地下水監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用策略探討

摘要：目前，地下水是我們生產(chǎn)生活的主要來源，為確保水質(zhì)始終保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，應(yīng)實(shí)時監(jiān)控水源，以地下水地理位置信息、地下水水位及水質(zhì)監(jiān)測為重點(diǎn)。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，可提高監(jiān)測的信息化水平，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度。對此，本研究作者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，以大數(shù)據(jù)、地下水監(jiān)測現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，提出大數(shù)據(jù)技術(shù)在地下水監(jiān)測中的運(yùn)用策略，僅供參考。

關(guān)鍵詞：地下水;大數(shù)據(jù);監(jiān)測

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.059

Discussion on the application of big data in groundwater monitoring

Zhao Yang

（Qiqihar Water Resources Center，Qiqihar Heilongjiang 161005，China）

Abstract： at present， groundwater is the main source of our production and life. In order to ensure that the water quality is always within the standard range， it is necessary to monitor the water source in real time， focusing on the geographical location information of groundwater， groundwater level and water quality monitoring. With the help of big data technology， the informatization level of monitoring can be improved and the accuracy of monitoring data can be improved. In this regard， the author of this study combined with many years of work experience， with big data， groundwater monitoring status as the breakthrough point， put forward the application strategy of big data technology in groundwater monitoring， for reference only.

Key words： groundwater; big data; monitoring

近年來網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展速度很快，數(shù)據(jù)信息日益增多，應(yīng)用大數(shù)據(jù)能夠讓數(shù)據(jù)信息得到高效采集與分類，在多種算法下預(yù)測信息發(fā)展趨勢。當(dāng)前人們生活用水來源以地下水為主，加大地下水水質(zhì)與水位監(jiān)測力度意義重大，與居民用水環(huán)境安全密切相關(guān)[1]。若是地下水水位沉降度過大，容易引起區(qū)域性塌方現(xiàn)象，而過于飽和則易出現(xiàn)沼澤性地質(zhì)，需要嚴(yán)格控制地下水水位。現(xiàn)在發(fā)揮傳感器技術(shù)的作用，能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)信息利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)歸類與分析，保證監(jiān)測更加精準(zhǔn)。

1 大數(shù)據(jù)概述

大數(shù)據(jù)，則是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫工具難以抓取、管理與處理的一個數(shù)據(jù)類別大、體量大的數(shù)據(jù)集[2]。首先，大數(shù)據(jù)是一個數(shù)據(jù)體量大，一個大型數(shù)據(jù)集，大約在10TB規(guī)模，然而在實(shí)際運(yùn)用中，大部分企業(yè)把各種數(shù)據(jù)集放起來，構(gòu)建PB級數(shù)據(jù)量;其次，數(shù)據(jù)類別大，數(shù)據(jù)來自各種數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)種類與格式越來越豐富，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)所限定的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)范疇，包含了半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。同時數(shù)據(jù)處理速度快，在龐大的數(shù)據(jù)量中，能夠?qū)崟r處理數(shù)據(jù)。最后，數(shù)據(jù)真實(shí)性高。隨著企業(yè)內(nèi)容、交易應(yīng)用數(shù)據(jù)及社交數(shù)據(jù)等一系列新數(shù)據(jù)源的出現(xiàn)，已經(jīng)徹底打破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源，企業(yè)越來越需要有效信息來保障其安全性、真實(shí)性。云計算是大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的主要方式。大數(shù)據(jù)處理流程主要是采集、導(dǎo)入/預(yù)處理、統(tǒng)計/分析、挖掘。

2 地下水監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度很快，水資源開發(fā)與利用程度逐步加大[3]。當(dāng)前我國大部分城市的供水水源以地下水為主，但是地下水無節(jié)制超采現(xiàn)象比較頻繁，也因此引發(fā)了各種生態(tài)環(huán)境問題。在出現(xiàn)超采情況后，一些地區(qū)發(fā)生了大面積“永久性”漏斗區(qū)，淺層地下水污染范圍也逐步擴(kuò)大，不同于地表水，地下水在地理環(huán)境、地質(zhì)條件和流動特點(diǎn)上存在較大差異，只要出現(xiàn)了污染的問題，恢復(fù)難度加大，這需要我們做好地下水監(jiān)測工作，為社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展打牢基礎(chǔ)。在地下水監(jiān)測過程中，需要將水位放在重要位置，通常在“埋深”觀測后獲得水位，對水文系統(tǒng)一般需要工作人員對地下水穩(wěn)進(jìn)行觀測，僅僅個別地區(qū)可以自動觀測地下水位。地下水水質(zhì)監(jiān)測主要由人工采樣分析、自動監(jiān)測分析等構(gòu)成，而我國通常選擇實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)分析方法，在國外很多國家已經(jīng)開始應(yīng)用自動監(jiān)測設(shè)備，尤其是對美國、日本等國家來說，能夠完成水位、水溫和水質(zhì)等采集到數(shù)據(jù)自動化存儲傳輸，在今后地下水監(jiān)測發(fā)展過程中，自動監(jiān)測分析技術(shù)將發(fā)揮著日益重要的作用。

3 地下水監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用價值

其中，大數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r監(jiān)測各基站異常信息，并進(jìn)行統(tǒng)計分析，以此為依據(jù)構(gòu)建完善的預(yù)警系統(tǒng)，第一時間發(fā)布預(yù)警信息。借助大數(shù)據(jù)對地下水進(jìn)行檢測，生成的信息報告能夠?yàn)楣芾碚咛峁┛煽啃畔ⅲ岣邤?shù)據(jù)利用率。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠豐富地下水監(jiān)測功能，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，并設(shè)置指標(biāo)對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常狀況迅速報警。并基于回傳信息及時發(fā)布預(yù)警，動態(tài)、實(shí)時監(jiān)控地下水文信息，為不同業(yè)務(wù)需求提供所需服務(wù)。借助大數(shù)據(jù)可完善地下水監(jiān)測，設(shè)定數(shù)據(jù)自動化統(tǒng)計分析功能，基于數(shù)據(jù)庫信息設(shè)計時段統(tǒng)計報表等數(shù)據(jù)查詢、綜合查看、統(tǒng)計匯總等一系列服務(wù)。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)形成有關(guān)需求，可打印、下載相關(guān)數(shù)據(jù)報表，對地下水進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)測，提高監(jiān)測信息利用率。

4 地下水監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 監(jiān)測地下水地理位置信息

大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用過程中，需要借助地理空間數(shù)據(jù)庫與計算機(jī)軟硬件，完成對地下水位置信息的采集、分析、模擬和顯示，達(dá)到實(shí)時監(jiān)測地下水的目的[4]。在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，能夠?qū)⒌乩硇畔ⅰ敉庥^測數(shù)據(jù)、傳感器獲取的數(shù)據(jù)等向數(shù)字形式轉(zhuǎn)化，并形成圖表進(jìn)行呈現(xiàn)。運(yùn)用大數(shù)據(jù)采集與處理的數(shù)據(jù)有著多樣化特點(diǎn)，要想讓這些數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一與規(guī)范，保證最終地下水地理位置信息更加精確，形成與用戶要求相符的可視化圖表，需要發(fā)揮出大數(shù)據(jù)的DQ數(shù)據(jù)處理功能，其包括數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)重組，數(shù)據(jù)變換、空間查詢與分析等組成部分。以數(shù)字地形分析為例，主要涉及地表粗糙度、坡向、坡度、表面積體積、日照范圍、強(qiáng)度以及剖析面圖等，能夠讓后續(xù)地下水研究、工程建設(shè)與輔助決策獲得所需的數(shù)據(jù)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠掌握地下水與周邊環(huán)境等數(shù)據(jù)，有利于地下水地理位置信息監(jiān)測的順利進(jìn)行，如圖1所示，為DQ處理流程圖[5]。

4.2 監(jiān)測地下水水位

在監(jiān)測地下水位的過程中，需要體現(xiàn)出適用性、時效性、靈活性、擴(kuò)展性、兼容性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，并充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用，這是因?yàn)槠淇煽啃暂^強(qiáng)[6]。在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，可以實(shí)現(xiàn)對地下水水位情況的遠(yuǎn)程查詢，并將監(jiān)測獲得的參數(shù)通過畫面、報表等方式進(jìn)行呈現(xiàn)，從用戶查找的關(guān)鍵點(diǎn)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了水位分析圖表與報表的自動生成，在分類后進(jìn)行儲存，今后可以通過多種方式檢索。如圖2所示，為地下水水位監(jiān)測儀。

大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以發(fā)揮出預(yù)警的作用，在某地區(qū)地下水位降低超過一定程度后，將及時進(jìn)行報警，達(dá)到預(yù)警的效果。常用方式包括傳統(tǒng)聲光報警、語音信息報警等，在水位降低非常嚴(yán)重后，相關(guān)情況將顯示在用戶端計算機(jī)屏幕中，同時伴有蜂鳴聲。大數(shù)據(jù)技術(shù)除了能夠?qū)λ磺闆r進(jìn)行監(jiān)測并將水位變化數(shù)據(jù)保存下來以外，也能夠結(jié)合用戶需求自動生成日圖表、月圖表等，并且能夠任意指定水位變化數(shù)據(jù)存儲時間范圍間隔起始值等，或者是按照時間進(jìn)行查詢。

4.3 監(jiān)測地下水污染

當(dāng)某地區(qū)地下水出現(xiàn)污染現(xiàn)象后，將逐步對周邊地下水水質(zhì)帶來影響，地下水水量也有了很大幅度的降低，最終引起地下水資源短缺的問題。而大數(shù)據(jù)可以具備云計算的功能，能夠統(tǒng)一整理與分析復(fù)雜信息，形成圖表，在地下水污染監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用。如安裝水質(zhì)傳感器以后，能夠及時記錄地下水成分、污染物氣味、狀態(tài)和含量等信息，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)完成處理，主要是先分類獲得的數(shù)據(jù)信息，分別存儲水質(zhì)信息、污染物信息等，再借助韻算計的方式對各項數(shù)據(jù)作出運(yùn)算[7]。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析水質(zhì)后，有利于用戶實(shí)時掌握地下水的成分與污染物含量等情況，在分析各種成分含量標(biāo)準(zhǔn)后，確定缺失的成分和含量超標(biāo)的情況，讓用戶了解各地區(qū)水污染程度，通過圖表方式為用戶顯示污染物含量。

地下水監(jiān)測中若是發(fā)現(xiàn)有污染物，尤其是針對出現(xiàn)規(guī)模性污染的現(xiàn)象，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，由預(yù)警中心發(fā)出警報向用戶提醒，也將相應(yīng)信號傳輸至傳感器，實(shí)現(xiàn)對污染物走向的實(shí)時監(jiān)控，從而有效遏制污染范圍的擴(kuò)大。大數(shù)據(jù)技術(shù)從污染物含量成分信息出發(fā)，將污染來源確定下來，向用戶指定多種解決措施，這樣有利于第一時間將水污染控制好，最大限度減小其帶來的危害。大數(shù)據(jù)技術(shù)將水污染源確定下來以后，各傳感器將對潛在污染物質(zhì)進(jìn)行檢測，有污染物質(zhì)被監(jiān)測到以后，數(shù)據(jù)中心將第一時間獲取反饋信息，并將相關(guān)提示發(fā)送給用戶。這樣用戶才能盡快采取預(yù)防措施，避免水污染帶來更大的危害，如圖3所示，為地下水污染監(jiān)測流程圖。

5 結(jié)語

目前，在水資源管理過程中，為了能夠強(qiáng)化地下水監(jiān)測能力，積極引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)，對地下水進(jìn)行全方位監(jiān)測，提高水資源管理成效，進(jìn)而為社會生產(chǎn)與生活提供高品質(zhì)供水，保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。通過上述論證，充分證實(shí)了大數(shù)據(jù)的運(yùn)用價值，可對地下水進(jìn)行全方位監(jiān)測。值得注意的是，監(jiān)測人員應(yīng)強(qiáng)化對大數(shù)據(jù)研究及運(yùn)用能力，如此才能夠?yàn)轫樌_展地下水監(jiān)測工作予以扎實(shí)的技術(shù)保障。

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收稿日期：2020-11-10

作者簡介：趙洋（1986-），女，漢族，工學(xué)碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。