地下水资源监测系统实施方案

地下水资源监测系统实施方案
目录
1 综述 (4)
1.1 实施方案的建设背景 (4)
1.2 项目的建设地点 (4)
1.3 实施方案的建设原则 (4)
1.4 实施方案的建设内容 (5)
1.5 实施方案的建设标准和依据 (5)
2 实施方案的需求分析 (7)
2.1 实施方案的功能需求 (7)
2.2 实施方案的信息量指标 (8)
2.2.1 系统数据处理量的分析 (8)
2.2.2 系统数据存储量的分析 (8)
2.2.3 系统数据传输量的分析 (9)
2.2.4 系统采集与共享的信息量的分析 (10)
2.2.5 系统存储与备份的信息量的分析 (10)
2.2.6 系统处理与展示的信息量的分析 (10)
2.2.7 系统存储能力的需求总量 (10)
3 实施方案的配置设计 (11)
3.1 实施方案的总体构架 (11)
3.2 信息资源规划和数据库设计 (12)
3.2.1 地下水资源监测系统的通信组网设计 (12) 3.2.2 地下水资源监测系统数据库的配置设计 (14) 3.2.2.1 数据库的物理与逻辑结构 (15)
3.2.2.2 数据库的建设内容 (18)
3.2.2.3 数据量测算 (19)
3.2.2.4 数据库的技术特性 (19)
3.2.2.5 数据库管理软件的选配 (19)
3.2.2.6 服务器的要求 (20)
3.3 应用支撑系统的配置设计 (20)
3.3.1 监测站点的土建设计 (20)
3.3.2 监测站点的主要硬件产品 (21)
3.3.2.1 投入式水位计 (21)
3.3.2.2 在线5参数水质监测仪 (21)
3.3.2.3 数据采集器RTU (22)
3.3.2.4 通信Modem (23)
3.3.2.5 充放电控制器 (24)
3.3.2.6 蓄电池 (24)
3.3.2.7 地下水位监测点设备拓扑图 (25)
3.3.3 中心站的主要硬件产品 (25)
3.3.3.1 中心站的路由器 (25)
3.3.3.2 中心站数据库服务器 (26)
3.3.3.3 中心站的交换机 (27)
3.3.3.4 中心站服务器机柜 (27)
3.3.4 中心站工作平台软件 (28)
3.3.
4.1 中心站的服务器操作系统软件 (28) 3.3.4.2 中心站的服务器数据库软件 (28)
3.3.
4.3 中心站的网络杀毒软件 (28)
3.3.
4.4 数据接收处理监控软件 (28)
3.3.
4.5 软件安全与策略 (29)
3.4 数据处理和存储系统设计 (30)
3.4.1 信息处理和数据存储系统的结构 (30) 3.4.2 信息处理和数据存储系统的技术特征 (31) 3.5 终端系统与接口设计 (35)
3.5.1 系统终端的技术设计 (35)
3.6 计算机网络的配置与要求 (37)
3.6.1 机房建设 (37)
3.6.2 计算机网络配置设计 (40)
4 项目建设与运行管理 (40)
4.1 系统运行管理维护机构 (40)
4.2 项目施工管理制度 (41)
5 系统使用维护人员的配置与培训 (43)
5.1 人员培训计划 (43)
5.1.1 施工过程的培训目标计划 (43)
5.1.2 培训专业科目及其教材师资的安排计划 (45)
6 附图 (46)
6.1 预计效果图1 (46)
6.2 预计效果图2 (47)
7 项目投资概算 (48)
7.1 投资预算编制说明 (48)
7.2 系统投资预算表 (49)
7.2.1 监测站点设备材料费用预算表 (49)
7.2.2 企业信息中心网络设备材料费用预算表 (51)
7.2.3 地下水资源监测系统建设费用预算表 (53)
1综述
1.1实施方案的建设背景
随着人口的增长和社会经济的快速发展，对水资源的需求量也大幅度增长。

近30年来，我国地下水的开采量以每年25亿立方米的速度递增，全国有400
个城市开采地下水，40%的耕地部分或全部依靠地下水进行灌溉，地下水的供给量已经占到了全国总供水量的20%，北方缺水地区占到了52%，在华北和西北城市供水中占到了72%和66%，有些城市基本上是依靠地下水来满足对水资源的需求。

地下水是水资源重要的组成部分，虽属可再生资源，但地下水更新和自净非常缓慢，一旦被污染，所造成的环境与生态破坏，往往长时间难以逆转。

目前中国90%的城市地下水遭受污染，已呈现由点向面扩展的趋势。

而我国地下水污染治理技术与工程应用刚刚起步，因此，加强对地下水的监控和相应技术的开发成为一种迫切需要。

1.2项目的建设地点
乐山古称嘉州，地处四川省中南部，幅员面积12826平方公里。

是一座有近3000年历史的历史文化名城，是文化巨匠郭沫若的故乡，以拥有世界文化和自然遗产峨眉山--乐山大佛而享誉中外。

乐山城依水而建，因水而兴，无论它的物质文明还是精神文明，都与水息息相关。

乐山的自然景观和人文遗产都离不开水。

青衣山由于麻浩河的开凿而被分解为凌云、乌尤、马鞍三山。

有了麻浩河，才有“绿影一堆漂不去”。

波光云影，鸥鸟飞翔，“两三渔火疑星落，千百帆樯戴月收”。

“山水乐山”，“水”是乐山不可或缺的城市符号，爱乐山，就要爱护乐山的水资源。

随着城市化进程与工业的发展，乐山市对地下水的需求量也大幅增大，为了保证地下水质不受污染、地下水量不过分采取，维持整个水的储量平衡和不受污染，实时掌握地下水位、水质尤为重要。

1.3实施方案的建设原则
项目建设遵循以下原则：
实用性：满足水资源监测管理系统的功能需求，并能够产生积极的效果。

先进性：采用成熟可靠的前沿技术，顺应技术发展的主流方向，确保系统整
体技术先进。

整体性：注重整体规划，确保系统各个环节指标协调一致。

经济性：追求最佳性能/价格比，充分利用已建、在建和后续建设的信息化系统成果，避免重复建设。

可扩展性和兼容性：保障系统在其生命周期内能够与其主流技术兼容，系统功能可扩充，并能够在不同档次、不同规模的平台上运行。

可靠性：确保系统整体运行稳定、安全、可靠。

1.4实施方案的建设内容
1）项目建设的目标是：
运用先进的信息采集传输技术、水质检测技术、计算机信息系统集成技术，实现对项目地区的地下水的水位、水质等信息的自动、连续、实时地在线监测，为水环境的保护与决策提供科学的依据。

2）项目建设的规模是：
系统建设规模为1123134元人民币。

3）项目建设的内容是：
（1）水资源监测中心站1个（包括：中心站机房计算机局域网、水资源监测系统数据接收处理软件、水资源监测系统中心站机房及值班室的配套设备）。

（2）地下水监测点2个（从地下水系的上游选取1个监测点、下游选取1个监测点；实现地下水水位、水质常规五参数的在线实时监测）。

1.5实施方案的建设标准和依据
本项目建设的标准包括：
1）《中华人民共和国水法》（1988年颁布，2002年修改）；
2）《中华人民共和国环境保护法》（1989年颁布）；
3）《中华人民共和国水污染防治法》（1984年颁布，2008年修改）；
4）《中华人民共和国可再生能源法》（2006年颁布）；
5）《取水许可和水资源费征收管理条例》（中华人民共和国国务院第460号令）；
6）《水资源费征收使用管理办法》（财政部、发改委、水利部［2008］79号
文）；
7）《中华人民共各国可再生能源产业发展指导目录》（发改委2005年制订）；
8）《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》（财政部2006年颁布）；
9）《关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》（国土资发［2008］249号）；
10）《取水许可管理办法》（水利部第34号令）；
11）《建设项目水资源论证管理办法》（水利部、国家计委［2002］第15号令）；
12）《四川省<中华人民共和国水法>实施办法》（四川省政府第99号令，2005年）；
13）《四川省人民政府关于加强节能工作的决定》（川府发［2007］8号）；
14）《四川省建设项目水资源论证报告书编制要求（试行）》（四川省水利厅川水函（2004）100号）；
15）《关于全面推进节水型社会建设的意见》（川府发[2011]39号）。

16）《关于调整水资源费征收标准的通知》（川办函（2005）110号）；
17）《四川省城市供水管理条例》（2000年颁布，2011年修正）；
18）《成都市水资源管理条例》（1992年6月实施）；
19）《成都市地下水资源管理办法》（2007年9月实施）；
20）《成都市节约用水管理条例》（2009年1月实施）；
21）《国务院关于实行最严格水资源管理制度》（国发［2012］3号）；
22）《四川省人民政府关于全面推进节水型社会建设的意见》（川府发［2011］39号）；
23）《四川省取水许可和水资源费征收管理办法》（省政府258号令，2012年8月1日实施）；
24）《四川省建设项目水资源论证报告书编制要求（试行）》（四川省水利厅川函（2004年）100号）
25）《建设项目水资源论证导则（试行）》（SL/Z322-2005）；
26）《四川省地源热泵系统工程技术实施细则》（DB51/5067-2010）；
27）《水文调查规范》（SL196-97）；
28）《水资源评价导则》（SL/T322-1999）；
29）《供水水文地质勘查规范》（GB/T50027-2001）；
30）《当前国家鼓励发展的节水设备（产品）目录（第一批）》
（公告2001年第5号）；
31）《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）；
32）《浅层地热能勘查评价规范》（DZ/T0225-2009）；
33）《环境影响评价技术导则》（HJ/T2.1-2.3-93、2.4-1890）；
34）《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）；
35）《居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）；
36）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；
37）《注水试验规程》（YS5214-2000）；
38）《地下水资源勘察规范》（SL454-2010）；
39）《水资源监控设备基本技术条件》（SL426-2008）；
40）《水资源实时监控系统建设技术导则》（SL349-2006）；
41）《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）；
42）《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002 ）
43）《PH水质自动分析仪技术要求》（HJ/T 96-2003）
44）《电导率水质自动分析仪技术要求》（HJ/T 97-2003）
45）《浊度水质自动分析仪技术要求》（HJ/T 98-2003）
46）《溶解氧（DO）水质自动分析仪技术要求》（HJ/T 99-2003）
47）《氨氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T 101-2003）
2实施方案的需求分析
2.1实施方案的功能需求
1）业务功能：实现水位检测、水质检测、检测数据自动上传上位机、实时数据超阈值报警、数据处理整编入库、数据高级应用。

2）业务流程：地下水资源监测项目的核定—→监测点的建设—→监测点验收投运—→监测数据（水位、水质）上传。

3）业务处理量：2个地下水位采集处监测管理。

2.2实施方案的信息量指标
2.2.1系统数据处理量的分析
现场机数据处理任务包括通信协议解析、传感器数据采集标定、报警条件判断、历史数据存储查询和工况监视管理等，地下水资源监
测系统采集周期一般设为5分钟，通过高效的程序设计，一般处理能力为8MIPS的MCU均能在20秒内完成20路传感器的巡测和数据处理存储，应答上位机历史数据召测的时间一般小于10秒。

上位机数据处理任务包括以下内容：
1) 接收解码存储来自监测点现场机的监测数据；
2)对接收到的水情水质数据和工况数据进行监视预警；
3)指定时间内最大，最小，平均，折算，累计；
4)查询统计，图形图表的生成显示和打印；
5)正常运行网络操作系统、数据库管理系统和WEB服务器软件等应用软件。

其中最后一项与应用软件的功能和开发运行方式有很大关系，并随时有修改扩充的可能，对上位机处理能力有较高要求，方案设计中由专用服务器充当。

2.2.2系统数据存储量的分析
现场机的存储量需求与历史数据库的构成、监测指标数、存储周期、要求最长存储时间有关，如要求现场机最多可监测30个理化指标（实际只测五参数，这里按30个理化指标计算，是为了增加存储容量的充分冗余度），每小时带时标存储一次数据，存储时间1年以上；则容量应大于：
30× 4 ×8760 ≈ 1 MB
考虑时间戳、标志和报警数据等的存储，现场机历史数据存储器应大于
1.2MB。

上位机数据存储量与监测范围（现场机数量），监测频次（现场机存储上传周期）有关，设现场机上传周期为60分钟，现设计现场机总数为6台，考虑到扩展性按20台计算，每台现场机可采样的理化指标项数为30项；则每项数据（8字节）加时间戳（8字节）和设备标识（14字节）、测站编号（8字节）后占用：
8 + 8 + 14 + 8 = 38字节
污染物超限和设备故障等报警数据按15%估算；
上位机招测产生的数据按15%估算；
则每小时数据库入库数据量约为：
（20×30×38）×1.3 = 29.64 KB
上位机存一年历史数据需存储量：29.64 KB ×8760 ≈ 0.26 GB 真实的存储量需求还与具体的数据库管理系统的实现有关。

如果再考虑来自信息监测中心站的数据，一年历史数据可能会大于1 GB.
2.2.3系统数据传输量的分析
项目的信息传输包括以下两类：（1）上位机与现场机（监测站）之间的信息传输（通过GPRS，GSM ，PSTN等）；（2）计算机之间通过TCP/IP进行的信息传输，例如数据接收机与通信服务器之间，数据库服务器与客户端之间的通信；B/S 结构中WEB服务器与浏览器之间的信息传输；C/S结构中服务器与客户端之间的通信。

上位机与现场机之间的数据传输量与监测范围（现场机数量）和监测频次成正比关系，其主要部分是现场机的自动上传，外加不定期出现的远程参数设置和数据召测操作。

如果采用《HJ/T212-2005污染源在线自动监测系统数据传输标准》作为应用层协议进行通信，上传数据通讯包结构如下：
包头（2）+ 数据段长度（4）+ 数据段 + CRC校验（4） + 包尾（2）
数据段构成如下：
请求编号（20）+ 系统编号（5）+ 命令编号（7）+ 设备标识（14）+ 密码（6）+ 总包号（4）+ 包号（4）+ 数据
可算出每次传输由协议附加的字节数为73字节；
由于数据区采用的结构形式为“字段名=字段值”的格式，“字段名=”和‘，’分隔符号平均长度约6个字符。

如每台现场机采集30个理化指标，平均每个指标长度为5字符，则每次传输的数据包长度约为：(6 + 5) × 30 + 73 = 403 字节如采用GPRS方式上报，中心站接收全部监测站数据总量约为：403 × 20≈8KB
GPRS传输速率按30kbps计算，20各监测站的数据传输时间小
于1分钟。

信息监测中心站采用2M带宽接入网络INTERNET。

2.2.4系统采集与共享的信息量的分析
系统需要采集的信息分为实时信息、基础信息两类。

实时信息是指水位、水量、水温、水质等实时监测信息。

基础信息指水工程、地理信息、整编后的水文及水资源信息、社会经济等基础信息。

监测点要求支持如下实时信息的采集：水位、供排水量等水情信息及PH值、水温、电导率、溶解氧等水质信息以及信道质量、蓄电池电压等工情信息。

如每个监测站采集20路水情水质信息，每项信息平均占用4字节，考虑系统今后扩展的可能，按100个监测站计算，则系统每采集周期（假设平均为60分钟，各遥测站/监测项可能不同）采集的信息量为：
20 × 20 × 4 = 1.6KB；
系统中存在一些在目前技术条件下无法做到自动采集或采用自动采集方式
成本过高的信息项，主要是一些水质监测项，如氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、挥发性酚、总氰化物、氟化物、砷、汞、镉、六价铬、铁、锰、大肠菌群等参数，拟通过现场采样、实验室测定分析；采用人工方式完成。

除自动采集设备采集的数据以外，系统中还存在一些通过人工方式录入的数据，系统共享的信息量为自动采集量加人工录入的数据量，若人工录入数据量按100条/小时计算，共享信息量为： 1.6KB + 100 ×4 = 2KB。

2.2.5系统存储与备份的信息量的分析
按一年1G计算，采用160G硬盘（RAID），完全能存储10年以内的历史数据。

2.2.6系统处理与展示的信息量的分析
系统需要的处理能力指标应为：中心站服务器为DELL 机架2950服务器，CPU为两颗四核Xeon 5405 2.0GHz处理器，内存2GB全缓
冲。

2.2.7系统存储能力的需求总量
监测点：1MB/年、--存储周期1小时，30采样参数。