pda和3s技術(shù)支持下的地下水水質(zhì)調(diào)查評價(jià)研究

1、第3 0 卷第3 期 2 01 0 年6 月 水 文 J OURNALOFCHI N A HYDROL OGYV0 l _ 3 0No ． 3J u n ． ， 2 0 1 0P D A和 3 S技術(shù) 支持 下的地 下水水質(zhì)調(diào)查評價(jià)研 究 張 艷 ．徐 斌 ( 1 ． 長安 大 學(xué)地 球 科 學(xué)與 國土 資源 學(xué) 院 ，陜西 西安 7 1 0 0 5 4 ；2 ． 長安 大學(xué)環(huán) 境科 學(xué) 與工程 學(xué) 院 ，陜西 西安 7 1 0 0

2、 5 4 )摘 要 ： 地 下 水水 質(zhì) 調(diào) 查 是 研 究地 下 水 資 源狀 況 的基 本 工作 ， 是 地 下 水 水 質(zhì) 評 價(jià) 、 地 下 水 承 載 力研 究 、 地 下 水 污 染研 究等 工作 的 基 礎(chǔ) 性 工 作 。 運(yùn) 用 系統(tǒng) 工程 和 軟 件 工 程 ， 將 新 技 術(shù) P D A 和 3 S集 成 技 術(shù) 引 入 這 一 工作 領(lǐng) 域 ． 構(gòu) 建 了基 于 3 S的地 下 水 水 質(zhì) 調(diào) 查 評 價(jià)模 型 ，

3、 并 進(jìn) 行 了 系統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 和 系統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 。 并在 陜 西 省 涇 惠 渠 灌 區(qū) 地 下 水 水 質(zhì)調(diào) 查 與 評 價(jià) 工 作 中運(yùn) 用 ． 較 傳 統(tǒng) 方 法 工 作 量 小 ， 調(diào) 查 精 度 高 ， 評 價(jià) 結(jié) 果 可 靠 ， 數(shù) 據(jù) 管 理 可 持 續(xù) 性 強(qiáng) ， 提 高 了地 下 水 水質(zhì) 調(diào) 查與 質(zhì) 量 評 價(jià) 的 工 作 效 率 關(guān) 鍵 詞 ： 地 下水 ； 水 質(zhì)調(diào) 查 與評 價(jià) ； P DA； GI S ；

4、 涇惠 渠 灌 區(qū)中圖 分 類 號 ： P 3 4 2文獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 ： A文 章 編 號 ： 1 0 0 0 — 0 8 5 2 ( 2 0 1 0 ) 0 3 — 0 0 5 6 — 0 51 引言 地 下 水 是 水 資 源 的 一 個(gè) 重 要 組 成 部 分 ， 受 原 生 地 球 化 學(xué) 環(huán) 境 和 人 類 活 動(dòng) 的共 同影 響 ， 地 下 水 水 質(zhì) 表 現(xiàn) 出 區(qū) 域 分 布 和 演 化 的特 點(diǎn) 。特 別 是 隨 著

5、 人 類 活 動(dòng) 范 圍 和強(qiáng) 度 的 增 大 ， 在 大 規(guī) 模 開 發(fā) 利 用 地 下 水 資 源 的 同 時(shí) 使 地 下 水 受 到 不 同 程 度 的污 染 。 并 引 發(fā) 了一 系 列 不 良后 果 [ 1 1 。 為 了掌 握地 下 水 水 資 源 質(zhì) 量 狀 況 ， 我 們 開展 了水質(zhì)調(diào)查工作 。 地下水水質(zhì)調(diào)查工作為地下水水 資源評 價(jià)和水 資源保 護(hù)提供 了基 礎(chǔ)信息 。嵌入式 G I S和 P D A技術(shù) 的 發(fā)展

6、 ． 為水質(zhì)調(diào)查工作提供 了新的思路 和更 強(qiáng)的技術(shù)支持 。本 文就 P D M R S ／ G I S ／ G P S集 成 技 術(shù) 在 地 下 水 調(diào) 查 評 價(jià) 中 的應(yīng) 用 技 術(shù) 流程 和集 成 系統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 等 相 關(guān) 問 題 進(jìn) 行 研 究 。2P DR S ／ G I S ／ G P S 集成技術(shù)原理 P DC I S 爪 s ／ G P s集 成 技 術(shù) 是 遙 感 ( R e m o t eS e n s i n g

7、 ， R S ) 、 地 理信息 系統(tǒng) ( G e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m， G I S ) 、 全球 定位 系 統(tǒng) ( G l o b a lP o s i t i o n a lS y s t e m， G P S ) 和 掌 上 電 腦 ( P e r s o n a lD i g i t a lA s s i s t a n t ， P D A) 幾門學(xué)科在

8、平行 發(fā)展 的進(jìn)程 中， 逐漸綜合應(yīng)用的 技術(shù) 。G P s是 利 用人 造地 球 衛(wèi) 星進(jìn) 行 點(diǎn) 位 測 量 導(dǎo) 航 的 技術(shù) 。 R S是 指遠(yuǎn)距離不直接接觸物體而取得其信 息的現(xiàn)代化探測技術(shù)。 G I S是一種采集 、 存儲(chǔ) 、 管理 、 分析 、 顯示與應(yīng)用地理信息 的計(jì)算機(jī)系 統(tǒng) ． 是 分 析 和處 理海 量 地 理 數(shù) 據(jù) 的通 用 技 術(shù) 。嵌入式 G I S ( E m b e d d e dG I S )是集成 G

9、 I S功能的嵌入式系 統(tǒng)。P D A是集 中了計(jì)算 、 電話 、 傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功 能為一體 的 一 種嵌入式設(shè)備 ， 體 積小 、 重量輕 、 便于攜帶 、 功 能強(qiáng)大 。P D A具 有 良好 的 軟 硬件 可擴(kuò) 充 能 力 ， 還具 備 移 動(dòng) 性 ， 給 G I S實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 采 集與更新帶來極 大的方便 ，通過串 口線與 G P S連接 ， P D A不僅 能 存 儲(chǔ) G P S數(shù) 據(jù) ， 而 且 能 實(shí) 現(xiàn) 野 外

10、實(shí) 時(shí) 成 圖 ． 實(shí) 現(xiàn) 調(diào) 查 的 直 觀 性 和 便 攜 性 。3P D A I R S ／ G I S ／ G P S 集成技術(shù)在地下水水質(zhì)調(diào)查評價(jià) 中的主要技術(shù)流程 工作程序如下 ： 準(zhǔn)備工作( 收集研究區(qū) 自然地理 、 水文地質(zhì) 、地貌 等概況) —— 外業(yè)水樣 采集—— 內(nèi)業(yè)水 樣分析—— 分析地 下 水 水 化 學(xué) 成 分 的 區(qū) 域 分 布 變 化 特 征— — 水 質(zhì)評 價(jià)— — 提 出防 污 對策 。基 于 P D

11、 A和 G I S的水質(zhì) 調(diào)查評 價(jià)系 統(tǒng)可 高效實(shí) 現(xiàn)整 個(gè)程 序 的調(diào)查 與評價(jià) 工作 。其 核心 技術(shù)流 程設(shè)計(jì) 在下文 中詳 細(xì)闡述 。3 ． 1基 于 P D A和 嵌 入 式 G I S的 水質(zhì) 調(diào) 查 野 外 采 集 系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 野 外調(diào) 查和 采集 水樣 是水 質(zhì)評 價(jià) 的首要 條 件 和基 礎(chǔ) ．它 包括 空間位置的采集和屬性信息采集兩部分 。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程 中， 水樣采集人員在采樣點(diǎn)借助紙制地圖和羅盤定位

12、， 記錄采樣點(diǎn) 的經(jīng)緯度坐標(biāo)和其他相關(guān)的水位等數(shù)據(jù)信息 ，回到室內(nèi)將記錄的 信息錄入電腦 ， 結(jié)合其他信息進(jìn)行匯總。傳統(tǒng)方法定位精度不高 ，會(huì) 因?yàn)橹貜?fù)記錄耗費(fèi)大量時(shí)間．而且可能會(huì)因?yàn)槿藶樵蛟斐射?入錯(cuò)誤 ， 嚴(yán) 重 的甚 至需 要重 新 進(jìn)行 取 樣采 集 。 因此 ， 很有 必要 利用 先 進(jìn) 的信 息 采 集 手 段 和 工 具 作 為野 外 調(diào) 查 和 水 樣 采 集 的基 礎(chǔ) 支 持， 實(shí)現(xiàn)野外調(diào)查和水樣采集的數(shù)字化、 科學(xué)

13、化 、 規(guī)范化。水 質(zhì) 調(diào) 查 野 外 數(shù) 據(jù) 采 集 工作 包 括 兩 部 分 工 作 ， 一 是 資 料 的 準(zhǔn) 備 ， 在 地 下 水 水 質(zhì) 調(diào) 查 內(nèi)業(yè) 數(shù) 據(jù) 處 理 系 統(tǒng) 中 ， 利 用 調(diào) 查 區(qū) 遙 感影像 或 已有 大 比例 尺地形 圖制作符 合移動(dòng) G I S格式 的工作 底圖 ： 二是野外采 樣和調(diào)查工作 ， 利用 P D A上 集成的 G P S進(jìn)行 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 — 0 3 —1 9基金

14、項(xiàng) 目： 教育部 國家外專局“ 1 1 1 ” 項(xiàng) 目“ 干旱半干旱地區(qū)水文生態(tài)與水 安全學(xué)科創(chuàng)新引智基地” ( B 0 8 0 3 9 )作者簡介 ： 張艷 ( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 河北滄州人， 講師 ， 在讀博士 ， 主要從事 G I S 及水 資源管理方面 的科研與教學(xué)工作。5 8水 文 第 3 0 卷 地下水水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫 空間數(shù)據(jù) 庫 行 政 區(qū) 劃 圖 層 采 樣 點(diǎn) 分 布 圖

15、層 屬性數(shù)據(jù)庫 水質(zhì) 評 價(jià) 數(shù) 據(jù) 水 質(zhì) 采 樣 的 編 號 評 價(jià) 方 法 的 水 質(zhì) 評 價(jià) 結(jié) 果 地下 水 水 化學(xué) 數(shù) 據(jù) 總 硬 度 、 _ 口墨 值 宏 量 組 分 、 微 量 組 分 數(shù) 據(jù) 監(jiān) 測 井 的 基 本 信 息 水 質(zhì) 動(dòng) 態(tài) 數(shù) 據(jù) 常 規(guī) 監(jiān) 測 項(xiàng) 目信 息 重 金 屬 指 標(biāo) 監(jiān) 測 信 息

16、圖 3 地下水水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫羅輯結(jié)構(gòu)圖 F i g ． 3L o g i c a ls t r u c t u r eo fg r o u n d wa t e rq u a li t yi n f o r ma t i o nd a t a b a s e水資源保 護(hù)的基礎(chǔ)工作 ， 能為這些工作提供有力的支持與幫助。本 文 只 對 地下 水 環(huán) 境 質(zhì) 量 評 價(jià) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 介 紹 。地 下 水 質(zhì) 量 評 價(jià) 的方法 主要

17、包 括一般統(tǒng)計(jì) 評價(jià) 、綜合 指數(shù)法評 價(jià) 、 F值法評 價(jià) 、 模 糊 綜 合 評 判 法 、 層 次 分 析 法 評 價(jià) 及 灰 色關(guān) 聯(lián)法 評 價(jià) 等 。地 下水 質(zhì)量評價(jià) 系統(tǒng)將 G I S的多項(xiàng)組件和專業(yè)水質(zhì)評價(jià)模型進(jìn)行 耦合 ， 對地下水環(huán)境質(zhì)量 進(jìn)行評價(jià) 。首先 設(shè) 置評 價(jià) 的指 標(biāo)． 從 地下 水 水質(zhì) 信 息數(shù) 據(jù)庫 中提取 采 樣 點(diǎn) 的 分 析 數(shù) 據(jù) ， 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 選 用 合 適 的 水 質(zhì) 評

18、價(jià) 模 型 進(jìn) 行 評 價(jià) ， 評 價(jià) 結(jié) 果 生 成 匯 總 表 ， 錄 入 水 質(zhì) 信 息 數(shù) 據(jù) 庫 ，并 通過 一定 標(biāo) 識與 空 間數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行關(guān) 聯(lián) 。評 價(jià) 結(jié)果 以圖表 等 形 式 可 以 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 、 制 圖 、 報(bào) 表 打 印 和 數(shù) 據(jù) 導(dǎo) 出 。 系 統(tǒng) 流 程 見 圖 4。圖 4 系統(tǒng)流程圖 F i g ． 4S y s t e m F l o w c h a r t無 機(jī) 有 害 物 指

19、 標(biāo) 監(jiān) 測 信 息 污 染源 數(shù) 據(jù) 污 染 源 基 本 信 息 污 染 指 標(biāo) 監(jiān) 測 信 息 社會(huì)經(jīng) 數(shù)據(jù) 行 政 區(qū) 劃 、 人 口 數(shù) 據(jù) 工 農(nóng) 業(yè) 產(chǎn) 值 數(shù) 據(jù) 4 實(shí)例 4 ． 1 研 究 區(qū)概 況 涇惠渠灌 區(qū)位于陜 西省 關(guān)中平原 中部 ， 灌 區(qū)西 、 南 、 東分別 有 涇 河 、 渭 河 、 石 川 河 ， 北 接 渭 北 黃 土 臺 垣 ，

20、清 峪 河 呈 東 西 向 穿 越 灌 區(qū)北 部 。 灌 區(qū) 東西 長約 7 0 k m， 南 北 最 寬 2 0k m。 總 面積 約 為 l2 3 3k m 。灌 區(qū) 開 發(fā) 利 用地 下水 資源 至 今 已有 5 O多 年 的 歷 史 。 現(xiàn) 有 農(nóng) 用 機(jī) 井 l - 3 9萬 眼 ( 其 中配 套 機(jī) 井 1 ． 3 2萬 眼 ) ， 渠 井 雙 灌 面積 1 1 0萬畝 。1 9 9 7年實(shí)際供水量 2 ． 3 9 x 1

21、 0 S m 3 ， 提水能力 接近 3 x l 0 S m 3 。近年 ， 由于灌 區(qū) 內(nèi)工 農(nóng) 業(yè) 的發(fā) 展 及 農(nóng) 村 生 活廢 水 大 量 排 放 ， 加 之 污水治理設(shè)施建設(shè)滯后 ． 使淺層地下水遭 到不 同程度 的污染 。 特 別是長期過量開采地下水 ， 使地下水水位 下降 ． 改變了原來地下 水 流 場 水 流 方 向 ， 造 成 劣 質(zhì) 地 下 水 匯 流 區(qū) 內(nèi) 。4 ． 2 外 業(yè) 水樣 采集 本次研究外業(yè)采樣運(yùn)用了

22、外業(yè) 調(diào)查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為輔助 設(shè)備 ，直 接通 過掌 上電腦 自帶的 G P S定 位采樣 點(diǎn)的位置信息 ，并 標(biāo) 注 到 工作 底 圖 ． 一 些 相 關(guān) 井 位 屬 性 信 息 直 接 錄 入 基 于 P D A的地 下水水質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。 較以往傳統(tǒng)方法 比較 ，節(jié)省 了工作量 ， 提高了外業(yè)調(diào)查精度 。本 次研究所 涉及 的地下 水水樣取樣 時(shí)間是 2 0 o 7年 1 1 月，采樣地點(diǎn)位于 陜西省涇 惠渠 灌區(qū)，本

23、次 采樣 本著 有效 覆蓋的原 則選取了灌區(qū) 內(nèi)的 2 5個(gè)水井 。根據(jù)進(jìn)深 情況所取水樣均 為潛 水。對水樣 中“ 六大 離子” 。 以及一些 微量組分 的濃度進(jìn)行 了測 試。它們 的測試結(jié)果可 以反映出灌區(qū)內(nèi)不同區(qū)域 內(nèi)水化學(xué) 的特 征， 以及水質(zhì)污染程度， 是灌 區(qū)地下 水水化學(xué)成分 區(qū)域 變化特征 研究的基 本條件 。● ● ● ● ，上 地下水水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)分布 一● ● ● ●上 地 表水水系 分布圖層一●● ●上 水源地分布圖