基于物联网的安徽省地下水动态监测管理系统研究

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(安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

基于物联网的安徽省地下水动态监测管理系统研究

刘怀利，马浩

(安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

为提高地下水监测水平，实时掌握地下水动态变化信息，在对安徽省地下水监测现状进行分析的基础上，利用物联网、移动互联网、B/S软件等技术开展了地下水动态监测管理系统研究，探讨了系统啊总体框架、设计了地下水监测站和业务应用软件，为实施安徽省国家地下水监测工程提供了支撑。

地下水；动态监测；物联网；研究

地下水是水资源的重要组成部分，是支撑经济社会发展的重要自然资源，是重要的供水水源和应急抗旱水源，也是维系良好生态环境的主要因素。因此，加强地下水监测工作，掌握实时地下水动态，对保障用水安全以及生态安全具有十分重要的意义。目前，安徽省地下水在开发利用过程中主要存在地下水水源地集中过度开采，造成了地下水超采，严重超采的地方引发了地面沉降和岩溶塌陷。此外，地下水污染日益严重。由于地下水污染的隐蔽性和复杂性，人们往往对地下水污染危害的认识严重不足，对地下水污染预防与治理的重要性认识不到位，加之疏于监管，使得城市生活和工业废污水大量排放，污染物入渗造成区域性地下水污染问题突出，城市、矿区等重点地区地下水污染严重，影响饮水安全和人民群众身体健康。开展地下水动态监测系统的研究与应用，可实现对地下水动态的有效监测，以及对淮北平原、岩溶山区地下水动态的区域性监控和对重点地区地下水监测点的实时监控；为各级领导、各部门和社会提供及时、准确、全面的地下水动态信息，满足科学研究和社会公众对地下水信息的基本需求，为优化配置、科学管理地下水资源，实现最严格的水资源管理制度，防治地质灾害，保护生态环境提供优质服务，为水资源可持续利用提供基础支撑，促进经济社会的可持续发展。

1 安徽省地下水监测现状

安徽省开展地下水动态监测工作始于20世纪50～60年代，从20世纪70年代初期开始开展了较全面、系统、不间断的农业浅层地下水水位、常规水质、水温以及少量的生产站开采量监测。其后，随着经济的发展和地下水开发利用量的增加，为便于及时了解和全面掌握各地地下水动态变化情况，地下水监测井的布设逐年增多。安徽省地下水监测重点是淮北地区，淮北区域上主要监测浅层孔隙水、深层孔隙水和裂隙岩溶水，城市及水源地主要监测开采目的层地下水，兼顾地下水环境问题区；江淮波状平原主要监测城市及水源地主要开采目的层地下水；沿江丘陵平原区域上控制性监测沿江平原区孔隙水，城市及水源地主要监测开采目的层；皖南山区、大别山区仅有零星的地下水监测点。地下水监测井按监测层位分浅层监测井和深层监测井，大多数浅层监测井由省水文部门建管，深层监测井由地矿部门建管。

安徽省地下水监测站网还存在以下问题：(1)地下水监测站网布局还需完善；(2)专用监测井缺乏，监测设备陈旧，监测手段落后；(3)地下水监测站网结构不合理；(4)信息传递和信息处理落后，时效性差；(5)地下水监测站网管理体制不顺，经费渠道不畅。

图1 安徽省地下水动态监测管理系统的总体架构

2 系统总体框架

安徽省地下水动态监测管理系统的总体架构由1个省级监测中心、10个地市级分中心、390个监测站组成(见图1)。

(1)省级监测中心。省级监测中心承担辖区内地市级分中心的管理、地下水信息的接收存储、分析计算、汇编刊印，建立地下水资料数据库和信息服务平台，为地下水资源评价、论证、规划、管理、保护和实施最严格的水资源管理制度考核提供可靠的技术支撑。省中心建设以安徽省水文局现有的生产业务用房、计算网络及人力资源为依托，通过信息接收处理软硬件建设，实现本辖区地下水监测站信息的接收与上传，建立相应的数据库、信息共享服务平台、业务应用系统。

(2)地市级分中心。地市级分中心承担辖区内地下水监测站的运行、维护和管理，水质站水样的采集与分析，接收由省级监测中心分发本辖区的地下水信息，建立相应的数据库，进行资料校核和整编，并将年度整编成果上交省级监测中心。以地市水文部门现有计算机网络为依托，建设地市级分中心，配备服务器等硬件设备，购买数据库管理、服务操作等系统软件，建立数据库，配备水利部项目办统一开发的地下水信息查询维护、地下水监测资料整编、地下水信息交换共享软件，并配置水位水温校准、数据移动传输、洗井等巡测维护设备。

(3)地下水监测站。地下水监测站承担水位、水温、水质、流量等监测项目，并将自动采集的信息传输到省级监测中心和国家地下水监测中心。

3 地下水监测站设计

3.1 监测站网布设

安徽省地下水监测站网布设以流域为基本单元，对流域内基本类型区(平原、盆地、山间平原)进行控制性布设，对特殊类型区(人口密集区、城市建成区、重要地下水水源地、超采区等)进行重点布设。平原区以浅层地下水为主要监测目标含水层(组)，地下水开发利用地区、超采区、重要水源地以主要开采层为监测目标含水层(组)。安徽省共建设390个监测站。按流域分布，淮河流域布设356个监测站，长江流域布设32个监测站，太湖流域布设2个监测站。

3.2 通信规约及信息流程

安徽省地下水监测站的通信规约采用《水文监测数据通信规约》(SL651-2014)。地下水监测站将水位、水温、水质等自动采集信息通过GPRS/GSM信道发送到省级监测中心；省级监测中心将数据存入本级数据库，通过国家防汛抗旱指挥系统网络将监测信息分别传输到国家地下水监测中心、流域监测中心、相应地市级分中心。安徽省国家地下水监测工程(水利部分)信息流程见图2。

图2 安徽省地下水动态监测站信息流程

3.3 监测站仪器选型

系统设计采用一体化压力式水位计；水质自动监测仪器在4个自动水质站配置。水位监测仪器全部采用一体化压力式水位计，放在历史最低水位以下，承压范围应符合水位最大变幅的要求。水位计量程大于或等于5 m，水位计分辨力为1 cm或0.1 cm；水温计分辨力为0.1℃，在0℃～70℃水温变幅范围内，测量误差≤±0.5℃/±1℃。

水质自动监测站分为一般监测站和重点监测站。(1)一般监测站。一般监测站共3个，主要布设在能反映地下水水质平均状况地区，用于掌握基本水质情况，监测指标选取pH、DO、电导率、浊度、氯离子(按监测区域可更换为氟离子、硝酸盐氮等)等5参数水质自动监测仪。(2)重点监测站。重点监测站共1个，根据流域地下水水质监测报告等已掌握的情况，进行重点监测和密切跟踪。监测设备除选取5参数水质自动监测仪外，需另配置UV探头(可同时测亚硝氮、COD、BOD、TOC、DOC、UV254、苯类、色度、浊度或悬浮浓度等)。

4 地下水监测系统应用软件设计

采用面向服务的体系结构(service-oriented architecture，SOA)开发系统软件。SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。地下水资源业务软件主要包括系统范围应用层、应用支撑平台和基础层。应用层划分为：地下水监测信息接收处理，地下水信息查询维护，地下水信息交换共享，地下水监测资料整编，地下水资源业务应用，地下水资源信息发布、移动客户端，地下水水质分析软件。应用支撑平台为：公共服务、通用工具、业务工具，包括用户身份认证、地图服务、数据交换服务、通用和业务等工具。数据层为数据库，另外还有与其他系统的数据交换共享。业务数据流程图见图3。

图3 安徽省地下水动态监测系统业务应用软件构架

通过上述三个层面的系统集成，实现各个应用系统在正常业务中流畅、及时的信息流转和业务协作，实现各个应用系统与应用支撑平台、数据存储与管理体系在设计框架下的分层连接，确保各个应用系统预留接口，各个应用系统拥有风格统一的用户界面，拥有全线统一的身份认证体系，从而最终使各个应用系统在界面上展现。

5 结语

依托国家地下水监测工程，安徽省开展了地下水动态监测系统项目建设，建设1个省级监测中心，10个地市分中心，新建390个地下水监测站。项目的实施，将完善地下水监测站网，为地下水监测工作提供基础平台，提高地下水监测水平，为国家及地方相关部门提供丰富的地下水动态信息，为水资源调查评价及综合规划提供更加精准的监测数据，指导地下水资源的优化配置，提高水资源管理水平，为水资源可持续利用、支撑社会经济可持续发展提供技术支撑和全面服务。

[1]国家地下水监测工程(水利部分)安徽省初步设计报告[R]. 安徽省水文局.2015.

[2]袁爱军. 基于物联网的地下水监测系统的设计[J]．信息科学.2016(19).

[3]高志. 国家地下水监测工程站网布设浅析[J]．地下水.2012.34(5).

P641.74

A

1004-1184(2017)06-0068-02

2017-08-14

刘怀利(1982-)，男，安徽怀远人，工程师，主要从事水利信息化研究与应用工作。