地下水动态监测技术的现状和发展分析

田洁

[摘要]本文通过对智能传感技术的简介以及国内外地下水监测技术的现状与发展的分析，就智能网络传感技术及其在地下水动态监测系统中的实现作进行分析和探讨。

[关键词]智能传感技术 地下水监测技术 监测系统

[中图分类号] P315.72+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-155-2

1概述

在现代信息的三大基础模块中，传感器技术的主要任务是提取被测量信息，通信技术的主要任务是将所提取的信息进行传输，计算机技术的主要任务则是处理被测量的信息，这标志着现代科学技术的巨大跨越。在科学技术飞速发展的时代背景之下，时代发展逐渐趋向于数字化、智能化和网络化，目前，计算机技术结合通信技术，從而产生了计算机网络技术；计算机技术结合传感器技术，就产生了智能传感器技术，将此三者进行结合，于是就出现了智能网络传感技术。根据国家相关标准，地下水的动态监测可以根据局监测变量进行区分，主要可分为对地下水位、地下水温度及地下水水质三个方面的观测。由于具有采集速度快、自动化程度高等优点，智能网络传感器在数据采集方面具有明显优势，不仅能进行自检，还能够完成自动数据处理任务，显著提升监测系统的可靠性的同时，也提升了其响应速度[1]。以下主要就智能网络传感技术及其在地下水动态监测系统中的实现作进行分析。

2智能网络传感技术简介

在科学技术飞速发展的时代背景之下，智能传感器应运而生，由于其较强的感知能力、计算能力以及通信能力，智能传感器逐渐被人所熟知和应用，此类智能传感器构成的传感器网络也逐渐成为社会关注的焦点。此类传感器网络是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术四者的结合体，在彼此的相互协作之下，可以有效进行实时监测、对网络分布区域内的细节信息进行收集，通过手机和处理这些信息，并传送到需求用户，可以使人们随时随地获取大量具有可靠性的具体化信息。通信技术、计算机技术以及传感器技术的发展逐渐稳定了智能网络传感技术的研究基础。作为独立计算机网络，智能传感网络的基本组成单位是节点，节点集成传感器、微处理器、网络接口和电源，从而传感器具有自检、自校/网络通信等功能，进而出现了信息采集、处理年及传输协调的新型智能传感器[2]。相比传统类型的传感器，智能网络传感的特点如下：

（1）智能传感功能。由于引入了嵌人式技术、集成电路技术和微控制器等技术，传感器结合了硬件和软件，不仅传感器的功耗降低、体积缩小、抗干扰性能加强，而且传感器多了两项新功能，即为自识别自校正功能，此外，还可以通过软件技术达到传感器的非线性补偿效果。

（2）网络通信功能。此项功能对系统的扩充和维护十分有利，这是因为应用网络接口技术使得传感器接人工业控制、环境监测等网络更加方便。智能网络传感器的核心为嵌入式微处理器，是对传感单元、信号处理单元/网络接口单元以及电源部分的集成。

3地下水动态监测技术的现状与发展

欧洲的地下水水量监测源远流长，地下水监测网最早建成是在1845年，大多数欧洲国家地下水监测开始于20世纪70年代。一般情况下，地下水质监测网根据家国需要和水文地质条件决定，除德国外的欧洲国家的监测网，其范围是面向全国的，各国监测目的具有较大变化，监测变量主要包括描述性参数、主要离子、重金属、农药和氯化溶剂五种，每一个国家均具有水质监测取样点的数量、站点高度、记录时间、地质条件等有关的详细资料。

3.1国外研究

美国首次设置地下水数据的贮存与检索系统是在从20世纪50年代，到了70年代，美国对地下水质观测网进行优化设计，直至80年代，美国成立了官方的地下水质监测网设计工作委员会，围绕研究地下水质监测网设计的科技成果进行开展，不仅要对具有前景的观测网设计方法进行评价，而且要对地下水位观测网的优化设计进行研究，现阶段，数据库中的全国大部分井泉的长期观测数据已经十分丰富了[3]。

早在70年代初期，日本久已经开展了河流、湖泊等地表水的自动在线监测，不仅如此，日本等发达国家还对城市和企业的污水处理厂排水进行了自动在线监测，主要采用两种方法，一是在线监测，二是间歇式在线监测。测定项目有水温、电导率、氰化物等。到了70年代末期，由于地表水富营养化的日趋严重，执法逐渐严格化，加之总量控制制度的逐步加强，自动在线监测项目又增加了Hg、T-N和T-P等项，可以通过远程传输系统来传输监测数据，可传至各级环保行政主管部门以及环境监测执法部门。

3.2国内研究

近年来，我国的污水处理力度逐渐加大，地表水环境质量得到一定的改善，我国政府十分重视地下水监测。我国最早的地下水监测研究开始于五十年代中后期，当时就已经形成了以国家级地下水监测网为龙头的监测网，该监测网的主体为省、地级监测网，随着第一手监测资料的大量累积，地下水资源评价及开发利用逐渐发展起来，为水资源可持续利用奠定了夯实的基础。直至2001年末，全国建立的地下水环境监测点超过20738个，监测主要围绕地下水的水位、水温、水质展开，采用人工监测为主要监测方式，主要是采用自动记录仪，由于自动记录仪可以进行数据的长期记录，但要求观测员定期获取数据，还要定期更换电池，没有达到实时监测的水平。现阶段，我国有1个中国地质环境监测院，31个省级地质环境监测总站，217个地市级监测分站，3000多人从事地下水监测工作。大多数的监测点主要采用人工测量方法，监测精度难以得到控制，且监测效率不高，监测数据还远远达不到科研和生产实际应用的相关要求。少数监测孔只能监测水位或水质单项，缺乏与地下水有关的生态环境问题和地质灾害的针对性的地下水监测[4]。

我国在某些常规水质检测仪器的生产研发方面具有一定的潜力，例如通用的实验室分析仪器，包括可见紫外分光度计、荧光光度计、原子吸收光度计等光学类仪器， PH计、电导仪、电位滴定仪等电化学类仪器，如离子色谱仪、高压液相色谱仪等色普类仪器，测汞仪、测油仪、COD测定仪、1'oC测定仪、溶氧测定仪等专用仪器。

通过地质环境的广大工作者的不懈努力，现阶段，我国的实际监测工作中，地质环境监测总站向国土资源部有关部门提交的《全国地下水情通报》、《地下水动态5年研究报告》等研究成果逐步得到实施，这些研究成果为我国环境保护领域带来长足发展，为了规范地质环境监测成果，全国地质环境监测总站陆续制定了《国家级地下水监测技术要求》等相关规程，这也是地质环境监测成果的重要前提，为其发展奠定了基础。

4结束语

地下水动态监测系统质量评价研究的关键性问题在于评价与设计井网密度、监测井位置及取样频率有关内容，对于点上基础数据质量也要引起重视，同时监测成果的开发利用也不可忽略，现阶段，关于井径与目的层结构相适应的研究还处于萌芽阶段，需要大力发展。以系统状态变量的空间相对连续性及渐变性为基础，传统的Kriging方法可对变量的空间统计结构进行刻画；以系统动态、开放性质为基础，采用动态Kriging方法是对地质统计学方法原理的完善。

参考文献

[1]史云，冯苍旭. 地下水动态监测技术现状与发展[A]. 中国水利技术信息中心.2010地下水资源配置与优化调度及污染防治技术专刊[C].中国水利技术信息中心：，2010：3.

[2]徐丽. 浅谈环境监测技术的现状和发展[J]. 环境科学导刊，2010，S1：115-118.

[3]杨旭，黄家柱，许建军，闾国年. 基于组件式GIS的地下水动态管理系统设计与开发[J]. 地理与地理信息科学，2004，01：47-50.

[4]符杰明. 浅谈环境监测技术的现状和发展[J]. 绿色科技，2013，09：180-181.