同步的，且學校教室對噪音要求較嚴，同時綜合考慮造價因素，決定本工程選用直接式地下水水-水熱泵機組+風機盤管（或空調箱）的系統形式。

在上述系統形式下，計算得到供暖所需理論地下水流量為2874m3/h。根據水文地質報告和的需水量，計算得到所需供水井為14眼，回灌井數量為38眼。最終設計井群為：供水井17眼（含3眼備用井），回灌井43眼（含5眼備用井）。 四、經濟分析

考慮以學校地處東北，供冷時間較短，且大部分時間處于長達兩個月的暑假期間，地下水水源熱泵系統的主要功能為供暖，供冷只是一項附加的功能，因此甲方最迫切需要知道的是系統用于供暖的經濟性。根據當地能源條件，以下主要就燃煤區域鍋爐房+散熱器系統和地下水水源熱泵+風機盤管系統的供暖功能就整個35萬平方米的一期工程進行技術經濟比較。

1．初投資

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一、地下水急劇下降成為不可忽視的生態危機和社會隱憂

華北平原屬于全國缺水地區，目前地下水超采嚴重，有的城市和地區形成了地下漏斗，最深處早在2008年以前即已超過了100m。

從上世紀七十年代后期開始，隨著社會經濟的發展，人口的增多，用水量的增大，以及氣候的變化，河道徑流越來越少，大部分河流成為季節性河道，甚至常年斷流，地下水開采量越來越大，改變了歷史上取補平衡的模式，成為“只取不補”的不可持續的過程。地下水的過度消耗，已經越來越引起人們的擔憂，其不良后果表現在：

1、水生態危害。地下水位過度下降，導致湖泊、沼澤、濕地、坑塘的滲漏量增大，蓄水困難，沼澤、濕地消失，湖泊萎縮，造成水生態危機。

2、地面下沉，影響地表建筑。地下水位下降造成地面下沉，影響城市排澇和地表建筑安全；影響高速公路、高速鐵路、地下管道等設施的安全；降低提防工程的防洪能力。

3、海水倒灌。沿海地區地下水位降低后，容易導致海水倒灌，咸水入侵。

4、農業抗旱能力降低。農田機井報廢，取水難度加大，取水成本提高，遇連續干旱年份，抗旱能力減弱，影響糧食安全。

5、深層地下水難以回補。深層地下水是千百萬年間隨著地層的生成而形成的，而且地層中一般含有隔水粘土層，地表水很難與深層地下水相互交換。深層地下水資源幾乎象石油資源一樣，是一次性的，無節制地抽取，必將坐吃山空。

6、造成地下水資源戰略儲備危機。地下水資源具有重要的戰略意義，它不易遭受化學污染和放射性污染，非常時期，在地表水受到污染的情況下，可以保障城鄉居民生活用水的需要，避免發生社會危機。從戰略高度來認識，如果地下水資源（特別是深層地下水資源）枯竭，影響國家安全。

由此可見，遏制地下水位的過快下降，創造條件回補地下水，修復水生態，實現地下水資源可持續利用，是當前和今后面臨的重要課題和艱巨任務。

二、高度重視滯洪區運用在回補地下水方面的作用

滯洪區是分布在河道兩岸的自然低洼地帶，當河道發生超標準洪水時，利用滯洪區滯洪，以較少的損失，換取城市、工礦、交通樞紐、國家重要設施的防洪安全。滯洪區地勢低洼，在歷史上曾廣布沼澤、濕地，甚至湖泊，是地表水與地下水交換的重要區域。建國后特別是海河流域“63.8”大水后，隨著河道擴大治理工程的實施，過流能力提高，滯洪區的運用頻率顯著降低。

雖然滯洪區目前已經基本變成了良田，但同其它農業區相比，仍然是人口密度小、工業欠發達的地區。利用滯洪區蓄洪回補地下水，其成本相對較低。

以漳衛河系“96.8”洪水為例，衛河的良相坡滯洪區、共渠西滯洪區、長虹區滯洪區都進行了滯洪運用，蓄洪水量約4億m3。汛后依照國家滯洪區運用補償政策，補償了農民秋季農作物及其它方面的損失。通過滯洪有效地回補了地下水，為來年糧食豐收打下了基礎。如果本地地表水豐富，能滿足農灌需要，經蓄洪下滲的地下水還可以通過滲透補充到更遠的地區。

圖1.共渠西滯洪區滯洪

滯洪區順利運用的關鍵之一是建立健全滯洪區運用補償機制和補償基金。國家目前已經出臺了《蓄滯洪區運用補償暫行辦法》，提供了滯洪區運用補償的法律依據。建立起專門的補償基金也很重要，一旦啟用滯洪區蓄洪，補償資金能夠及時兌現到位。滯洪區運用的最大阻力是淹沒損失，如果老百姓獲得的補償相同或者多于淹沒損失，不感到吃虧而且有利，就會逐漸認可和習慣滯洪區運用。國內已有很好的經驗可資借鑒。

滯洪區順利運用的關鍵之二是滯洪區安全建設。滯洪區安全建設同樣需要與時俱進，創新模式。可以嘗試結合新農村建設，移民建鎮。把淹沒核心區的村莊，遷移到滯洪區的邊沿地帶，合并建鎮，騰出蓄洪空間，優化分洪條件，減少蓄洪阻力，保障老百姓安全并減少因蓄洪帶來的生活不便。

對滯洪區工程本身的要求是保障分得進、蓄得住、退得出。

通過滯洪區蓄洪回補地下水，損失小，生態和社會效益明顯，應上升為國家意志，根據回補地下水的需要，加大滯洪區運用頻率。既可以在超標準洪水時“被動分洪”，也可以在標準洪水內“主動分洪”。在農民補償問題能夠很好解決的前提下，變“被動滯洪”為“主動滯洪”是一個可以選擇的新思路。

在干旱缺水的平原地區，中小河流治理中不宜把河道防洪標準提得過高，防止削弱滯洪區功能；在流域規劃中，不宜片面強調洪水損失，輕易提出滯洪區消號。

三、充分發揮河道自身的生態功能和回補地下水功能

河道的主要功能是行洪、排澇，但同時它又是一片面積廣闊的水域，在地表水同地下水交換的過程中同樣發揮著重要作用。通過沿河攔河閘的節節調蓄，盡可能多的攔截上游徑流和當地澇水，加長蓄水時間，通過河床下滲使地下水獲得補充。

從實際效果看，寬淺式河道斷面，入滲面積更大，可以生長菖蒲、三棱草、葦狄等水生植物，起到凈化水質的作用，促進生物多樣化，生態效果更好。獨流減河下段就是很典型的例子。

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中圖分類號：P5 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）15-0360-01

虛擬現實技術，英文譯為：virtual reality technology（VRT），主要是指一種人機界面的新型計算機技術，通過模擬技術模擬自然環境中人的感官、運動等行為。主要特征有這樣幾點：沉浸，通過對數據手套、頭盔等設備的利用，使體驗者擁有身臨其境之感；交互，利用模擬交互設備，使虛擬環境與自然技能實現交互操作；構想，重視三維圖形的立體顯示。

1.虛擬現實技術的優點

（1）虛擬現實技術具有強大的實時表達功能，可以對不同條件、時間的環境進行虛擬。還能夠對時間變化的過程進行有效反映。

（2）虛擬現實技術能夠從多角度對目標進行研究與展示，這得益于虛擬技術的三維立體弄能。

（3）能夠對目標的全貌與細節進行比對

（4） 在對已存在的目標進行表達的基礎上，更能實現虛擬世界中可能發生的事物的發展趨勢的。

（5） 構建全面的虛擬現實系統，類似于虛擬現實的實驗室，這不僅能夠實現對虛擬事物發展趨勢的表達，更能夠根據相應條件，對不同結果進行模擬。

（6）虛擬現實技術為一些特定的環境、微觀世界與醫學領域研究開辟了一個全新的研究方向與方法。

2. 水文地質研究工作中虛擬現實技術的運用分析

VRT技術，尤其技術特點決定，其具有很強的三維可視化功能，但是其作用的發揮，需要有大量的數據做支撐。大量的數據是對現實進行模擬的基礎資料，也是對現實進行模擬的可靠保障，數據的數量與質量直接影響模擬的效果，以及與現實的差距。

VRT技術的主要功能為：實時地，具有沉浸感的立體三維表達目標事物的特點。虛擬現實技術在水文地質工作中的應用，也正是利用這些特點，利用虛擬現實技術對無法見到的事物在三維空間內，對該事物進行時間變化的模擬。

VRT三維可視化功能能夠最大程度上真實表現出隔水層與含水層，真實再現其厚度到空間變化，在VRT沒有廣泛應用以前，我們只能通過剖滿圖對隔水層與含水層的分布特點進行分析，在剖面圖中，利用含水層厚度的等值線來分析含水層的分布，這種方法顯然是片面的，并且不夠直觀。在VRT系統中，隨著數據的進一步豐富，地下水含水層能夠直觀的呈現在我們面前。

地下水的運動也是水文地質研究工作的重要組成部分，地下水系統是一個不斷變化的動態運動過程，在現今的水文地質研究工作中相對比較活躍，虛擬現實系統的應用，使地下水系統的研究不僅僅停留在含水層的分布，利用VRT系統的不斷實時變化的特征模擬出地下水的運動特征，從而充分的再現地下水的流向、流量，以及儲量等變化特點。尤其在社會經濟高速發展的時代，人類對地下水過度利用，利用VRT系統能夠直觀的了解到人類開采地下水資源對地下含水系統造成的負面影響，通過VRT的應用不斷了解與完善地下水的管理與可視化控制，進而形成科學的管控與開采方案。在此基礎上，也可以利用VRT對方案進行模擬，在不斷修改中使之成為完善的管理與控制模型。

2.1 對地下水水質的虛擬

2.1.1 天然變化

地下水的水質變化受多種因素的綜合影響，所以導致水質存在很大的變化。在天然狀態下，對地下水的水質的變化進行有效地虛擬，能夠分析出影響地下水水質的最重要因素，從而對水質變化的因素與機理產生更加深刻的理解，進一步探索水質良性變化的有效途徑。

2.1.2 地下水水質虛擬實驗室

現如今，在地表水污染等很多原因的共同影響下，地下水資源整受到巨大的污染，通過VRT模擬，能夠再現出水中例子的變化與運動規律與趨勢，這對于研究地下水水質變化也能夠起到關鍵性作用。

2.1.3水資源的合理規劃

在對水資源的初步利用階段，應該重點利用VRT系統對水資源的水文地質條件、環境條件進行有效模擬與構建。在規劃初期，可以將所有計劃與方案，以及類似規劃帶來的環境變化過程與結果直觀的再現出來，從而達到對水資源規劃方案的進一步完善，最終達到水資源的優化配置、可持續發展。

3.結束語

作為一項最新的計算機研究技術成果，虛擬現實技術在水文地質工作中的應用正處于蓬勃發展的階段，虛擬現實技術在水文地質工作中的作用是明顯的，在研究地下水分布、存儲、水質變化、等方面提供了大量直觀、科學的信息與數據，從而為研究開辟了新的空間，豐富了研究手段。對以往不可見的水文地質情況構建了一個三維表達平臺，最終在可視化層面上為水文地質工作研究提供了新的方向。

參考文獻

[1] 楊寶民，朱一寧.分布式虛擬現實技術及其應用[M].北京：科學出版社，2000.

[2] 壬旭升，劉立才.地下水源熱泵的水文地質設計[J].水文地質工程地質，2007，34（5）.

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引言：目前，我國信息革命浪潮的沖擊日益激烈，加之水資源日漸枯竭，在這樣的形式下，我們就必須緊緊的圍繞水文水資源的問題進行綜合研究。因此，對于水文資料的準確、快速獲取以及空間信息的分析、圖形圖像的處理等就顯得尤為重要。由于GIS技術的空間特性，對于海量數據的管理與處理能力以及水的時空分布特性等，使得GIS技術必然能夠在水文水資源領域中發揮出重要的作用。在G1S應用在水文水資源領域的過程中，相關的工作質量和工作水平都有了非常大的提升，這樣一來也就為防洪減災和水資源的合理利用提供了非常好的條件，在實際的應用中，我們必須要采取有效的措施來不斷的提高其應用的質量和水平，為我國水資源的保護提供良好的條件，減少水資源浪費的現象。

1.地理信息系統的概述

G1S的中文全稱叫做地理信息系統，地理信息系統是運用于對地理信息進行采集、管理、存儲、運算和分析的一種計算機技術。這項技術在應用的過程中主要是以計算機技術和軟件技術為重要的基礎，對計算機系統當中所存儲的信息和數據予以分析和處理，同時還應該在這一過程中將信息應用在所需的領域。當前G1S技術已經在很多領域都得到了十分廣泛的應用，同時也獲得了很好的效果，為我國經濟的發展提供了非常好的條件，在水文資源研究當中也在逐漸的普及。尤其是對地球表面地理信息的空間數據進行處理，具有很大的優勢。地理信息空間系統主要由空間數據的處理和空間分析組成。地理信息系統數據的來源主要是通過實測數據、統計數據和衛星遙感數據等的轉換，將其轉換為具有空間特征地理空間信息。地理信息系統有3個主要功能分別是：（1）在對數據信息進行采集、管理分析和輸出的過程中，地理信息系統具有很強的時效性和空間性，可以建立很強的空間信息，并對信息進行及時地更新；（2）地理信息系統在區域空間分析方面，通過將采集的數據信息與地學模型結合在一起，對該區域進行動態預測；（3）通過利用計算機技術和衛星遙感技術對數據進行優化管理，以確保數據的準確性和可靠性，能夠提供一定的決策依據。

2. GIS的主要功能

水文水資源研究的過程中需要獲得準確的空間定位和相關的數據，這樣才能更好的對水資源的分布特點予以掌握，在這一過程中如果使用G1S技術就可以將更多的數據以可視化的形式呈現給研究人員，這樣也就給研究工作帶來了諸多的便利。如果站在G1S系統組成的角度上來說，空間數據管理子系統就成為了非常重要的一個部分，它主要是由空間處理和空間分析兩個部分組成，在數據的獲取上，它也可以借助很多的方式。當前，我國的科學技術在不斷的發展，G1S技術也在這一過程中朝著智能化和集成化的方向發展，其功能性更強，同時精準度更高，所以也給相關工作的開展提供了利好條件。

2.1生成、組織、管理空間數據

GIS能將不同比例尺、坐標系統等不同來源的空間數據進行轉換和標準化，并和非空間信息結合，為反映不同目的不同空間代表性的模型提供連接機制，實現數據共享。利用GIS中數據綜合地理模擬與空間分析等優勢，為模型中數據輸入的準備和發展執行復雜的控制和分析，把地形和地理特性相似的統一體連結起來。

2.2分析模擬結果的可視化

GIS中友好的用戶界面和視圖顯示，使得研究學者可以更加直觀的對觀測對象的情況進行了解，不僅幫助水資源管理者進行深入分析和正確決策，而且用報告、專題地圖和統計報表等形式直觀地表示模擬，從而豐富了水文水資源方面的研究利用。

3.地理信息系統在水文水資源中的應用現狀

地理信息系統技術在我國發展的還是比較快的，尤其是在近幾年隨著國家對水資源和地理科學的更高關注，越來越多的學者開始對地理信息系統進行了深入的研究，使得地理信息系統技術應用的范圍變得越來越廣泛。主要涉及的范圍有：水土保持、水資源管理、水環境和水污染、以及防災減災等。目前，我國在水文水資源領域的地理信息系統技術水平已經逐漸接近和達到發達國家水平。

3.1地下水資源的勘查

對于水資源的保護、規劃、管理以及合理開發利用而言，地下水資源的勘查必然是基礎環節。對地下水資源的勘查，其根本的目的在于查明區域內主要含水層的地質結構、空間分布、導水性、含水層的邊界以及各個含水層之間的水力聯系等特征。針對于地表水資源的空間分布以及調配的方面來說，GIS技術的應用能夠讓我們對地表水的補給、地下水的埋深以及蘊藏量等信息進行系統、全面的掌握，以此來得出更加精確的空間數據與成果細化模型，對區域內地下水資源的規律、特征進行更加準確的反映，從而為地下水資源的保護、管理、規劃以及合理開發與利用等提供具有全面性、準確性的決策支持，讓地下水資源的管理更加科學化、規范化。另外，在水資源勘查的過程中，GIS技術的應用主要是建立起相應的空間數據庫系統，比如地下水動態資料、水文地質基礎資料、地下水開采情況等數據庫，不但能夠實現對相應空間數據庫系統的可視化查詢與檢索，還能夠對地下水動態的發展趨勢進行科學有效的預測，最終讓地下水資源管理的空間輔助決策支持作用得以實現。

3.2水資源的管理

（1）基礎電子地圖。目前，我國基礎電子地圖系統數據的基礎數據均為1：25萬。其主要包括了行政區劃邊界、城鎮、鐵路、公路、居民點、水庫、江河湖泊等信息。（2）專業電子地圖。所謂專業電子地圖，即是通過將數字化的水文水資源專業地理數據疊加在基礎電子地圖上而形成的電子地圖。與基礎電子地圖相比，專業電子地圖對于水文水資源信息的描述將更加的實用、更加的具體，而所包含的信息資源也將更加的專業。（3）遙感信息庫。所謂遙感信息庫，即是與基礎地理數據相匹配的煙感遙測數據（其是通過解譯之后所得到的）。（4）屬性數據庫。其能夠描述分區內查詢對象的屬性，比如分區內的水資源開發利用狀況、地表水資源狀況、地下水資源狀況等，是整個GIS系統的基礎數據庫。（5）軟件系統。是在上述四種技術的基礎上通過GIS嵌人技術的采用并結合水資源管理的實際需求而開發出的一種水資源管理系統軟件。其主要包含了屬性數據的管理、空間數據的管理以及這兩者相結合的信息管理等。

4.結束語

隨著現代科學技術的發展，地理信息系統技術在水文水資源領域得到了廣泛的應用。通過將先進的地理信息系統技術運用于水文水資源的各個方面，為水文水資源的管理提供一條便捷的途徑，讓現代技術服務于人類。本文對GIS技術在水文水資源領域中的應用進行了系統的分析與探討，促使GIS技術能夠使用地圖、圖形、數據的形式來直接滿足或得到需要的信息與結果，推動著水文水資源領域的研究和開發工作。

參考文獻

篇6

引言：甘肅北山被視為修建高放廢物處置庫的首選地區[1]。依據國內學者對于處置庫預選區地下水化學類型、特征的研究結果，處置庫預選區的地下水可以認為是鹽溶液環境。而根據國內外學者研究[3]：高水平放射性核廢物（高放廢物）處置庫中的混凝土經長期使用將逐漸衰解，與地下水作用形成高堿性孔隙水（pH>12），并可能與處置庫中的緩沖、回填材料發生反應，從而對緩沖、回填材料的膨脹等性能產生消極影響，且放射性核素衰變產生的熱量會加速水泥的老化，使得pH變得更高。故可認為在一定時間后，處置庫內將會產生pH>12甚至更高的溶液，形成堿液環境，并向外滲透。綜上，緩沖回填材料的功能可由下圖1-1表示：

如上圖所示，處置庫及內部的核廢物有向外界自然環境釋放核輻射、熱量、滲透堿液的趨勢，處置庫所在環境含鹽溶液的地下水有向處置庫方向侵蝕的趨勢，這就需要處于兩者之間的緩沖回填材料發揮作用以利于處置庫產生的熱量向外傳導并阻止輻射、堿液、含鹽地下水的滲透。

結合本人進行的以新疆阿爾泰膨潤土為基材多種配方的混合試樣膨脹性能的研究，得出一些結論，現僅以膨脹性能為基礎進行緩沖/回填材料按功能特性分層設置的探討。

一、試驗介紹

（1）試驗內容簡介。本人所進行的試驗包括：介質溶液分別為自來水、模擬北山預選處置庫地下水的NaCl-Na2S04溶液（質量比為2：1濃度為4.3g/L、8.3g/L、12.3g/L）、模擬處置庫內的水泥構筑物會老化產生的堿性溶液的NaOH溶液（摩爾濃度為0.1mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L），試驗樣品干密度（1.8g/cm3）和含水率（12%）一致，分別為純膨潤土試樣、膨潤土-石英砂（質量比9：1）混合試樣、膨潤土-沸石-黃鐵礦（質量比63：27：10）混合式樣。（2）試驗結論。實驗過程參照《土工試驗方法標準》

GB/T50123―1999進行。所的實驗結果如下：①自來水作用下純膨潤土試樣膨脹力2924.544KPa，膨潤土-石英砂試樣膨脹力2034.194KPa，膨潤土-沸石-黃鐵礦樣膨脹力2291.64KPa；②鹽溶液（濃度為0、4.3、8.3、12.3g/L）作用下純膨潤土試樣膨脹力2924.54、2519.808、2310.912、2206.464KPa，膨潤土-石英砂試樣膨脹力2034.194、1893.12、1788.672、1579.776KPa，膨潤土-沸石-黃鐵礦樣膨脹力2291.64、2102.016、1893.12、1475.332KPa；③堿溶液（濃度為0、0.1、0.3、0.5mol/L）作用下純膨潤土試樣膨脹力2924.54、2611.2、2297.856、1932.288KPa，膨潤土-石英砂試樣膨脹力2034.194、1880.064、1697.28、1514.496KPa，膨潤土-沸石-黃鐵礦樣膨脹力2291.64、2193.408、2088.96、1775.616KPa；

目前國外學者對于緩沖/回填材料應具備的膨脹力的大小已有見解，如比利時要求緩沖材料的膨脹力高于2 MPa，以使孔隙自行封閉，另一方面又要求膨脹力低于4 MPa，使得廢物包裝容器不至承受太大應力，并防止對于母巖的侵擾[7]。從以上三個表格中膨脹力值可以清楚的知道，所采用的試驗材料均滿足這一要求，那么我們再從材料在濃度不同的鹽、堿溶液作用下膨脹力的變化來判斷材料的穩定性，將表2-3、2-4數據進行處理，如圖2-1、2-1所示：

其中，膨潤土-沸石-黃鐵礦混合式樣組膨脹力變化趨勢擬合曲線為y=2008.67-1009.62x（R2=0.98419），膨潤土-石英砂混合式樣組膨脹力變化趨勢擬合曲線為：y=2308.33-981.89x（R2=0.92051），由國內外的研究可知純膨潤土的諸多缺點決定了其不能作為緩沖/回填材料直接使用，本研究僅將其作為試驗參照參照。由圖2-1可知，在不同濃度鹽溶液作用下，膨潤土-石英砂混合試樣的膨脹力較為穩定；由圖2-2及擬合曲線對比可知，在不同濃度堿溶液作用下，膨潤土-石英砂混合式樣的膨脹力則無膨潤土-沸石-黃鐵礦混合式樣的膨脹力表現的穩定。

三、結論探討

綜上，當介質溶液為自來水時，實驗試樣中，膨潤土-沸石-黃鐵礦試樣的膨脹力表現較好；當介質溶液換成鹽溶液時，膨潤土-石英砂試樣的膨脹力穩定性較好；而當介質溶液換成堿溶液時，膨潤土-沸石-黃鐵礦試樣的膨脹力穩定性較好。這說明了一種類型的緩沖/回填材料很難在不同介質溶液作用下均表現較好的穩定性。因此，我們可以考慮將用作屏障作用的緩沖/回填材料根據材料特性進行分層設置，如下圖3-1所示：

根據各試樣的性能設置三層緩沖/回填材料，各層的主要功能分別為：①抗堿溶液腐蝕③抗鹽溶液侵蝕②吸附放射性物質。其中①、③兩層回填材料的另一個重要作用就是將鹽、堿溶液阻隔在②層以外，使之不被鹽、堿溶液破壞。

四、分層設置優缺點討論

按照材料特性進行分層設置的優點：1、降低了材料選擇的工作量，因為雖然不能否定存在各類性能均表現較好的材料，但是實際試驗驗證的工作量會很大；2、有利于利用已知性能的材料，便于多學科的參與，使得本類工作在選材方面的開放程度更高。

按照材料特性進行分層設置的缺點：由于①、②、③層的材料不同，膨脹性能有差異，導熱性能也不同，作為緩沖/回填材料，它的整體性不如使用一種材料的好。

篇7

隨著經濟的快速發展,城市建筑越來越密集,建筑物越來越高,相應基坑也越來越深,對基坑支護的要求也越來越高,特別是擬建物周圍場地狹窄、高樓林立,而且周邊市政管線縱橫。基坑支護稍有不慎,后果極為嚴重,地下連續墻結合預應力錨桿在深基坑支護中有其獨到的優點。

1工程實例

1.1工程概況

某工程地上主36層,主要功能為酒店及辦公樓,裙房6層,主要功能為商業及酒店配套,地下室3層,主要功能為車庫;主樓采用框筒結構,裙房及地下室采用框剪結構,筏板基礎。±0.000相當于絕對標高782.3m。該工程基坑深度17.0m。根據巖土工程勘察報告,基坑開挖影響范圍內地層分布自上而下依次為:素填土;②粉土;③粉細砂;④粉土;⑤粉細砂;⑥細中砂;⑦粉質粘土;⑧粗砂。施工作業面寬度為地下室外挑基礎向外500mm;基坑周邊3m范圍內嚴禁堆載,1m～6m范圍內堆載不得超過15kPa。

基坑開挖影響范圍內有多條地下管線和多棟已有建筑物,特別是基坑西側的暗溝和基坑南側的通訊電纜,距離基坑較近,施工時需作重點考慮。

1.2技術措施

西側地連墻墻頂標高高于暗渠底標900mm,梁頂標高與暗渠水壓力合力點基本齊平,冠梁以上采用磚砌擋墻,并用構造柱與冠梁形成整體。錨桿設置時,通過調整錨桿位置和長度,保證錨桿端部不進入相鄰建筑的主體結構內部。錨桿施工采用跟進套管鉆機成孔,管內出土和注漿,減少錨桿施工對土體的擾動。采用坑內降水和坑外回灌相結合方式,避免坑外地下水位下降對土體產生附加沉降。地連墻兼作帷幕,滿足抗突涌和抗滲流破壞要求,地連墻接頭采用防水效果較好的十字接頭。采用信息化施工,嚴格按照監測規范對基坑及周邊環境進行監測,并根據監測數據復核各施工工況的設計方案與實際情況是否相符合。

1.3降水對周邊環境影響分析

該工程采用的隔水帷幕深度達9m～10m,根據地質勘察報告判斷,基坑內外的水力聯系已被全部截斷。但第④層粉細砂局部較薄,甚至有局部尖滅的可能,第⑤層粉細砂中的水有可能繞過帷幕底端滲入基坑。當這種情況發生時,在坑外地下水補給量和坑內抽排量實現動態平衡時,坑外地下水位降低很少,可以忽略不計,對周邊環境的影響不予考慮。當坑外地下水補給量小于坑內抽排量時會引起坑外水位下降,造成周邊土體沉降,為避免這種情況發生,工程擬在基坑外設置觀測兼回灌井。降水過程中在保證基坑內干槽作業條件下,盡可能減少抽排量,同時對坑外水位進行觀測,當坑外水位下降較大時,可通過回灌井進行回灌。采取以上措施后,降水對周邊環境的影響完全可以得到控制。

1.4坑外觀測及回灌

坑外觀測兼回灌采用管井,孔徑600mm,井管為􀀁300的無砂混凝土管,濾料采用直徑2mm～3mm豆石。布井位置沿基坑邊緣周圈布置,平均間距15m。

1.5施工工藝流程和施工措施

1.5.1工藝流程

根據地層及場地特點,該工程地下連續墻采用抓槽機成槽、泥漿護壁、水下灌注混凝土工藝。

1.5.2施工措施

1)泥漿制備。泥漿材料的選擇:采用膨潤土泥漿護壁。使用主要材料為:膨潤土,外加劑的用量可根據具體情況適當選擇。通過試配,達到規定的性能指標后,再進行泥漿拌制。攪拌均勻的泥漿放入儲漿罐或儲漿池,靜置24h后使用。護壁泥漿必須循環使用,并及時檢測其性能指標,使之滿足施工要求。

2)導墻施工。導墻的施工順序:平整場地測量定位導墻土方開挖測量放線綁扎鋼筋支模板澆筑C20混凝土拆模并設置橫撐土方回填。導墻采用“ ”形整體式鋼筋混凝土結構。按導墻開挖線及高程點挖導溝,溝底平整,溝寬不得小于設計值,溝壁順直;按導墻設計尺寸在導溝內綁扎鋼筋,要求主筋順直,箍筋與主筋綁扎牢固;內側支設的模板要求垂直平整,保證拆模后兩內墻面距連續墻軸線分別為墻寬的一半;澆筑C20混凝土,澆筑程序先澆一側,再澆另一側。澆筑過程中要邊澆邊振搗密實,嚴禁漏振。頂面抹平,頂面要滿足高出現有地面100mm-200mm;導墻混凝土強度達到一定后拆模,為保持溝的寬度,拆模后應向導墻內填土,并每隔3m設置一道素混凝土梁(200mm,200mm)支撐。混凝土養護期間,起重機等重型設備不得在導墻附近作業或停留,以防導墻開裂和位移,導墻后填土要求密實回填,采用蛙式打夯機夯實,導墻施工縫位置應與地下連續墻施工接頭位置錯開。提前預備排水使用的排污泵,揚程為20.0m-25.0m。在連續墻導墻施工過程中,出現上層滯水或層間水流入導槽,采用排污泵排出槽外。

3)地下連續墻成槽施工。根據設計進行單元槽段劃分,基本單元槽段長6.0m。根據已調整的單元槽段長度、編號進行測量放線,標注在導墻頂面上,導墻頂面下標明“泥漿液面”位置。槽段劃分考慮設備的施工能力,本著槽段數最少的原則。但由于場地限制,在施工過程中根據現場情況進行調整。將組裝好的地下連續墻抓斗就位,就位前要求場地處理平整堅實,以滿足施工垂直度要求,吊車履帶與導墻軸線平行,抓斗對準導墻中心位置,對首開槽段應采取先兩端后中間的順序挖槽。邊開挖邊向導墻內泵送泥漿,保持液面在導墻頂面下300mm處。挖槽過程中隨著墻深的向下延伸,要隨時向槽內補漿,使泥漿面始終位于泥漿面標志處,直至槽底挖完。測定泥漿面下1.0m及槽底以上0.5m處的泥漿比重,如比重大于1.15時,則進行清底,置換泥漿。成槽1h后槽底泥渣厚不得大于100mm,澆筑混凝土前(吊裝鋼筋網片、導管)槽底沉渣厚度不得大于100mm。每挖掘一抓斗寬,測量一次槽壁垂直度,抓完一槽段進行槽深測量,以便計算混凝土總方量。成槽后抓斗進行下一槽段開挖。槽段開挖采取跳段施工。施工順序應先挖首開槽,后挖順開槽,最后挖閉合槽。

4)鋼筋籠的制作。由于鋼筋籠重量大,為滿足鋼筋籠的吊裝要求,將連續墻鋼筋籠沿槽段長度方向分成兩片加工,兩片鋼筋籠接頭處以凹槽形式相互咬合。主筋采用對焊連接或直螺紋連接,對焊彎折角度不應大于4度,兩鋼筋軸線差不大于2mm,搭接雙面焊的焊接長度為5d,單面焊接長度為10d,主筋與支架筋的交點需全部點焊,點焊咬肉應小于0.5mm。鋼筋連接除四周兩道鋼筋的交點需全部綁扎外,其余可采用50%交錯綁扎,綁絲接頭向籠內。鋼筋籠縱向主筋放在內側,橫向鋼筋放在外側,縱底端應稍向內側彎折,但向內彎折程度不應影響插入混凝土導管。鋼筋籠在設導管的周圍應增設箍筋和連接筋進行加固。主筋保護層厚度為70mm,墊厚5.5cm,在墊塊與墻面之間留1.5cm的間隙。鋼筋籠中預留孔采用鋼管與鋼筋籠主筋焊接固定,內用編織袋堵孔,并用膠帶封口。鋼筋籠制作時,吊點處需采取適當的加固及控制措施,防止鋼筋籠在起吊過程中發生扭曲變形。檢查驗收合格的鋼筋籠應掛牌標識,以利吊放。

5)鋼筋籠吊裝。因鋼筋籠重量較大,為確保其在吊運過程中安全無變形,在成型后的鋼筋籠上布置一定數量的桁架筋和穩定骨架鋼筋,確保制作精度和起吊剛度。吊點鋼筋采用 形筋搭接焊于主筋上。現場根據各槽鋼筋籠寬度具體詳細計算吊點位置,保證籠子吊起后保持平穩。

6)混凝土水下澆筑。連續墻的混凝土采用商品混凝土灌注,設計的混凝土標號為C25,抗滲等級P6。鋼筋籠就位后,在4h以內澆筑混凝土,超過時應重新檢查沉渣厚度,不符合要求時應重新清底。混凝土灌注時,導管下口與槽底距離一般要大于隔水栓長100mm-200mm,混凝土面上升速度不小于2m/h。根據槽段長度采用兩根導管同時灌注,兩導管間距不大于3m,導管距槽端不大于1.5m。兩導管第一次灌注時必須同時進行,各混凝土面高差不宜大于0.3m,直到灌注到墻頂標高以上300mm-500mm。

7)施工中對槽壁坍塌現象的應急處理措施。根據槽壁坍塌的具體情況,適當縮小單元槽段的長度。改善護壁泥漿的質量,調整泥漿的各項摻量,必要時向槽內投入粘土塊。減少地面荷載、機械等對地層產生的振動,隨時觀察泥漿液面的變化。若出現泥漿大量漏失,泥漿內有大量泡沫上冒或出現異常的擾動,導墻及附近地面出現沉降,排土量超過設計斷面的土方量等情況,應及時地將挖槽機械提至地面,以避免發生挖槽機被埋入地下的事故,然后迅速補漿以提高泥漿液面或回填粘性土,待所填的回填土穩定后再重新開挖。

1.6錨桿施工工藝流程和施工措施

1)工藝流程。工程地質條件的特點是:地下水位高,土體含

水量高,若采用螺旋鉆機成孔工藝,鉆孔內土體不易返出,同時孔壁土體受到擾動較大,很容易在孔壁和注漿體之間形成軟弱夾層,大幅降低錨桿的承載能力,因此對該工程的錨桿施工采用跟管鉆機成孔,并進行二次壓力注漿工藝,有效保證錨桿的施工質量。

篇8

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號: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

地下水可分為淺層地下水和深層地下水兩大部分,它是水資源的重要組成部分。近年來,由于水資源的緊缺,許多地方特別是北方希望依靠打井等利用地下水來解決,但因沒有進行合理規劃,大量超采地下水和不合理利用地下水,結果造成許多經濟、社會和生態環境等問題。合理開發利用地下水資源正越來越受到人們的重視和保護,探索和分析地下水運動變化規律,對于開發利用和保護地下水資源具體十分重要意義。地下水資料整編是地下水監測工作中對信息收集處理的一項基礎工作。

在可視化操作系統日趨成熟的時代, 過去在命令行模式下開發的程序逐步呈現出相應弊端:命令行模式操作不便,可見性差,且整個資料整編過程分散、繁鎖,程序易用性較差,兼容性不足。原有的使用針式打印機進行輸出的方式己不滿足批量、快速輸出要求。

為了提高整編工作的效率和成果質量,開發圖形界面化、高度集成化、人機交互性強、系統兼容性好、可移植性高的計算機整編系統是當前地下水利用、水資源管理工作中基礎資料信息化建設的一項重要內容。正為了適應工作需要,江蘇省水文水資源勘測局組織編寫了這款地下水資料整編軟件,軟件通過讀取監測井基礎資料(一覽表)和監測資料(水位、埋深、水溫)三個項目的數據經過數據處理、轉存進而生成符合資料整編要求的成果文件,同時在程序中提供批量輸出功能。

2 系統設計

2.1 使用語言

Visual Basic 6.0是一種通用的面向對象的可視化程序設計語言,提供的各種面向對象的開發工具,尤其是數據窗口這一方便而簡潔的功能,操縱數據庫的智能化對象,是開發Windows下應用程序最迅速、最簡捷、最高效的開發工具,它用途廣泛,編程方便。Access、Excel是Office系列軟件中的產品,Access用來專門管理數據庫的應用軟件,它可以運行于各種Windows系統環境中。不僅易于使用,而且界面友好,使用Access的時候不需要數據庫管理者具有專業的程序設計水平,任何非專業的用戶都可以用它來創建功能強大的數據庫管理系統,Excel是一個電子表格軟件,可以用來制作電子表格、完成許多復雜的數據運算,并可以通過Visual Basic調用進行各種輸出格式設置,所以使用Visual Basic 6.0+Office開展此項目研究是一種很好的方法。

2.2 開發方法

軟件使用快速原型模型法進行開發,首先使用Visual Basic在短時間內建立一個能夠反映用戶主要需求的原型,讓用戶實際看一看未來系統的概貌,以便判斷哪些功能是符合需要的,哪些方面還需要改進,然后將原型反復改進,最終建立完全符合用戶要求的新系統。這個原型僅包括未來系統的主要功能,以及系統的重要接口,再將把原型系統作為基礎,通過補充與修改獲得最終的實際系統。整個項目從符合操作簡便、界面友好、靈活、實用、安全的要求出發,完成項目的總體設計、詳細設計、編寫代碼、調試、測試、檢驗等環節。

項目的實現首先根據地下水匯編要求收集相關原始數據,分析各數據項之間的關系,然后再設計合理的數據結構,確定功能模塊(包括輸入、計算、統計、檢索、輸出等),編寫源代碼,最后再經過調試、運行和合理性的檢查再循環操作直至完全達到設計的要求。原始數據另采用記事本錄入,成果文件保存成Excel格式,便于程序外數據調用。軟件主要設計思路如圖1所示。

3 系統功能與特點

3.1 界面圖形化

前一版本程序使用命令行界面使得一些用戶操作起來十分困難,本程序采用了圖形界面,在WindowsXP系統下開發,這就使得人們不必學習太多的操作系統知識,只要會使用鼠標就能進行工作,所有的東西一目了然,只要移動鼠標,單擊、雙擊即可完成,可謂所見即所得。

為保證成果的正確、完整性,程序具有檢查功能。整編前可在程序中調用原始數據進行檢查、編輯;全站文件整編過程中,對有問題的站,將站名輸出到文件中保存,方便事后有針對性進行檢查。

3.3 單站整編功能

提供單站整編功能,當某站出現問題或只需某一站數據時,可以使用此功能。出錯更正后,先單站整編通過后,再進行批量整編,這樣不會影響中斷全站區資料整編。

3.4 全站整編功能

按水溫和水位二個項目區分原始文件,按類別整編全站區資料,按照資料整編規范要求生成成果文件,并可按市名創建目錄,便于分市存放。

3.5 生成特征值表

按照要求,統計每年幾個特定日期的水位、埋深,并統計每個站的年變幅,年極值及發生日期。

3.6 生成埋深數據

為便于數據的使用,可以生成區別于資料整編格式的成果文件,主要區別就是不進行整數位省略,并全部于數字格式存放,可直接取用。

3.7 成果表打印

可進行單、多表的打印。系統打印模式為成果表的全部打印。通過對話框可選擇單表、多表打印,方便快捷。這對打印過程中由于錯誤或虧損而需要重新打印的表頁提供了極為方便的功能。

4 系統操作

系統操作分為數據錄入、資料整編和成果打印三個過程。數據錄入方面:分為測井一覽表、五日井、十五日井、逐日井、水溫五個表項,可以通過程序使用原始記錄直接生成該表項或用其它文本編輯器按照規范要求進行錄入。

資料整編方面:數據錄入完成后方可進行資料整編操作,首先是讀取測井一覽表,使其入庫,然后是根據一覽表中監測井井號進行數據文件讀取、排序、整編、存儲,數據的處理完全按照SL/T183《地下水監測規范》和SL247-1999《水文資料整編規范》中資料整編條款執行。

成果打印分為批量打印和選擇性打印二種情況。批量打印即默認式全站打印,程序自動檢測成果目錄,將文件分類排序后按需求進行批量打印;選擇性打印是指在打印對話框中,設立單站打印選項,用程序調入所有成果文件名,然后傳回打印界面進行的成果打印,主要用于有選擇性打印單站成果表。

5 結束語

該程序于2005年開始用于江蘇省地下水資料整編工作。在三年的使用實踐中,證明該程序具有界面豐富、功能齊全、操作簡捷、工作效率高、成果質量好等特點,同時下一步將繼續開發增加數據庫轉存功能,用于數據入庫,以便進一步更有效的資料存貯、再加工、傳輸及生成各類報表。

參考文獻:

[1] 水文資料整編規范SL247-1999[M].北京:中國水利水電出版社,1999.

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1概況

由于我國獨特的自然地理條件和復雜的水文水資源特點，決定了我國的水資源問題比較復雜，雖然各流域經過四、五十年大規模的水利工程建設，取得了巨大成就，但水資源短缺和污染問題，不僅沒有得到根本性的解決，還有日益嚴峻的趨勢。為了更有效地解決或緩解所面臨的“水少、水臟”問題，需要深入地分析現狀下墊面條件下的流域水循環規律和地表水與地下水之間的相互轉化關系，通過研究流域水資源實時監控管理的基礎理論和技術方法，開發和建設流域水資源實時監控管理系統，以充分利用和挖掘現有水利工程的內部潛力與整體綜合優勢，確保流域水資源的合理開發和高效利用，有力地支持社會經濟的可持續發展。

2系統的構成與技術關鍵

研制流域水資源實時監控管理系統的主要目的是，以水利信息化促進水利現代化，以水利現代化保障水資源的可持續利用，并以水資源的可持續利用來支撐社會經濟的可持續發展。該系統是以水資源實時監測系統為基礎，以現代通信和計算機網絡系統為手段，以水資源優化調度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調水的聯合高效利用為核心，追求節水、防污、提高水資源利用效率和最終實現水資源的可持續利用為目標，通過水資源信息的實時采集、傳輸、模型分析，及時提供水資源決策方案，并快速給出方案實施情況的后評估結果等，以確保實現水資源的統一、動態和科學管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當地水與外調水、水質與水量、優質水與劣質水之間聯合調度與管理，確保水資源與社會經濟、生態環境之間的協調發展，以支撐社會經濟的可持續發展。

流域水資源實時監控管理系統是一種動態的交互式計算機輔助決策系統，由水資源實時監測、實時評價、實時預報、實時管理、實時調度、決策會商、控制和后評估子系統所組成，是基于可持續發展的思想，根據現代水文水資源科學的有關理論，利用當代先進的系統分析、人工智能、計算機、多媒體及網絡等技術，通過有關專業模型計算、分析和知識推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實時管理、調度方案，并允許決策者或專家根據自己的智慧、知識、經驗、偏好和決策風格等進行定性分析與判斷，直接干預方案生成及評價整個決策過程。

根據流域水文水資源特點和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環境惡化問題，研究和開發流域水資源實時監控管理系統。該系統的技術關鍵主要包括：

（1）水資源監測網的調整和完善，河流納污能力及其環境容量，水庫或水庫群運行規則、技術參數的校核與調整，洪水資源調控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態環境需水量，防洪與興利統一調度，地表水與地下水資源聯合運用管理等研究，以及水資源實時調度管理方案付諸實施后效益與風險分析、系統的標準化等。

（2）該系統由龐大而復雜的基礎數據庫、模型數據庫、結果數據庫、專業模型庫和知識庫等組成。其特點是系統規模龐大、處理的數據信息量大，模型運算復雜以及數據傳輸接口多，如何實現信息存儲、加工、傳輸的專業化管理，是一個技術難點。流域的水價政策及水權分配問題，也是影響流域水資源合理開發和高效利用以及實時、統一管理的關鍵。

（3）如何建立和完善與現代水資源管理要求相適應的組織機構和高效、精干的執法隊伍，以及如何制定科學的流域水資源管理規章制度、有關政策和法規條例等，以保障流域水資源實時管理、調度方案的付諸實施，指導流域水資源開發利用和保護。

3系統的主要功能

流域水資源實時監控管理系統的主要功能包括：水資源（及水質）的實時監測、評價、預報和決策支持（實時預報、管理及調度）以及控制、后評估等（如圖1）。

圖1 流域水資源實時監控管理系統的功能框圖

3.1水資源實時監測

水資源實時監測內容主要包括水情、水質、旱情以及其他信息等。在現有監測站網的基礎上，建立和完善統一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動態監測（站點）網或監測系統（包括雨量、蒸發、徑流、水位、水質、水溫、墑情等監測站點），以及各取水口取水量、開采機井抽水量等監測網，各監測網或系統之間互通有無、資料共享，為水資源的合理開發、高效利用和有效保護及時快速、準確地提供完備的實時監測數據資料。

（1）雨量觀測。目前采用的雨量觀測手段主要是普通自記和人工觀測，為了達到實時監測的目的，需要適時更新現有的觀測設備，裝配翻斗式雨量計并配備固態存儲器等，使雨量觀測工作方式更新為無人值守，有人看護的觀測方式，實現雨量信息的自動采集及傳遞。

（2）水位觀測。水位觀測分為地表水和地下水兩種，地表水多指河流水位和水庫水位等，而地下水就單指地下水位。

①對于基本水尺在橋梁上（或附近有公路橋）的水位觀測，特別是含沙量較大的站，建議采用氣介質超聲波水位計，再采用有線或無線方式將水位信息傳輸到站房。

②對于山區性河流，或斷面穩定，含沙量較小的水位觀測，采用測井式水位觀測，裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸到站房。

③水庫站一般有自記井，只對其重新裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸到站房

④地下水位監測目前主要分為手工測繩和自動監測儀兩種。自動監測儀主要通過固態存儲、電話網傳輸、手機網傳輸和電臺傳輸等方式將實時監測到的數據傳輸到中心站。

總之，水位監測，建議均裝配與雨量結合的水位雨量固態存儲器，裝配具有記錄、傳輸、存儲、分析等功能的自動監測系統，最終實現水位遙測自記，自動測報等功能。

（3）流量測驗：在各中心站配備不同形式的橋測車及先進的儀器設備，開展橋測及周圍地區的巡測；纜道及船測站，對現有設施設備進行更新改造，實現水文纜道程控自動化，配備機船，配備先進的測驗儀器設備，全面提高流量測驗的精度，充分滿足防汛、抗旱和水資源統一調配的需要。對水庫站現有的水文纜道進行維修、改造，實現水文纜道的程控自動化，保證流量測驗的精度要求。

（4）取水口及灌區流量觀測：對水庫各取水口分明渠和管道兩種，水位主要采用超聲波自記水位計，流量測驗分不同情況，選擇適用的測流設備。而灌區的水位觀測主要采用超聲波自記水位計等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位～流量關系線推求徑流量。

（5）機井開采量實時觀測：地下水開采機井抽水量的觀測，目前一般只有一些機井安裝了水表，大部分機井均未安裝水表。為了能準確取得地下水實際開采量的數據，掌握準確的地下水開采量，需要逐步或有重點地在地下水開采機井上安裝水表。

（6）水質實時監測：水質污染具有理化成分復雜、多樣和點多面廣的特點，不僅受污染源的大小和數量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導致的綜合結果，水質參數在成分和時空上的變化非常復雜。傳統的人工現場水樣采集、化驗方式周期太長，難以及時、準確地反映水質變化的性質和過程，所以水資源的開發利用和保護等工作得不到有效監控與科學的管理。水質實時監測就是采用水質自動監測儀器、遠程傳輸設備、在線監控和數據處理軟件，實現對水質參數的連續采集、分析、存儲，并在監測指標超過污染標準時，發出警報，做出污染類型分析等。

（7）墑情實時監測：主要針對大中型灌區的土壤墑情進行實時監測，為適時、適量的節水高效灌溉提供信息支持。并在條件許可的情況下，探討利用遙感技術實時預報土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實時遙感信息，根據大中型灌區土壤墑情的實時監測數據，通過與遙感解譯模型進行聯接和耦合計算，實時提供整個流域不同灌區的土壤墑情，為流域節水高效農業的健康發展提供可靠的依據。

3.2 水資源實時評價

水資源實時評價主要是指在時段初對上一時段的水資源數量、質量及其時空分布特征，以及水資源開發利用狀況等進行實時分析和評價，確定水資源及其開發利用形勢和存在的問題等。

（1）水資源數量實時評價：根據雨量、河川徑流、地下水位等實時監測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定和評價水資源數量及豐枯形勢等。

（2）水資源質量實時評價：根據實測的河流、水庫、引水渠的水質實時觀測和地下水質實時監測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定地表水和地下水的水質狀況及污染態勢。其主要評價內容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質量，重要河流污染負荷及削減量等。

（3）水資源開發利用實時評價：通過對各取水口取水量、開采機井抽水量和地下水位等實時監測資料，對供用水量進行實時評價，通過與歷史同期的對比分析，實時分析和評價各種水利工程的供水量、不同行業的實際用水量，供用水結構、節水水平，水資源開發利用程度以及當地水資源進一步開發潛力，并實時圈定地下水的開采潛力區、采補平衡區和超采區等。

3.3 水資源實時預報

水資源實時預報主要包括來水預報和需水預報兩部分，來水預報又分為水量預報和水質預報。水量預報包括地表水資源量預報和地下水資源量預報，地表水資源量預報既可細分為當地水和外來水（包括引調水）預報，又可分為汛期徑流預報和枯季（非汛期）徑流預報。需水預報分為工業、農業、生活和生態環境需水量預報。

（1）河川徑流量實時預報。根據河川徑流的形成機理和產流規律，將河川徑流量實時預報分為汛期徑流實時預報和枯季徑流實時預報兩種。汛期產匯流機制主要是超滲產流和蓄滿產流、超滲與蓄滿綜合產流模式：而枯季徑流主要是遵循流域的退水規律。因此，汛期徑流實時預報模型與枯季徑流實時預報模型是不同的，需要分別建立預報模型對汛期徑流量和枯季徑流量進行實時預報。

（2）地下水資源量實時預報。首先分析地下水的形成規律和補給、徑流、排泄條件，以及地下水的賦存規律；然后根據抽水試驗等確定含水層的參數分區，并利用試驗資料和長觀資料確定有關水文地質參數；最后利用均衡法或數學模擬模型法，分析和預報地下水資源量、可開采量及地下水動態分布。

（3）水質實時預報。利用獲得的實時水質監測和污染物排放量等信息，通過所建立的水質實時預報模型，實時預報地下水與地表水水質狀況、污染物類型、污染范圍及污染程度，及時提供水資源污染態勢等信息。

（4）需水量實時預報。根據需水量預報要求，本次將需水門類分為生活、工業、農業、生態環境等四個一級類，每個一級類可以再分成若干個二級類和三級類。根據具體情況和需要，還可以再細分為四級類。根據上述分類方法，可比較容易地合并有關各需水項，獲得需水量過程。

3.4 水資源實時決策支持

水資源實時決策包括水資源實時預報、水資源實時管理和調度，以及決策會商等。

（1）水資源實時預報。對于水資源實時預報，尤其是汛期徑流預報和需水預報，由于受到諸多非確定性因素的影響比較大，很難準確預報，因此需要專家的會商支持、吸收和借鑒領域專家的知識和經驗，以便較準確地預報和確定未來的來水與需水過程等。

（2）水資源實時管理。利用水資源實時評價和實時預報結果等，通過水資源實時管理模型計算，結合領域專家或決策者等積累的知識、經驗和偏好，分水協議、水價政策的經濟調節作用等進行綜合分析，最后提出水資源的實時管理方案，為水資源的合理開發利用和保護等提供決策依據，為水行政主管部門科學地行使其監督和管理職能提供支持，以確保水資源的可持續利用。

（3）水資源實時優化調度。通過前面制定的年度內水資源管理方案，確定水資源優化調度的規則和依據；根據各時段水資源的豐枯情況和污染態勢，通過建立水資源優化調度模型，確定水資源實時調度方案。

（4）水資源決策會商。決策會商是指通過對實時、歷史和預報、管理與調度的各類信息進行重組和加工處理，為討論和分析水資源的豐枯形勢和污染態勢，以及最終確定水資源實時管理和調度方案提供全面的支持。根據利用水資源實時管理模型和調度模型確定的若干管理、調度方案，以及提供的每一種方案的綜合效益分析結果，領導決策層和領域專家，通過全面分析對比和協商、討論，如認為其中一個方案合適則選擇之，并付諸實施。如認為必須進一步做新的方案，則通過水資源實時管理、調度系統，計算和提出新的管理、調度預案，供決策者對新老方案進行對比和選擇。

總之，在面臨重大的水資源決策時，決策會商機制顯得非常重要，有關利益沖突的各方，可以根據所提供的各種預案，包括水資源實時預報方案、實時管理預案和實時調度預案，分析其優劣，進行協商，確定能為有關各方所接受的方案。

3.5　遠程自動控制

控制可分為手工控制和自動控制、半自動控制等，主要是對重要的取水口和開采機井、引水閘門等的控制。根據需要和可能，有重點和有選擇地建立一些遠程自動控制系統是必要的，也是將來的一種發展方向。

3.6　監控管理后評估

為了不斷改進和完善系統的各項功能，需要對系統的重點功能進行后評估。主要內容包括：針對水資源實時調度、管理方案的合理性、實施效果以及預報方案的準確性、控制情況等進行評估，重點分析導致調度、管理方案不合理和效益不好、預報不準確的原因等。

最后，將研制的有關部分內容和功能模塊進行集成，最終建立一套較完整的基于GIS的水資源實時監控管理系統，并進行試運行；通過系統的試運行不斷進行修改和完善，最后正式交付使用，并保證系統能夠穩定運行。

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二、加強合作、優勢互補，實現涉水行業信息資源整合與共享