地下水位动态监测与分析系统.
天津市滨海新区地下水位动态监测及其对地面沉降的影响分析的开题报告
天津市滨海新区地下水位动态监测及其对地面沉降的影响分析的开题报告一、选题背景和意义天津市滨海新区是我国国家级开发开放区域之一，因地势低洼且土层松软，地面沉降问题一直是困扰该地区的重大环境问题。
在这个背景下，对滨海新区地下水位进行动态监测，并分析其对地面沉降的影响，具有重要的理论和实际意义。
地下水位是地下水系统的重要组成部分，其变化会对周边地面起到直接或间接的影响，包括地面沉降、土体压缩、地基承载力降低等问题。
因此，了解滨海新区地下水位的变化情况，对预测和控制地面沉降等环境问题有着重要的意义。
二、研究内容和目标本课题旨在针对滨海新区地下水位的变化情况及其对地面沉降的影响进行研究。
具体来说，研究内容包括：1. 建立滨海新区地下水位监测系统，分析地下水位的时空变化规律。
2. 分析滨海新区地面沉降的发展趋势及其空间分布特征。
3. 通过相关分析方法，探讨地下水位变化与地面沉降之间的关系，并探讨如何通过该关系预测未来的地面沉降情况。
通过以上研究，旨在实现以下目标：1.了解滨海新区地下水位的时空变化规律，深入了解该地区的地下水体系。
2.掌握滨海新区地面沉降的发展趋势及其空间分布特征，提供参考数据和信息。
3.建立地下水位与地面沉降之间的关系预测模型，为滨海新区的环境保护和重大工程建设提供科学依据。
三、研究方法本研究的方法包括：1.地下水位监测技术：在滨海新区选取合适的监测点位，采用地下水位监测技术，记录地下水位数据，分析其时空变化规律。
2.地面沉降监测技术：在滨海新区选取合适的监测点位，采用地面沉降监测技术，记录地面沉降数据，分析其时空变化规律。
3.相关分析方法：采用统计学方法和模型预测法，分析地下水位变化与地面沉降之间的关系，建立相关性模型，并探讨其在未来预测中的应用。
四、拟定进度安排1.前期准备阶段：确定研究课题，收集相关文献，确定研究方法及技术路线。
预计2个月。
2.数据采集与整理：选择滨海新区50个地下水位监测点位，50个地面沉降监测点位，采集数据并整理数据。
地下水自动监测预警系统
谢谢聆听!
罗丹明，荧光素
优势
可以简单的交换所有传感器。 长期观测用安装在传感器除污 装置。
实时监测系统
系统框架
现场
数据收集 笔记本电脑
观测井
电池箱
RS-USB转 换器
※可以改变S&Dlmini的设定内容。
地下水位
电缆
传感器＋ 数据装置
数据传送
带有通信功能的数 据收集传输装置
GSM (GPRS) Internet
井
下水道 垃圾处理
场所
土壌・地下水 污染 化工工厂
发电所
地层埋藏
模拟信号
数字信号
脉冲信号
传感器
用户访问 （软件）
带有通信功能的数 据收集传输装置
数据收集传输
GSM (GPRS)
Internet
水位传感器
传感器和数据收集装置一体型 袖珍便携（ф22*158mm) 电力消费很低，不需要交换电
• 试点时间
2013-8～2014-7
项目概况
• 监测内容
pH、DO、EC、Turbidity、 Temperature和水位
• 监测设备
多参数水质计（Model-4676） 一体式水位计（Model-3030）
现场安装
水位计
蓄电池
水质计
现场维护
2013-9-18 2013-11-15
监测试点运行图
地下水自动监测预警系统
地下水质现状
全国655个城市中，超过60%的城市有地下 水饮用水源。地下水过度开采容易造成地 面沉降，植被改变，地质灾害，海水倒灌。
由于工业废水的肆意排放，导致80％以上 的地表水、地下水被污染。
论城市地下水动态自动监测系统建设的必要性与对策
论城市地下水动态自动监测系统建设的必要性与对策随着城市经济社会发展和城市化进程的加快，生产、生活、生态用水对水资源的需求量越来越大，对水质的要求越来越高，但由于过度开采地下水，使得水资源供求矛盾日益加剧，饮水矛盾日益突出。
加强城市地下水监测系统建设，对控制地下水的开采，合理开发利用和保护地下水资源提供有利保障。
标签：地下水；动态监测建设；必要性；对策地下水是水资源的重要组成部分，也是维系生态系统的基本要素，近年来，地下水资源的无规则和无节制地开采等行为，带来诸如地面沉降、塌陷、地下水污染等一系列生态环境问题。
这些问题不仅对当地经济社会发展和生态环境造成很大危害，而且对水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展构成严重威胁。
必须对地下水进行科学合理的管理，而科学管理的决策主要取决于能否快速有效的获取信息。
水利部副部长李国英介绍，水利部将采取六大措施严控地下水开采，这就要加强地下水监测站网的建设，全面地提升地下水的监测水平、预报预警水平和决策支持能力。
一、城市地下水超采的危害性饮水安全无小事，根据国土资源部日前发布的报告，全国657个城市中，有400多个以地下水为饮用水源，但近六成左右城市地下水遭污染。
同时，由于地下水的大量开采，华北平原东部深层承压地下水水位降落漏斗面积达7万多平方公里，部分城市地下水水位累计下降达30～50米，局部地区累计水位下降超过100米。
全国已经造成了400多个地下水超采区，总面累计19万平方公里，约占全国平原面积的11%。
地下水长期处于超采状态，漏斗区亟待治理。
地面沉降一旦形成规模，以人类现在的能力和技术，治理和恢复起来很困难。
超采区浅层水被疏干，农村人畜饮水困难。
由于超采岩溶水造成上覆孔隙水位下降，漏斗中心地段孔隙水被疏干，会影响到城区及近郊区浅层地下水的开采，一些农用机井和手压井干涸，人畜饮水困难。
地下水环境受人类活动影响，呈恶化趋势。
地下水长期超采，导致地下水与周围介质之间的循环时间缩短，造成地下水硬度和矿化度呈逐年上升趋势。
地下水资源的动态监测与管理
地下水资源的动态监测与管理水是生命之源，而地下水资源作为水资源的重要组成部分，对于人类的生产生活、生态平衡以及经济社会的可持续发展都具有至关重要的意义。
然而，随着人口的增长、经济的发展以及不合理的开发利用，地下水资源面临着日益严峻的挑战。
为了实现地下水资源的科学合理利用和有效保护，加强地下水资源的动态监测与管理显得尤为迫切。
一、地下水资源动态监测的重要性地下水资源的动态监测是指对地下水的水位、水量、水质等要素进行长期、系统、连续的观测和记录。
通过动态监测，可以及时掌握地下水资源的变化情况，为地下水资源的管理和保护提供科学依据。
首先，地下水资源的动态监测有助于了解地下水的补给、径流和排泄规律。
地下水的运动是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，如气象条件、地形地貌、地质构造等。
通过长期的监测，可以揭示地下水在不同季节、不同年份的变化趋势，为合理规划和开发地下水资源提供基础数据。
其次，动态监测能够及时发现地下水资源的污染问题。
随着工业化和城市化进程的加速，大量的污染物进入地下水中，对地下水水质造成了严重威胁。
通过对地下水水质的监测，可以及时发现污染的来源和扩散途径，采取有效的治理措施，保障地下水资源的质量安全。
此外，地下水资源的动态监测还可以为应对突发事件提供决策支持。
例如，在干旱季节，当地下水资源出现短缺时，通过监测数据可以及时制定应急供水方案，保障居民的生活用水和工农业生产用水。
二、地下水资源动态监测的方法和技术为了实现地下水资源的有效动态监测，需要采用一系列的方法和技术。
目前，常用的监测方法主要包括水位监测、水量监测和水质监测。
水位监测是地下水资源动态监测的基础。
常用的水位监测仪器有水位计、自动水位记录仪等。
这些仪器可以实时记录地下水水位的变化情况，并将数据传输到监测中心进行分析处理。
水量监测主要通过抽水试验、泉水流量观测等方法来实现。
抽水试验是在特定的地点进行抽水，通过测量抽水量和水位下降情况，计算地下水的渗透系数和储存量。
如何进行精确的地下水位测量和分析
如何进行精确的地下水位测量和分析地下水是地球上最重要的淡水资源之一，不仅被广泛用于供水和灌溉，而且对生态系统的稳定和可持续发展也具有重要影响。
为了有效管理和保护地下水资源，精确的地下水位测量和分析变得至关重要。
本文将介绍几种常见的地下水位测量方法和分析工具，旨在帮助读者更好地理解和应用这些技术。
地下水位测量是了解地下水动态变化和水文过程的重要手段之一。
传统的地下水位测量方法包括井位法、钻孔法和物理测深仪法。
井位法是通过在水井或观测井中安装水位计获取地下水位数据，常用的水位计有浮子式水位计和压阻式水位计。
钻孔法是通过钻取地下观测井，然后在钻孔中安装水位计，最后通过测量水位仪表获取地下水位数据。
物理测深仪法是通过测量绳子的下降距离来间接推算地下水位。
除传统方法外，现代技术也提供了许多创新的地下水位测量工具。
例如，无线传感网络技术可以通过在不同位置安装无线传感器节点来实时监测地下水位，并将数据传输到中央数据收集系统。
这种技术具有灵活性高、实时性强、数据准确性高等优点，适用于大范围的地下水位监测。
此外，全球定位系统（GPS）和遥感技术也被广泛应用于地下水位监测中，通过卫星定位和遥感图像分析来获取准确的地下水位数据。
地下水位测量只是了解地下水状态的第一步，针对测量数据的分析和处理同样重要。
地下水位数据的分析需要基于地下水动力学原理和水文学方法。
首先，我们可以通过统计学方法来分析地下水位的变化趋势和变异性，比如平均值、方差和相关系数等。
同时，时间序列分析方法也可以用于揭示地下水位的周期性和季节性变化。
此外，地统计学方法和地理信息系统（GIS）技术也可以应用于地下水位数据的空间分析和插值。
除了测量和分析，地下水位数据的模拟和预测也是非常重要的。
基于地下水位数据的模拟和预测可以帮助我们更好地理解地下水系统的水文过程和动力学行为，从而制定合理的水资源管理和保护策略。
常用的地下水位模拟和预测方法包括统计模型、物理模型和数值模型。
基于地下水位动态监测系统的研究与应用
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目 录
• 引言 • 地下水位动态监测系统概述 • 地下水位动态监测系统的关键技术 • 地下水位动态监测系统的设计与实现 • 地下水位动态监测系统的实验与验证 • 地下水位动态监测系统的应用案例 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
地下水位动态监测在水利、环境、地质等领域的重要性日益凸显，对于防治地质灾害、保护生态环境、保障水资源可持续利 用具有重要意义。
通过研究地下水动力学、水文地质学和环境工程学等多学 科理论，为地下水位动态监测系统的应用提供了坚实的理 论基础。
02 03
开发了高效稳定的监测系统
通过研究地下水位动态监测的关键技术，优化了系统设计 和配置，提高了系统的稳定性和可靠性，并降低了监测成 本。
实现了实时监测和数据共享
通过将监测数据与地理信息系统（GIS）结合，实现了地 下水位的实时监测和空间分布展示，为水资源管理和环境 保护提供了有力的数据支持。
水位、水温、土壤湿度等 参数。
在地质灾害易发区选择若 干个有代表性的地点进行 监测点布设，监测点的布 设应考虑全面覆盖、突出 重点的原则。
采用无线传输方式，将监 测数据实时传输至数据中 心。
为地质灾害预警与防控提 供科学依据，提前采取应 对措施，减少灾害损失。
07
结论与展望
研究成果总结
01
完善了地下水位动态监测系统的理论基础
要点三
加强与其他领域的交 叉研究Байду номын сангаас
地下水位动态监测系统在水利、环境 、地质等领域具有广泛的应用前景， 可以加强与其他领域的交叉研究，将 相关理论和技术应用到地下水位动态 监测中，进一步拓展其应用领域和范 围。
地下水动态监测、地下水动态监测系统
定期检测地下水水质，评估地下水污染状况及变化趋势。
详细描述
通过采集地下水样本，利用化学分析、光谱分析等手段，对地下水中的溶解氧、 浊度、总硬度、氨氮等指标进行检测，评估地下水的水质状况及变化趋势，为 地下水资源的保护和治理提供依据。
地下水流速与流向监测
总结词
测定地下水流速与流向，了解地下水流动规律。
数据分析应采用统计学、水文学等相关学科的方法和技术，对地下水动态 变化进行深入分析。
数据处理与分析技术应具备可视化功能，能够将处理后的数据以图表、报 表等形式呈现，便于理解和应用。
04
地下水动态监测系统的 应用与案例分析
城市地下水动态监测
城市地下水动态监测是保障城市供水 安全的重要手段，通过对地下水位、 水质等指标的实时监测，及时发现和 解决地下水污染、过度开采等问题。
工业区地下水动态监测
工业区地下水动态监测是保障工业生产安全的重要手段，通过对地下水位、水质等指标的实时监测， 预防和解决地下水污染、地面沉降等问题。
案例分析：上海市某工业区通过建立地下水动态监测系统，及时发现和处理了工业废水渗漏问题，避 免了地下水资源的进一步污染。
地下水污染治理中的地下水动态监测
重要性
地下水动态监测对于了解地下水资源 的状况、评估其质量和数量、预测其 未来变化趋势以及制定合理的管理措 施等方面都具有重要意义。
地下水动态监测的目的与任务
目的
地下水动态监测的主要目的是了解和掌握地下水的动态变化情况，为地下水资源的管理和保护提供科学依据。
任务
地下水动态监测的任务包括长期、连续地观测和记录地下水的各项指标，分析其变化规律和影响因素，评估其质 量和数量，预测其未来变化趋势等。
数据共享与智能化管理
地下水资源的动态监测与管理技术研究与探讨
地下水资源的动态监测与管理技术研究与探讨一、引言水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
在地球上的水资源中，地下水占据了重要的一部分。
然而，随着人口增长、经济发展以及不合理的开发利用，地下水资源面临着诸多挑战，如水位下降、水质恶化等。
为了实现地下水资源的可持续利用，对其进行动态监测与管理显得尤为重要。
二、地下水资源的重要性地下水作为水资源的重要组成部分，具有诸多优点。
首先，它在时间和空间上分布相对均匀，能够为干旱地区和枯水季节提供稳定的水源。
其次，地下水水质通常较好，经过地层的过滤和净化，往往含有较少的杂质和污染物。
此外，地下水还在维持生态平衡、保障农业灌溉、支撑工业生产等方面发挥着不可替代的作用。
三、地下水资源动态监测技术（一）水位监测水位监测是地下水资源动态监测的基础。
常用的水位监测方法包括人工观测井、自动水位记录仪等。
人工观测井需要定期派人前往测量水位，虽然操作较为简单，但费时费力且数据采集频率较低。
自动水位记录仪则可以实现实时、连续监测，并将数据自动传输至数据中心，大大提高了监测效率和数据的准确性。
（二）水质监测水质监测对于了解地下水的质量状况至关重要。
常见的水质监测指标包括酸碱度、硬度、溶解性固体、重金属含量、有机物含量等。
监测方法主要有实验室分析和现场快速检测。
实验室分析能够提供准确、详细的水质数据，但需要采集水样并运输至实验室，过程较为繁琐。
现场快速检测则可以在监测现场迅速得出初步结果，为及时采取措施提供依据。
（三）流量监测流量监测有助于掌握地下水的补给和排泄情况。
常用的流量监测方法包括堰槽法、流速仪法等。
堰槽法通过测量水在特定堰槽中的液位高度来计算流量，适用于较小的流量监测。
流速仪法则直接测量水流的速度，并结合过水断面面积计算流量，适用于较大流量的监测。
（四）同位素监测同位素监测是一种先进的地下水资源监测技术。
通过分析地下水中同位素的组成和分布，可以了解地下水的来源、年龄、循环过程等信息，为地下水资源的评价和管理提供有力支持。
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地下水位动态监测与分析系统
1、概述
地下水资源较地表水资源复杂,因此地下水本身质和量的变化以及引起地下水变化的环境条件和地下水的运移规律不能直接观察,同时,地下水的污染以及地下水超采引起的地面沉降是缓变型的,一旦积累到一定程度,就成为不可逆的破坏。
因此准确开发保护地下水就必须依靠长期的地下水监测,及时掌握动态变化情况。
2、系统解决方案
2.1系统概述
该系统依托中国移动公司GPRS网络,工作人员可以在监测中心远程查看地下水的水位数据。
监测中心的监测管理软件能够实现数据的远程采集、远程监测,监测的所有数据进入数据库,可以生成各种报表和曲线。
2.2系统组成
地下水位动态监测系统由四部分组成:监测中心、通信网络、水位监测终端、水位计。
2.3系统拓扑图
2.4监测中心
2.4.1中心软件系统概述
该软件是地下水监测系统专用软件,采用B/S结构,由系统管理员负责管理,领导者或其它工作人员经授权后可在自己的计算机上通过局域网访问服务器,可进行权利范围内的操作。
如果需要,该软件可以在INTERNET公网上发布,被授权者在任何地方的计算机上都可以通过INTERNET公网访问和操作该系统。
该软件采用模块化结构,主要包括两大模块:一个是人机界面、另一个是通讯前置机。
每个模块又由若干小模块组成。
通讯前置机软件主要负责监控中心与现场设备的通信,它具有强大的兼容性,可支持任何厂家生产的GPRS、CDMA、MODEM、RS485等通信产品,支持多种通信方式共存一个系统。
人机界面包括基础数据管理、远程操作、人工录入、数据查询、数据报表、数据分析、地图管理等多项内容,可根据不同客户的不同需求设计组合成个性化的监控与管理系统软件。
2.4.2监测中心配置
硬件:
中心具备宽带网络(类型:光纤、网线、ADSL等,并绑定固定IP。
一台专用计算机,放在机房,作为固定IP服务器,将服务器操作系统、数据库软件和系统监测软件安装在该台计算机上,用于存贮数据,需保证其24小时在线。
软件:
操作系统软件:推荐Windows 2003 Server with sp2
数据库软件:推荐Microsoft SQL Server 2000 SP4,作为系统后台数据库的软件平台。
地下水监测系统软件:完成远程数据的接收、显示、存储和统计分析等功能。
2.4.3、地下水监测管理系统软件功能介绍
◆软件主界面
开机界面显示地图,地图上每个地下水监测点的位置以圆点显示,红色代表故障,绿色代表正常,鼠标放置圆点位置时,显示该测点的水位数据。
◆基础数据
基础信息为用户填写的监测点的信息,包括城市信息,区县信息,单位信息和每一个监测点的信息,可在测点信息里面上传图像,作为对该监测点周围环境的备份。
◆远程监控
点击“远程操作”按钮,可进入到监测点的详细界面查看该测点的详细数据。
◆数据报表
用户可以根据实际情况生成日报表、月报表、年报表以及任意时间段的水位曲线。
2.5通讯网络
中国移动的GPRS网络信号覆盖范围广、数据传输速率高、通信质量可靠、误码率低、运行稳定、数据传输实时性、安全性和可靠性高、安装调试简单方便,按信息流量计费,用户使用成本比较低。
本系统通信网络采用中国移动公司GPRS网络和Internet公网。
要求监控中心具备宽带(类型:光纤、网线、ADSL等,并具有一个Internet网络上的固定IP。
监测点测控终端内部配置GPRS无线数据传输模块,模块内安装一张开通GPRS 功能的SIM卡。
测控终端通过其内部的GPRS无线数据传输模块与监控中心服务器组成一个通信网络,实现系统的远程数据传输。
网络运行费用:
监测中心:需支付宽带使用费用,具体费用标准请在当地相关部门咨询。
监测点现场:每个监测点的SIM卡的通讯费用(数据通信费,以河北为例,具体收费标准请咨询当地移动公司。
子站:5元/月(30M
子站每月总通信费:5*现场监测点数量
2.6现场监测点水位监测终端
根据地下水监测现场环境多样的特点,水位监测终端设计了三种供电方式,分别为:市电供电(现场有AC220V电源、太阳能供电和锂电池组供电。
其中市电供电和太阳能供电
方式能够满足数据上报比较频繁的要求,数据上报要求不频繁时可使用锂电池组供电方式。
2.6.1锂电池组供电方案
适用于没有站房的监测井,内置1组锂电池组作为工作电源,特别适合于没有外部电源供电的现场环境,微功耗设计,锂电池组可以正常工作2-5年。
※注:电池有效寿命为5年,实际使用寿命大于1万次无线通讯。
主机监测终端（电池供电）备注主要配置：微功耗测控终端锂电池组（4 节 3.6V 锂电池）选择条件工作方式及特点现场手机信号必须好（中国移动），可将设备安装到监测井里面 1）微功耗设计，采用定时采集、定时上报工作模式，
可以将多次采集到的数据一次上报。
举例：1 小时采集一次，1 天上报 1 次，即：1 小时采集 1 次数据并存储在设备历史记录区，24 小时一次性上报 24 条数据记录。
2）自动与时间服务器进行时间同步，保证了与监测中心服务器时间的一致性。
3）自动检测历史记录上报是否成功，保证历史记录不会丢失。
4）支持 1 万次无线数据传输。
施工部分直接安装，外露线缆做好隐线工作。
2.6.2 太阳能电源供电方案使用太阳能供电适用于有站房的监测井，太阳能电源分为三部分，太阳能电池板、太阳能充电控制器、铅酸蓄电池。
根据现场用电设备（包含微功耗测控终端与现场采集设备）的功率来选择光电池板的大小与蓄电池的容量。
下面为计算方法。
太阳能板配制计算方法：电池板配置功率（W）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×1.2(安全系数÷[5 小时(每天有效工作时间 ×0.6(充电效率] 蓄电池配置计算方法: 蓄电池配置容量（Ah）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×阴雨天(天数÷[设备供电电压(V ×0.6(供电效率] 当蓄电池电量消耗时，可通过太阳能电池补充电量，达到绿色环保，能量循环使用的效果。
电话（免长途费）：400-611-8633
主机监测终端（太阳能供电）备注主要配置： 1）微功耗测控终端 2）
24AH 蓄电池一块（容量根据实际情况选择） 3）20W 太阳能电池板一个，充电器一个（容量根据实际情况选择） 4）防护箱选择条件现场手机信号必须好（中国移动），安装场所最好在室内，保证设备的安全，或者在安全的场所里架一个杆子，将无线通讯部分挂在上面。
工作方式及特点 1）微功耗设计。
2））支持监测数据的定时上报和即时上报。
施工部分安装方式 1：在站房里安装监测终端，太阳能板安装在房顶上。
安装方式 2：树立杆子，将监测终端和太阳能板挂在上面。
注：外露线缆做好隐线工作。
2.6.3 市电供电方案现场具备市电供电条件时，可选用市电供电方式，配合开关电源转成 DC12V 给设备供电，客户提供市电接线端口即可。
电话（免长途费）：400-611-8633
主机监测终端（市电供电）备注主要配置：微功耗测控终端开关电源隔离变压器空气开关等附件选择条件现场手机信号必须好（中国移动），安装场所最好在室内，保证设备的安全，或者在安全的场所里架一个杆子，将监测终端挂在
上面。
工作方式及特点 1）微功耗设计。
2）支持监测数据的定时上报和即时上报。
施工部分安装方式 1：在站房里安装监测终端。
安装方式 2：树立杆子，将监测终端挂在上面。
注：外露线缆做好隐线工作。
2.7 水位计水位计用于测量水井水位的高度，将测量的数据通过信号线传送给水位监测终端。
水位压力传感器中内置扩散硅敏感元件，利用压力电阻效应，将承受的液压转换成电信号，再由电压电流转换器，把电信号变换成 4-20mA 或 0-5V 标准远传信号。
计算公式：
P=PI+Q*H 其中 P:被测液体压力；PI:大气压力；H:液体深度；Q:被测液体比重由于大气压随地理位置高度的不同而变化，为了消除大气压变化引起的测量误差，传感器采用导气电缆，将大气压 PI 导入敏感元件另一侧，导气电缆的导气孔于大气连通。
从而使计算公式变为： P=Q*H。
这样就消除了大气压力变化引起的测量误差，测量精度可达 0.5%。
电话（免长途费）：400-611-8633
对于波动较大的水池的液位测量，可以根据具体情况采用防波管、固定支架等手段固定变送器，见下图所示。
电话（免长途费）：400-611-8633。