3S 技术在地下水管理中的应用探讨

3S技术 在地下水管理中的应用探讨孙建荣南京西奥仪表测控有限公司

3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 我国地下水开发利用现状地下水开发利用中存在的问题传统地下水管理中遇到的困难 3S技术在地下水采集计量方面的应用基于3s技术的地下水计量采集控制系统

一、我国地下水开发利用现状

我国地下水开发利用现状 　　　随着社会经济的快速发展和地下水开发技术的不断提高，我国地下水开发正在向“深”、“广”发展，开采层不断加深，开采范围不断扩大。全国660个城市中，开采地下水的城市400多个；地下水有效灌溉面积7.48亿亩，占全国耕地总面积的40%；过去东南沿海从不开采地下水的地区，现在大量开采地下水；华北平原、长江三角洲等地区，因浅层地下水污染，地下水开采大量转向深层地下水。

我国地下水开发利用现状

我国地下水开发利用现状 　　我国南方地表水较多、地下水也多，北方地表水少、地下水也少，南、北方水资源分配差别很大，但地下水超采现象十分普遍。根据对我国181座大中城市统计，采用地下水供水的城市有60多个，采用地下水与地表水联合供水的城市有40多个。据统计，现在我国城市和工业地下水的使用量已超过150亿m3/a,约占全国地下水年开采总量的20%以上。地下水开采总量超过1000亿m3,约占全国用水量的15%、20%。由于我国地下水开采地点集中，用水量增长速度过快，工业布局、农业种植结构不够合理，部分河道污染严重，地下水开发利用产生了一系列的严重问题。

二、地下水开发利用中存在的问题

地下水开发利用中存在的问题 　　　我国目前存在着十分严峻的地下水问题,突出表现在:地下水资源战略储备不足；地下水污染趋势严重,许多城市由于地下水污染而面临水质型缺水；一些地区由于无规则和无节制地开采等行为, 已经产生诸如地面沉降、塌陷、地下水污染等一系列生态环境问题。

地下水开发利用中存在的问题 　　　我国地下水资源开采在过去很长时间内都没有得到有效控制，在地表水源日趋匮乏的形势下，地下水的开采量越来越大，导致地下水供需失衡，局部超采、开采不均匀较为普遍。尤其是北方平原大部分地区地下水长期处于超采或严重超采状态，已造成地下水位大幅度下降，引起了地面沉降，局部地下水，地下水位下降形成漏斗，并导致一些地区出现大量机井报废以及取水深度加大而增加投入等负面效应。

三、传统地下水管理中 遇到的困难

传统地下水管理中遇到的困难 　　　从总体上看，我国地下水资源管理仍然较为薄弱，目前我国传统地下水管理中仍然存在一些困难，如装一台普通水表加数据传输、无序开采、不能按指标开采而是按需要开采，从而造成取水困难、地下水开采不均匀等。　　　随着科学技术的飞速发展，地下水资源管理新技术与新方法不断涌现，从而对地下水资源管理提出了新的要求。新时期地下水资源管理，需要应用计算机技术通信技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统等新技术与方法，从而实现地下水管理领域的技术性突破。运用这些新技术，建立地下水采集计量控制系统, 是合理开发和利用保护地下水资源的重要保障。

四、3S技术在地下水采集计量方面的应用

4.1GIS技术在地下水领域的应用 　　　地理信息系统（Geograhic Information Systerm，简称GIS），是20世纪80年代迅速发展起来的一门集地理学、几何学、计算机科学及各类应用对象为一体的对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示，为决策服务而建立的计算机系统。

4.1GIS技术在地下水领域的应用 从20世纪80年代以来,一些发达国家开始把GIS技术引入地下水研究领域。GIS技术的引入,不仅提高了地下水管理与研究领域的工作效率,而且使其研究成果更加准确化、科学化。进入21世纪以来,随着GIS技术的发展,其在地下水研究模型建立、地下水水质评价和地下水资源管理等方面的运用也逐步进入实际操作阶段。在很多情况下, GIS已成为地下水系统分析的必备工具。

4.1GIS技术在地下水领域的应用 GIS软件在地下水管理中的应用主要体现在：建立相应的数据库系统对水文地质资料、地下水开采井分布、地下水动态资料等数据进行规范化、标准化、系统化管理；对有关资料进行快速、高效地可视化查询；同时建立地下水管理空间辅助决策支持系统，将应用模型与GIS集成，预测地下水动态的发展趋势，为地下水管理提供科学依据。

4.1GIS技术在地下水领域的应用 GIS技术应用到地下水管理与研究领域中,不仅大幅度提高了地下水管理与研究工作的质量和效率,还可利用GIS的强大功能来获取更广泛、准确的空间参数,展示地下水渗流场的时空变化过程。地下水模拟的结果亦可在GIS中存储、处理,以便产生更高层次的管理决策支持信息,深刻地影响和改变当前的地下水管理与研究工作。主要体现在以下三方面:首先,增强了空间区域的综合能力。GIS已成为体现地下水资源区域性、空间性与动态性特点的技术保证之一;其次,强化了动态分析功能。GIS已具备了分析地下水系统演变过程和描述其未来变化趋势的能力;再次,提高了可视化技术在水文地质领域中的地位和作用。

4.2 Rs技术在地下水领域的应用 遥感在地下水领域的应用,根据遥感应用可以分为 (1)数据源,通过遥感解译获得地下水的有用信息 (2)地下水专题制图 (3)地下水建模 (4)雷达测距 (5)遥感探测地下水分布 (6)水文地质分析及过程动态监测按地下水领域可以分为 (1)遥感找水 (2)水质评价 (3)地下水资源探测与评价 (4)地下水水位与水量预测等

4.2 Rs技术在地下水领域的应用 　　　遥感技术作为宏观、综合、动态、快速监测和评价自然资源的有效手段,在快速、大面积监测地下水资源中发挥着重要作用,为地下水的采集计量提供了新的探测手段。它可利用遥感数据提供的地表冰雪、径流和变化信息,估算地下水补给量和勘探区域地下水资源存储量,确定其空间分布范围,评价地下水水质,对地下水动态变化进行监测与预测。遥感与GIS技术作为现代地理信息技术的典型代表,其在地下水研究领域中的应用必将有效推动快速、高效、准确、实时的智能化地下水采集计量的实现。地下水遥感监测方法、模型研究的深入、定量遥感的发展、雷达技术的日益兴起又将提高地下水水质、水量、水位、水温等地下水监测指标的提取精度和时效,为地下水资源合理开发和利用提供科学的技术支撑。

4.2 Rs技术在地下水领域的应用 　　　在传统的地下水采集计量工作中,多以人工手段为主,这不仅费时费力,而且具有控制点少,地下水信息空间分布代表性差的特点,往往无法实现地下水的大面积动态监测和评价。遥感技术作为宏观、综合、动态、快速监测和评价地下水资源的有效手段,正好为该问题的解决提供了技术支撑。

4.3 GPS技术在地下水领域的应用 GPS全球定位系统是美国在20世纪70年代开始研制,具有在海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航和定位系统。

4.3 GPS技术在地下水领域的应用 其技术特点是:全球、全天候;功能多,精度高,连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息。实时定位速度快,可在1s内完成。抗干扰性能好,保密性强。操作简单,观测方便。使用GPS采集器测量经纬度、高程等既快速又准确,它采用差分定位,精度可达到厘米级和毫米级,提高测量的精度,因此通过GPS采集器实地测量,不仅对现有观测井位有了比较真实的客观记录,对以前的误差进行了修改,并能够真实地反映地下水动态变化情况所影响的区域。

4.3 GPS技术在地下水领域的应用 　　　以GIS为核心的3S(RS、GIS和GPS)技术的集成,构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学的决策咨询的强大技术体系。三种技术的结合根据实际需要而定,其中GIS起着关键性的作用，已经成为一种处理空间数据和地下水领域决策制定的有效工具。遥感数据是提供陆地和水信息的主要来源之一，作为宏观、综合、动态、实时监测和评价自然资源的有效手段，三者相结合必将为地下水监测步入现代化、信息化作业提供技术支持，方便获取快速、准确的定位信息,实现数据库的快速更新,并在分析决策模型支持下,快速完成多维、多元复合分析。

五、基于3s技术的地下水计量 采集控制系统

基于3S技术的地下水计量采集控制系统

基于3S技术的地下水计量采集控制系统 　　　地下水计量控制系统是专为水工业设计，满足城市地下水管理需求的专业计量控制系统，系统可以确保准确的水费计算，可长期可靠连续工作。地下水计量控制系统采用特殊设计的传感器及智能化的系统，应用嵌入式超微功耗处理器进行全数字信号处理，具有工作稳定、测量精度高、抗干扰能力强等特点，实现自动流量测量，现场瞬时流量，累计总量显示，自诊断故障报警，GSM数据无线远传等功能，用户通过强大的GSM/GPRS远程管理软件系统可实现流量数据的无线远传、存储等功能。

基于3S技术的地下水计量采集控制系统 为适应市场需求，南京西奥在结合国内外流量仪表先进技术的基础上，和高校进行产学研合作，联合开发出国内首套具有完整自主知识产权的地下水采集计量控制系统。系统具有多项国家专利，技术达到国际先进水平。系统实时监视用户地下水使用情况，可以实现用水定额管理及先付费后用水功能，系统支持在线充值，当用户超限用水或欠费时，系统通过声、光、电、手机短信等多种手段提醒用户充值，直至自动关闭水泵及阀门。

5.1 系统的优点 1、提供地下水数据采集、监视控制及计量计费完美组合的一体化解决方案，国内首创 2、地下水使用信息及时采集，费用实时扣除，位于控制中心即可全面掌握信息 3、智能分析地下水使用情况，能够及时判断盗水现象并实时报警，采用智能多指标流量计，计量精确； 4、系统可靠性高，具有完善的自我保护功能，内置备用电源，计费与管理不受自然断电与人为断电的影响，配备机箱加密锁、监控摄像头等安保措施，系统安全可靠；

5.1 系统的优点 5、支持多种计费方式，可实现金额与配额综合管理、支持各种充值平台。 6、基于无线GPRS技术进行远程通讯，数据传递及时准确； 7、配备UPS系统，在外部电源断开时能够支持下位机超过12小时的工作时间；配备黑匣子，无论系统是否工作，保证数据不会丢失，数据可永久性保存；系统遭到人为破坏或仪表故障时，有相应的应急措施（关闭流量计或者根据备用计量值继续辅助计费） 8、具备在线检测及智能分析功能，自动分析数据可靠性，自动判断异常情况以及是否盗水，自动对异常情况及盗水进行处理，技术领先；配备功能强大、界面丰富的管理软件，可根据用户需要实现自动报表管理等功能，并可打印各种自动生成的图表；使用界面友好。

5.2 系统的功能 1、地理搜寻

5.2 系统的功能 　　　地下水自动监测管理系统是以地下水流量数据为基础，以高速安全可靠的通信和计算机网络为手段、以GIS技术为核心，充分利用数字化、网络化、智能化和可视化等高新技术，将地理信息、监测信息和预警信息综合运用到地下水的采集管理，建立了地下水监控电子地图，直观地实现地下水使用监视、流量控制及费用管理等功能，为实现地下水资源科学管理、可持续利用、经济与环境协调发展提供有力的保障。

5.2 系统的功能 2、查询统计

5.2 系统的功能 　　　查询某个用户一段时间内地下水流量的历史数据，查询充值、计费信息，查询通讯状况等信息。查询起止时间可以自由设定。对不同企业（用户）使用水量进行（年、月、日）统计和汇总，支持历史曲线查询，支持报表、曲线的在线打印。

5.2 系统的功能 3、计费管理

5.2 系统的功能 　　　支持地下水预付费，先付费后用水；支持地下水配额管理，控制地下水用水总额；支持地下水计费及配额综合管理。充值方式灵活，可以通过网上银行等方式在线充值，充值信息实时更新。

5.2 系统的功能 4 、安防报警

5.2 系统的功能 　　　系统提供完善的安防措施。仪表柜配备3G手机密码锁，非正常开启时会触发系统警报，同时密码锁支持远程授权，保证维护时系统可以正常工作；系统配备摄像头负责安防监控，留下图像证据防止非正常损坏及非授权维护；系统配备黑匣子保证数据安全，无论系统是否有电或者是否工作，黑匣子数据均可以永久保存；发生异常时系统会通过声、光、电、短信等多种手段在上、下位机同时发出报警，以便企业进行维护管理。

5.2 系统的功能 5、智能防盗

5.2 系统的功能 　　　　根据用户地下水实时数据及历史信息智能判断系统状态，系统发生异常时能够及时发出警报及报警，最大限度防止盗水；在系统遭遇人为破坏或其它突发事件时，可以根据辅助信息智能分析地下水用量，进行辅助计费并为盗水处理提供依据。可以从控制中心发送命令实时测量用户状态，如流量、水泵功率等；可以远程控制阀门开度与水泵电源。

5.2 系统的功能 6、实时数据

5.2 系统的功能 　　每5分钟更新一次数据，可以实时监控每只表的具体情况，显示监测点名称，所属单位、瞬时流量，压力，累积流量，剩余余额，配额余量，GPRS模块通讯状态、采集数据时间等信息。

结论　　　为了合理地开发利用地下水资源，必须对地下水利用进行有效的管理。以人工为主的采集计量方式, 常常导致测量数据不精确、不及时, 无法达到管理的自动化和数据的实时性要求，基于3S技术的地下水采集计量控制系统实现了对地下水的实时在线监测和数据自动处理,实现了实时自动监测, 确保了管理者能够及时准确地获取地下水信息，数据传输实时、准确, 节约了大量人力、物力和财力，为管理者的决策提供了科学依据。

欢迎各位专家领导赴我公司考察指导，谢谢。 南京市栖霞区尧化街道甘家边东108号5幢4层 025-85665588

3S 技术 在地下水管理中的应用探讨