地下水動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展分析

田潔

[摘要]本文通過對智能傳感技術(shù)的簡介以及國內(nèi)外地下水監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展的分析，就智能網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)及其在地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)作進(jìn)行分析和探討。

[關(guān)鍵詞]智能傳感技術(shù) 地下水監(jiān)測技術(shù) 監(jiān)測系統(tǒng)

[中圖分類號] P315.72+3 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-155-2

1概述

在現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)模塊中，傳感器技術(shù)的主要任務(wù)是提取被測量信息，通信技術(shù)的主要任務(wù)是將所提取的信息進(jìn)行傳輸，計算機(jī)技術(shù)的主要任務(wù)則是處理被測量的信息，這標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大跨越。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代背景之下，時代發(fā)展逐漸趨向于數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，目前，計算機(jī)技術(shù)結(jié)合通信技術(shù)，從而產(chǎn)生了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；計算機(jī)技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)，就產(chǎn)生了智能傳感器技術(shù)，將此三者進(jìn)行結(jié)合，于是就出現(xiàn)了智能網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)。根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，地下水的動態(tài)監(jiān)測可以根據(jù)局監(jiān)測變量進(jìn)行區(qū)分，主要可分為對地下水位、地下水溫度及地下水水質(zhì)三個方面的觀測。由于具有采集速度快、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，智能網(wǎng)絡(luò)傳感器在數(shù)據(jù)采集方面具有明顯優(yōu)勢，不僅能進(jìn)行自檢，還能夠完成自動數(shù)據(jù)處理任務(wù)，顯著提升監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性的同時，也提升了其響應(yīng)速度[1]。以下主要就智能網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)及其在地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)作進(jìn)行分析。

2智能網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)簡介

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代背景之下，智能傳感器應(yīng)運(yùn)而生，由于其較強(qiáng)的感知能力、計算能力以及通信能力，智能傳感器逐漸被人所熟知和應(yīng)用，此類智能傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)也逐漸成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)。此類傳感器網(wǎng)絡(luò)是傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)四者的結(jié)合體，在彼此的相互協(xié)作之下，可以有效進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、對網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié)信息進(jìn)行收集，通過手機(jī)和處理這些信息，并傳送到需求用戶，可以使人們隨時隨地獲取大量具有可靠性的具體化信息。通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展逐漸穩(wěn)定了智能網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)的研究基礎(chǔ)。作為獨(dú)立計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，智能傳感網(wǎng)絡(luò)的基本組成單位是節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)集成傳感器、微處理器、網(wǎng)絡(luò)接口和電源，從而傳感器具有自檢、自校/網(wǎng)絡(luò)通信等功能，進(jìn)而出現(xiàn)了信息采集、處理年及傳輸協(xié)調(diào)的新型智能傳感器[2]。相比傳統(tǒng)類型的傳感器，智能網(wǎng)絡(luò)傳感的特點(diǎn)如下：

（1）智能傳感功能。由于引入了嵌人式技術(shù)、集成電路技術(shù)和微控制器等技術(shù)，傳感器結(jié)合了硬件和軟件，不僅傳感器的功耗降低、體積縮小、抗干擾性能加強(qiáng)，而且傳感器多了兩項(xiàng)新功能，即為自識別自校正功能，此外，還可以通過軟件技術(shù)達(dá)到傳感器的非線性補(bǔ)償效果。

（2）網(wǎng)絡(luò)通信功能。此項(xiàng)功能對系統(tǒng)的擴(kuò)充和維護(hù)十分有利，這是因?yàn)閼?yīng)用網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)使得傳感器接人工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等網(wǎng)絡(luò)更加方便。智能網(wǎng)絡(luò)傳感器的核心為嵌入式微處理器，是對傳感單元、信號處理單元/網(wǎng)絡(luò)接口單元以及電源部分的集成。

3地下水動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

歐洲的地下水水量監(jiān)測源遠(yuǎn)流長，地下水監(jiān)測網(wǎng)最早建成是在1845年，大多數(shù)歐洲國家地下水監(jiān)測開始于20世紀(jì)70年代。一般情況下，地下水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)根據(jù)家國需要和水文地質(zhì)條件決定，除德國外的歐洲國家的監(jiān)測網(wǎng)，其范圍是面向全國的，各國監(jiān)測目的具有較大變化，監(jiān)測變量主要包括描述性參數(shù)、主要離子、重金屬、農(nóng)藥和氯化溶劑五種，每一個國家均具有水質(zhì)監(jiān)測取樣點(diǎn)的數(shù)量、站點(diǎn)高度、記錄時間、地質(zhì)條件等有關(guān)的詳細(xì)資料。

3.1國外研究

美國首次設(shè)置地下水?dāng)?shù)據(jù)的貯存與檢索系統(tǒng)是在從20世紀(jì)50年代，到了70年代，美國對地下水質(zhì)觀測網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，直至80年代，美國成立了官方的地下水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計工作委員會，圍繞研究地下水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計的科技成果進(jìn)行開展，不僅要對具有前景的觀測網(wǎng)設(shè)計方法進(jìn)行評價，而且要對地下水位觀測網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行研究，現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)庫中的全國大部分井泉的長期觀測數(shù)據(jù)已經(jīng)十分豐富了[3]。

早在70年代初期，日本久已經(jīng)開展了河流、湖泊等地表水的自動在線監(jiān)測，不僅如此，日本等發(fā)達(dá)國家還對城市和企業(yè)的污水處理廠排水進(jìn)行了自動在線監(jiān)測，主要采用兩種方法，一是在線監(jiān)測，二是間歇式在線監(jiān)測。測定項(xiàng)目有水溫、電導(dǎo)率、氰化物等。到了70年代末期，由于地表水富營養(yǎng)化的日趨嚴(yán)重，執(zhí)法逐漸嚴(yán)格化，加之總量控制制度的逐步加強(qiáng)，自動在線監(jiān)測項(xiàng)目又增加了Hg、T-N和T-P等項(xiàng)，可以通過遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)來傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，可傳至各級環(huán)保行政主管部門以及環(huán)境監(jiān)測執(zhí)法部門。

3.2國內(nèi)研究

近年來，我國的污水處理力度逐漸加大，地表水環(huán)境質(zhì)量得到一定的改善，我國政府十分重視地下水監(jiān)測。我國最早的地下水監(jiān)測研究開始于五十年代中后期，當(dāng)時就已經(jīng)形成了以國家級地下水監(jiān)測網(wǎng)為龍頭的監(jiān)測網(wǎng)，該監(jiān)測網(wǎng)的主體為省、地級監(jiān)測網(wǎng)，隨著第一手監(jiān)測資料的大量累積，地下水資源評價及開發(fā)利用逐漸發(fā)展起來，為水資源可持續(xù)利用奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。直至2001年末，全國建立的地下水環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)超過20738個，監(jiān)測主要圍繞地下水的水位、水溫、水質(zhì)展開，采用人工監(jiān)測為主要監(jiān)測方式，主要是采用自動記錄儀，由于自動記錄儀可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的長期記錄，但要求觀測員定期獲取數(shù)據(jù)，還要定期更換電池，沒有達(dá)到實(shí)時監(jiān)測的水平。現(xiàn)階段，我國有1個中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，31個省級地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，217個地市級監(jiān)測分站，3000多人從事地下水監(jiān)測工作。大多數(shù)的監(jiān)測點(diǎn)主要采用人工測量方法，監(jiān)測精度難以得到控制，且監(jiān)測效率不高，監(jiān)測數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到科研和生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的相關(guān)要求。少數(shù)監(jiān)測孔只能監(jiān)測水位或水質(zhì)單項(xiàng)，缺乏與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題和地質(zhì)災(zāi)害的針對性的地下水監(jiān)測[4]。

我國在某些常規(guī)水質(zhì)檢測儀器的生產(chǎn)研發(fā)方面具有一定的潛力，例如通用的實(shí)驗(yàn)室分析儀器，包括可見紫外分光度計、熒光光度計、原子吸收光度計等光學(xué)類儀器， PH計、電導(dǎo)儀、電位滴定儀等電化學(xué)類儀器，如離子色譜儀、高壓液相色譜儀等色普類儀器，測汞儀、測油儀、COD測定儀、1'oC測定儀、溶氧測定儀等專用儀器。

通過地質(zhì)環(huán)境的廣大工作者的不懈努力，現(xiàn)階段，我國的實(shí)際監(jiān)測工作中，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站向國土資源部有關(guān)部門提交的《全國地下水情通報》、《地下水動態(tài)5年研究報告》等研究成果逐步得到實(shí)施，這些研究成果為我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域帶來長足發(fā)展，為了規(guī)范地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測成果，全國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站陸續(xù)制定了《國家級地下水監(jiān)測技術(shù)要求》等相關(guān)規(guī)程，這也是地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測成果的重要前提，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4結(jié)束語

地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量評價研究的關(guān)鍵性問題在于評價與設(shè)計井網(wǎng)密度、監(jiān)測井位置及取樣頻率有關(guān)內(nèi)容，對于點(diǎn)上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量也要引起重視，同時監(jiān)測成果的開發(fā)利用也不可忽略，現(xiàn)階段，關(guān)于井徑與目的層結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的研究還處于萌芽階段，需要大力發(fā)展。以系統(tǒng)狀態(tài)變量的空間相對連續(xù)性及漸變性為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的Kriging方法可對變量的空間統(tǒng)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻畫；以系統(tǒng)動態(tài)、開放性質(zhì)為基礎(chǔ)，采用動態(tài)Kriging方法是對地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法原理的完善。

參考文獻(xiàn)

[1]史云，馮蒼旭. 地下水動態(tài)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[A]. 中國水利技術(shù)信息中心.2010地下水資源配置與優(yōu)化調(diào)度及污染防治技術(shù)?？痆C].中國水利技術(shù)信息中心：，2010：3.

[2]徐麗. 淺談環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2010，S1：115-118.

[3]楊旭，黃家柱，許建軍，閭國年. 基于組件式GIS的地下水動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J]. 地理與地理信息科學(xué)，2004，01：47-50.

[4]符杰明. 淺談環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 綠色科技，2013，09：180-181.