宋子龍

(廣州市地質調查院，廣東 廣州 510440)

0 引言

廣州市是廣東省的省會，國家中心城市，位于中國南部、珠江下游、瀕臨南海，具有南亞熱帶季風氣候特點，地勢東北高西南低，自北向南依次為低山丘陵區(qū)、廣花盆地、三角洲平原，各具有不同的含水介質、水動力、水化學特征以及補徑排特點。受地形影響，廣州的降雨量呈現北部多于南部，山區(qū)多于平原等特點。廣州市地下水資源豐富，具有廣花盆地巖溶水、流溪河水源地、增江水源地、南部孔隙水等幾個重要地下水水功能區(qū)，地下水開發(fā)利用程度高，主要用于城市工業(yè)、生產、生活、綠化等。水是廣州城市的靈魂，對廣州經濟社會的平穩(wěn)高速發(fā)展有不可替代的保障作用。而當下，廣州市仍然面臨突發(fā)性地下水水質惡化風險隱患。

地下水作為應急的淡水資源，監(jiān)測其動態(tài)變化，是保護和利用這項資源的前提。廣州市地下水資源存在水質狀況較難控制的現象，甚至存在突發(fā)性的水質惡化隱患。為了實現廣州市地下水監(jiān)測信息實時、精準地采集與傳輸，進一步搞清和摸透廣州市的區(qū)域水文地質環(huán)境，尤其是地下水的徑流、補給、排泄過程和環(huán)境條件，適時獲取科學、詳實的地下水動態(tài)數據，為相關主管部門決策研判提供科學參考，必須建立切實可行的地下水監(jiān)測自動監(jiān)測系統。

通過地下水監(jiān)測站，獲取地下水動態(tài)信息，對監(jiān)測站實現自動監(jiān)測，完成地下水信息的自動采集和信息傳輸；實時、精準獲取地下水的變化數據，獲得反映地下水變化的水位、水質、水溫和流量等信息的數據，將獲取到的地下水數據適時傳輸至終端管理中心，并對地下水數據開展分析和預測預報，實現數據和信息共享，為相關部門和公眾提供一手情報，為水文、水利、排澇抗旱、科學開發(fā)和保護廣州市的地下水資源提供數據支撐。

1 地下水資源監(jiān)測站網布設

地下水監(jiān)測網點的布置應體現三個基本原則，代表性、效率性和聯系性。一方面每個監(jiān)測點都能真實代表其所處水文地質單元的水文地質特征，另一方面則要求以最少的控制點反映全市地下水信息狀況，其次，要建立區(qū)域內相互關聯的地下水監(jiān)測網絡。地下水監(jiān)測站網布設以沿地下水流向為主、垂直地下水流向為輔。

地下水動態(tài)監(jiān)測對廣花盆地、流溪河流域等重點區(qū)域開展監(jiān)測。城區(qū)建筑物密布，地下空間開發(fā)日益廣闊，大大改變地下水環(huán)境，地下水監(jiān)測孔暫不考慮布設在高密度建成區(qū)內。地下水監(jiān)測孔布設綜合考慮廣州市的水功能區(qū)劃和行政區(qū)劃，相互結合，確定監(jiān)測點分布，確保每個行政區(qū)內和水功能區(qū)關鍵節(jié)點均布置監(jiān)測點。以水文地質單元為基礎，疊加地貌單元分區(qū)、補給分區(qū)、人類工程活動影響分區(qū)，權衡區(qū)域、供水水源地的重要性統一取值確定。

2 地下水監(jiān)測系統功能要求

（1）具有地下水監(jiān)測信息自動定時采集功能[1-5]。

（2）具有自動上報數據的功能。按預先設置的時間間隔向終端管理中心傳輸地下水信息，包括反映地下水變化的氣溫、水溫、流量、礦化度、電導率、PH值和ORP等信息的數據。

（3）具有數據存儲功能。按照標準和數據將地下水監(jiān)測數據傳輸并存儲于終端服務器，供應用軟件統計分析和查詢。

（4）具有實時告警功能。在定時采集地下水信息期間，在某參數達到預定閾值后接收預警或報警信息，自動告警并加報。

（5）具有趨勢變化分析功能。可選擇多個類型傳感器數據，在特定時間范圍區(qū)間，用折線圖的方式按天展示最小值，最大值，平均值。用于預測各類數據的趨勢變化。

（6）具有變化率統計功能。選擇單個傳感器數據，在選定時間范圍區(qū)間內，用折線圖的方式按天展示變化加速度，用于對變化率的分析。

3 地下水監(jiān)測系統功能結構

廣州市地下水自動監(jiān)測系統可分為兩大功能模塊，包括系統管理模塊和地下水監(jiān)測管理模塊。系統管理模塊包括菜單管理、用戶管理和角色權限管理等功能，管理員根據不同身份設置不同的權限，分配不同的功能。

4 地下水監(jiān)測系統功能設計

4.1 數據采集功能

應嚴格統一數據格式標準，確保采集到的數據在入庫前標準及格式的一致性和銜接性，在定期監(jiān)測數據可與地下水監(jiān)測數據庫中數據無縫集成，以便于進行數據統計分析、操作、查詢和共享。

圖1 功能結構圖Fig.1 functional structure diagram

4.2 網絡傳輸功能

地下水監(jiān)測系統可以整合各個地下水監(jiān)測點及各種地下水監(jiān)測設備、傳輸網絡，人工定期和實時自動傳輸各種類型的監(jiān)測信息。

4.3 動態(tài)監(jiān)測管理功能

對全市地下水自動化監(jiān)測點、監(jiān)測設備等進行登記管理，并基于數據庫，利用各監(jiān)測點隱含的地理位置信息，實現地下水自動化監(jiān)測點的空間可視化。在監(jiān)測系統中，能以可視化的方式顯示監(jiān)測設備的狀態(tài)信息，以便能及時對設備狀態(tài)進行維護。

4.4 其他專業(yè)應用功能

支持人工錄人數據，提供數據文件的導人和導出，具有統計分析、趨勢變化、變化率統計、實時告警等功能；提供圖形化顯示的地下水信息動態(tài)過程。數據使用者可按需求生成年報表、月報表、日報表和指定時間段的地下水位或地下水溫度變化曲線。

5 地下水監(jiān)測設備選型原則

硬件設備的選擇應能滿足廣州市地下水監(jiān)測的功能需求，能保障數據采集的精準性，設備維修的簡便性，設備使用的耐久性。設備要安裝環(huán)境適應性強，安裝簡易，擴展性和兼容性好，并支持軟硬件升級換代[1]。

地下水監(jiān)測設備設計和選型關鍵是做好地下水信息采集器、傳輸網絡和終端管理中心等模塊的設計。

5.1 地下水信息采集器

地下水信息采集器是一款自動測量、記錄地下水參數的儀器。地下水位采集器應選擇耐用、可靠、穩(wěn)定、性價比高、安裝簡便、功能完善、采集精度高的產品。

5.2 通訊網絡

傳輸網絡應具有數據傳輸速率高、數據傳輸實時性、誤碼率低、覆蓋范圍廣、運行穩(wěn)定、通信質量可靠、安全性和可靠性高，使用成本比較低，安裝調試方便簡單等特點。

5.3 終端管理中心

終端管理中心從各個監(jiān)測點收集得到的地下水水位和水質數據全部進入終端管理中心，進行數據分析與預警。終端管理中心應具有遠程服務器、云平臺、監(jiān)控中心、各類應用軟件等模塊。

6 信息流程

地下水監(jiān)測站將氣溫、水溫、流量、水礦化度、電導率、PH值和ORP等自動監(jiān)測信息通過無線網絡、短信、高線傳輸發(fā)送到終端管理中心實現動態(tài)監(jiān)測管理和專業(yè)應用。信息傳輸流程見圖2。

圖2 信息流程圖Fig.2 information flow chart

將地下水監(jiān)測數據傳輸到終端管理中心生成各種數據報表和曲線，實現統計分析、趨勢變化、變化率統計、實時告警等功能，達到掌握地下水實時動態(tài)的目地。

7 結論

（1）廣州市的地勢東北高西南低，自北向南依次為低山丘陵區(qū)、廣花盆地、三角洲平原，各具有不同的含水介質、水動力、水化學特征以及補徑排特點。

（2）地下水監(jiān)測網點的布置應體現三個基本原則，代表性、效率性和聯系性。

（3）廣州市地下水自動監(jiān)測系統主要分為系統管理和地下水監(jiān)測管理兩大功能模塊。

（4）地下水監(jiān)測設備設計和選型關鍵是做好地下水信息采集器、傳輸網絡和終端管理中心等模塊的設計。

（5）通過地下水動態(tài)監(jiān)測，可以按期獲得反映地下水變化的氣溫、水溫、流量、水礦化度、電導率、PH值和ORP等信息，使用這些數據，可以實時反映地下水動態(tài)變化狀況，指導地下水資源的管理和保護。