水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用 摘要 隨著當今社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染也成為了人類社會不可避免的問題。水資源與人類的生活息息相關(guān)，為了保護和合理利用開發(fā)水資源，防止和控制水資源污染，所以對水資源進行科學(xué)的管理和質(zhì)量評價是迫在眉睫的任務(wù)。 水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)設(shè)計之初的目的就是幫助相關(guān)工作人員實現(xiàn)對水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和對其質(zhì)量的評價，更好為政府出臺相關(guān)水資源的保護與治理的政策提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)主要采用前后端交互的基本設(shè)計思想，將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于MySQL數(shù)據(jù)庫中，并利用GIS的技術(shù)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄點的具體位置顯示，更直觀的分析水資源質(zhì)量分布情況。在對水資源進行質(zhì)量評價時，對地表水和地下水采用不同的評價算法，得出當前位置水資源的質(zhì)量情況，讓評價工作更具有科學(xué)性，方便相關(guān)工作人員采取相應(yīng)的措施對水資源進行保護，工作人員可以通過系統(tǒng)提供的地圖判斷出造成污染的可能原因，并做出應(yīng)對措施，更好地為居民生活可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。關(guān)鍵詞：水資源環(huán)境GIS水質(zhì)評價 Abstract Withtherapiddevelopmentoftoday'ssocialeconomy,environmentalpollutionhasbecomeaninevitableprobleminhumansociety.Waterresourcesarecloselyrelatedtohumanlife.Inordertoprotectandrationallyusewaterresourcestodevelopandpreventwaterpollution,scientificmanagementandqualityevaluationofwaterresourcesisanurgenttask.Thepurposeofthedesignofthewaterenvironmentparametermonitoringandmanagementsystemistohelptherelevantstafftomanagethewaterresourcesmonitoringdataandevaluateitsquality,andtoprovideascientificbasisforthegovernmenttoissuerelevantwaterresourcesprotectionandgovernancepolicies.Thesystemmainlyadoptsthebasicdesignideaof??front-endinteraction,storesthemonitoringdatainMySQLdatabase,andusesGIStechnologytorealizethespecificlocationdisplayofmonitoringdatarecordpoints,andmoreintuitiveanalysisofwaterqualitydistribution.Inthequalityevaluationofwaterresources,differentevaluationalgorithmsareappliedtosurfacewaterandgroundwatertoobtainthequalityofwaterresourcesatthecurrentlocation,sothattheevaluationworkismorescientificandconvenientforrelevantstafftotakecorrespondingmeasurestowaterresources.Protection,staffcanusethemapprovidedbythesystemtodeterminethepossiblecausesofpollution,andtorespondtomeasurestobetterservethesustainabledevelopmentofresidents'lives.Keywords:Waterresources，GIS，Waterqualityevaluation目錄第一章緒言 楊萬辰：水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用第一章緒言水是生命之源、萬物之本，從古以來，水資源就是人類發(fā)展與生存不可或缺的物質(zhì)。然而，隨著當今社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，水資源短缺和水資源遭到污染破壞已經(jīng)成為了不可避免的問題。因此如何對水資源進行科學(xué)的管理與質(zhì)量評價是勢在必行的工作，在這樣的嚴峻形式下，水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)誕生了。水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)設(shè)計之初的目的就是幫助相關(guān)工作人員實現(xiàn)對水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和對其質(zhì)量的評價，更好為政府出臺相關(guān)水資源的保護與治理的政策提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)主要采用前后端交互的基本設(shè)計思想，將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于MySQL數(shù)據(jù)庫中，并利用GIS的技術(shù)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄點的具體位置顯示，更直觀的分析水資源質(zhì)量分布情況。在對水資源進行質(zhì)量評價時，對地表水和地下水采用不同的評價算法，得出當前位置水資源的質(zhì)量情況，讓評價工作更具有科學(xué)性，方便相關(guān)工作人員采取相應(yīng)的措施對水資源進行保護，工作人員可以通過系統(tǒng)提供的地圖判斷出造成污染的可能原因，并做出應(yīng)對措施，更好地為居民生活可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。在后面的文章中，第二章主要是水資源評價的研究背景和現(xiàn)狀。第三章是對本系統(tǒng)用到的相關(guān)技術(shù)以及水資源的評價算法進行介紹。第四章為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹和系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)過程。第五章是系統(tǒng)測試，主要將系統(tǒng)的各個功能進行測試，并用相關(guān)數(shù)據(jù)對評價算法進行測試。第六章為展望。第二章研究背景及現(xiàn)狀2.1地表水資源的評價研究2.1.1國內(nèi)地表水評價隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，隨之而來的環(huán)境污染問題越來越嚴重，地表水廣泛應(yīng)用于居民的生產(chǎn)生活中，但是近年來，地表水由于工業(yè)污水的不當排放等可能原因遭受了不同程度的污染。水污染是指自然的水體因為某些不明物質(zhì)的加入，造成水體之中原有的物理生物大量死亡、生態(tài)環(huán)境遭到破環(huán)，放射性元素異常升高或者是化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生改變，最終導(dǎo)致水體總體水質(zhì)惡化、嚴重影響水體的正常使用、生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞或者是危害居民的身體健康的現(xiàn)象。地表水由于暴露在地表，因此非常容易遭受污染，也是最早被污染的水體種類。我國近些年來經(jīng)濟發(fā)展速度世界有目共睹，加上我國的人口基數(shù)大，再加上相關(guān)部門沒有特別重視地表水的污染問題，導(dǎo)致地表水污染的問題非常嚴重。依據(jù)2015年中國環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的公報顯示，全國范圍內(nèi)河流水質(zhì)狀況有如下特點：河流上游的水質(zhì)比下游的水質(zhì)好，下游水質(zhì)和城市周圍的水質(zhì)一般都很差，特別是長江三角洲、環(huán)京津地區(qū)和珠江三角洲等經(jīng)濟發(fā)達、人口密集的區(qū)域的地表水體的污染尤為嚴重。對長江區(qū)域的160個國控斷面的監(jiān)測分析，劣V類占3.1%;黃河流域的62個國控斷面中，劣V類占12.9%;遼河流域的55個國控斷面中，劣V類占14.5%;相比之下西北地區(qū)、西南地區(qū)、東南地區(qū)的河流水質(zhì)情況最好，無劣V類水質(zhì)斷面。接受評價的湖泊數(shù)量為62個，滇池附近的相關(guān)湖泊的水質(zhì)屬于重度污染，污染非常嚴重，巢湖附近的相關(guān)湖泊的污染屬于中度污染。西北諸河區(qū)域、珠江區(qū)域、松花江區(qū)域、長江區(qū)域湖泊的水質(zhì)比較好；洱海、撫仙湖、瀘沽湖等湖泊水質(zhì)優(yōu)。全國的水庫的水質(zhì)都以中富營養(yǎng)為主，滇池和達責(zé)湖屬于中度富營養(yǎng)化，太湖、巢湖、淀山湖、洪洋湖等屬于輕度富營養(yǎng)。長江地區(qū)和淮河地區(qū)的水庫富營養(yǎng)化和中營養(yǎng)化的狀態(tài)并存，大多的存在方式是中營養(yǎng)化的狀態(tài)，西南和珠江區(qū)域的水庫以及東南地區(qū)的水庫主要以中營養(yǎng)化為主。根據(jù)上述的描述，我國的地表水污染狀況十分嚴峻，因此我們必須采取有效措施來防止污染的發(fā)生與升級，保護地表水資源。2.1.2國外地表水評價 20世紀初，地球上許多的湖泊河流被各種因素所污染，生活用水、農(nóng)田灌溉用水不能得到良好的保障，人們越來越關(guān)注水質(zhì)安全問題，如何對水質(zhì)進行系統(tǒng)的評價也成為大家思考的問題。進入20世紀后，柯克維茲和莫松就利用生物學(xué)的方法對水質(zhì)的評價分類工作提供了相關(guān)方法;在1909-1911年，英國人借鑒了前人生物學(xué)的方法，率先將化學(xué)指標引入了水質(zhì)的評價工作中，利用化學(xué)元素對地表水質(zhì)量進行評價。在1965年，霍頓提出了水質(zhì)評價的質(zhì)量指數(shù)法(QI)，這個算法的提出標志著現(xiàn)代對地表水的評價已經(jīng)步入正軌。在1970年，N.L.Nemerow提出了內(nèi)梅羅指數(shù)法，利用這一方法，他對紐約的一些地表水的污染情況開展了評價與分析工作，并取得了較好的效果。1977年，S.L.Ross根據(jù)BOD,NH3-N,SS及DO四項指標，對英國的主干河流進行了評價與分析，并在總結(jié)以前質(zhì)量評價方法的基礎(chǔ)上，提出了另外一種水質(zhì)指數(shù)的計算方法，提高了當時評價工作的準確性。在1990年后，人們對數(shù)學(xué)和建模的認知越來越高，應(yīng)用也愈發(fā)熟練，于是人們開始嘗試在水質(zhì)評價工作中應(yīng)用數(shù)學(xué)工作或者建立相關(guān)模型，對水質(zhì)的評價工作又邁出了很大的一步?，F(xiàn)在全世界各地學(xué)者對地表水進行評價時，不僅對生物和化學(xué)必要指標進行考慮，同時也對物理影響因素進行考慮，這對科學(xué)全面的進行水質(zhì)評價提供了思路?？傊瑖獾乃|(zhì)評價工作可以概括為以一個多學(xué)科的對多介質(zhì)、多參數(shù)的水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析過程REF_Ref9156271\r\h[9]。2.2地下水資源的評價研究地下水資源是人類最重要水源之一，與地表水資源相比，地下水資源具有時空分布穩(wěn)定、儲存量較大、調(diào)蓄能力較好、水質(zhì)較好等優(yōu)點。地下水資源的評價目的主要是為合理的利用地下水資源做出分析與評估，在滿足一定水質(zhì)的要求下，開采利用地下水。2.2.1國內(nèi)地下水評價我國的地下水資源評價一共經(jīng)歷了三個階段：(1)20世紀的50年代。50年代之初，我國進行了水文地質(zhì)的普查工作，按照國際的圖幅進行地下水資源的初步估算；到50年代的后期，開始組織了華北平原的地下水資源評價工作，包括冀、魯、豫三省。與此同時，許多重要城市如西安、石家莊、北京、包頭等，結(jié)合當?shù)爻鞘泄┧?，也進行了大面積的地下水資源的評價。(2)20世紀60一80年代。在這個時期，基于農(nóng)業(yè)發(fā)展及用水需要，我國開展了大范圍的地下水資源評價工作。東北、華北以及西北、西南等地區(qū)進行了初步的地下水資源計算，而沈陽、北京和西安等重要的城市，在以前評價的基礎(chǔ)上，進一步做了詳細評價。(3)80年代至今。在之前工作階段的基礎(chǔ)上，研究人員對國內(nèi)地下水的資源概括已初步掌握，對于地下水資源質(zhì)量的評價，無論是在理論研究還是在評價方法上，都積累了充足的經(jīng)驗和大量資料，為系統(tǒng)地評價國內(nèi)地下水資源奠定基礎(chǔ)。2.2.2國外地下水評價國外的地下水資源評價發(fā)展歷程與國內(nèi)對地下水資源的評價幾乎一樣，都是由片面評價到全面的分析。自20世紀60年代至80年代，國土面積較大的國家如中國，美國，澳大利亞，前蘇聯(lián)等逐漸認識到地下水資源的重要性，率先對地下水資源開展了質(zhì)量分析與評價工作，這些工作為后來國家的評價活動積累了豐富的經(jīng)驗。在1982年，歐共體9國在匯總基礎(chǔ)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和地下水開采量的基礎(chǔ)上，也嘗試性的對地下水資源做了統(tǒng)一的區(qū)域性評價REF_Ref8596610\r\h[2]。在上世紀60年代，蘇聯(lián)也在水資源評價理論方面做出了一定成果，對水資源的補給量考慮降雨人滲，消耗量考慮蒸發(fā)，主要采用河流水文圖成因分解法，結(jié)合地下水動態(tài)資料，對地下水資源進行評價，地下水徑流則采用在等值線圖用多年平均模數(shù)表示REF_Ref9071296\r\h[3]。雖然當時考慮補徑排條件不夠全面，但是對地下水可開采量的計算考慮了地下水動態(tài)穩(wěn)定條件，用解析法預(yù)測可開采量時限制了允許降深。當時計算地貌包括了盆地、平原和丘陵，給定的計算條件是允許動用一部分的儲存量。70年代，美國西部由于遇到嚴重旱災(zāi)，系統(tǒng)的了解水資源成為重要問題，為此啟動17年的區(qū)域含水層系統(tǒng)分析計劃。當時，美國主要采用有限差分法計算水資源，數(shù)值計算的方法逐漸完善。1977年，聯(lián)合國教科文組織對水資源做出當時較為全面準確的定義，從那時候開始，全世界的許多國家逐漸開始重視水資源的評價工作，相繼展開了相關(guān)水資源量與質(zhì)評價的研究探討REF_Ref9071379\r\h[4]。在20世紀80年代，歐洲的許多國家為了對水資源的發(fā)展和開采更加具有科學(xué)性，也對地下水的評價工作做了許多嘗試，這些工作雖然以當時地下水的水文地質(zhì)條件和地下水開采現(xiàn)狀為前提條件，定量評價地下水資源可增加的開采量。但在當時，由于經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的局限，忽略了排泄量，只考慮到含水層的補給量和徑流量，并且盡可能不破壞環(huán)境，只計算和評價了非承壓含水層的地下水量，把資源量減去現(xiàn)狀開采量作為可擴大開采量。2.3相關(guān)案例 對于水資源的評價工作以及系統(tǒng)的開發(fā)，相關(guān)人員并沒有停下腳步。撫順市是我國遼寧省東北部的一座城市，其在2017年的降雨量較2016年比較，較少了一半之多，撫順市的水庫較多，存儲量也減少許多。夏春龍在2019年發(fā)表的文章中，講述了對撫順市的地表水進行評價的過程，他主要利用了2017年撫順市地表水水質(zhì)站點的監(jiān)測資料，對地表水的化學(xué)特征及主要河流、水庫的水質(zhì)狀況等進行了分析，最終得出；順市地區(qū)的河流與水庫情況總體較好，但是存在個別區(qū)域收到污染REF_Ref9080060\r\h[5]。在武漢市生態(tài)環(huán)境局的官網(wǎng)上，就有一個環(huán)境評價系統(tǒng)，通過系統(tǒng)，人們可以看到武漢市最近的環(huán)境情況，例如噪聲污染、大氣質(zhì)量、水資源質(zhì)量等，但系統(tǒng)的界面存在亂碼的情況，不能讓人們清晰準確的看到相關(guān)信息。因此，開發(fā)一個簡單明了、實用性較強的水資源監(jiān)測評價系統(tǒng)勢在必行。第三章相關(guān)技術(shù)介紹 本章主要對系統(tǒng)用到的框架，數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及相關(guān)的水質(zhì)評價算法做出介紹。3.1系統(tǒng)框架3.1.1后臺框架 本系統(tǒng)后臺主要采用Java語言編寫，利用SSM框架作為系統(tǒng)的后臺框架。SSM框架分別是指Spring、SpingMVC、MyBatis。

Spring創(chuàng)建的目的就是為了讓程序員解決企業(yè)應(yīng)用開發(fā)過于繁瑣復(fù)雜的問題。在Spring框架中，它使用最基本的JavaBean來代替EJB，在EJB中，需要葉哥的將各種不同類型的接口實現(xiàn)，因此會有大量類似甚至重復(fù)的代碼存在，因此若使用EJB進行開發(fā)，工作效率勢必會非常低，所以Spring讓開發(fā)變得跟簡單。 SpringMVC將開發(fā)工作分為了三個塊，分別是model、view、controller，它降低了程序的耦合性，不再讓開發(fā)工作變得處處“小心”。 在本系統(tǒng)中，我主要利用了Mybatis來生成簡單的SQL語句。在Mybatis中，mapper文件與數(shù)據(jù)庫語句的xml文件一一對應(yīng)，它首先提高了開發(fā)效率，讓開發(fā)人員可以使用直接生成的SQL語句，其次對SQL語句進行統(tǒng)一的管理，方便了開發(fā)工作。3.1.2前端框架 前端框架采用了開源的Layui框架。Layui是一款由中國程序員開發(fā)的框架，在本系統(tǒng)中，選用此框架最重要的原因就是功能豐富且上手快，它主要采用模塊化的形式來完成前端頁面的編寫，且在本系統(tǒng)中，用到的表格和form它都做到了完美的支持，在開發(fā)過程中直接調(diào)用提供的模塊就能完成初始的工作。3.2數(shù)據(jù)庫技術(shù) 在對水資源數(shù)據(jù)進行存儲時，系統(tǒng)選用MySQL作為數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)，選用MySQL的原因有以下幾點：(1)它是一個開源的數(shù)據(jù)庫，在開發(fā)過程中的使用是完全免費的；(2)MySQL在Web開發(fā)過程中表現(xiàn)良好，且屬于輕量型數(shù)據(jù)庫，比較適合本系統(tǒng)的開發(fā)性質(zhì)。3.3評價算法3.3.1地表水評價模糊綜合評價法可以用于地表水的評價，可以對地表水中生化需氧量、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、氯化物、溶解氧、揮發(fā)酚、大腸桿菌群、石油類等重要的化學(xué)元素和指標進行評價。在地表水評價中，模糊綜合評價法得到了充分的應(yīng)用，其實驗結(jié)果說明：在地表水的評價中采用此方法得到的結(jié)果十分明顯，因為水環(huán)境本身就存在模糊和一定的不確定性，該方法的評價符合實際的自然的規(guī)律，評級具有一定的說服力。模糊綜合評價的評估結(jié)果對向量結(jié)果進行分析的時候，最大隸屬度的原則有一定的有效性，可以加用加權(quán)平均的原則對結(jié)果的向量進行分析和評價，然后對評價的地表水環(huán)境進行分析，可以分析出評價區(qū)域的地表水環(huán)境的時間、空間變化的規(guī)律，為以后的趨勢預(yù)測提供定量、科學(xué)有效地評價依據(jù)。模糊綜合評價法的步驟主要分為六步，下面介紹具體的實現(xiàn)過程：(1)建立評價因子集：根據(jù)國家水質(zhì)標準的有關(guān)規(guī)定或者要評價的對象，確定出影響評價對象的評價因子集，這要具體情況具體分析，不同的評價對象形成的評價因子集也是不一樣的。而影響地表水的因子為五種，形成的評價因子集為u={DO,BOD5,OC,酚，CN}(2)建立評價集：根據(jù)規(guī)定的水質(zhì)標準給出分級標準。水體不同，則對應(yīng)的評價標準集也就不一樣，所以要根據(jù)具體水體給出評價標準。根據(jù)國家水質(zhì)標準把此河流分為五級，標準數(shù)據(jù)如表3.1表3.1河口水評價標準評價因子一級二級三級四級五級DO7.05.03.02.01.0BOD51.52.03.05.08.0OC2.03.05.08.010.0酚0.0020.0050.010.020.03CN0.0010.0020.0050.010.02注：OC表示高錳酸鹽指數(shù)(3)建立隸屬函數(shù)：水污染程度是一個模糊概念，水質(zhì)分級標準也是模糊的，用隸屬度來刻劃分級界線較合理。(4)單因子模糊評價。即將實際的監(jiān)測值，代入到對應(yīng)的隸屬函數(shù)中，計算出隸屬度。對每個因子進行隸屬度的計算，由此可以得到單因子評價矩陣R。其中，第一行表示因子集中第一個因子對五級的隸屬度，第一列表示評價因子集中所有評價因子對于一級水的隸屬度。(5)建立權(quán)重集。由于每種因子即污染物的對水質(zhì)的影響程度的不同，因此，對它們應(yīng)賦于不同的權(quán)重ai。應(yīng)用上述方法確定出評價因子的權(quán)重集A為：A=(Q1,Q2.Q3,Q4,Q5…)。(6)模糊綜合評價B=A*R最后得出的結(jié)果即是各個評價因子對此地表水綜合評價結(jié)果。例如在對如下數(shù)據(jù)(圖3.1)進行評價時圖3.1地表水算法運算數(shù)據(jù) 可以得出如下隸屬度矩陣，如表3.2表3.2隸屬度矩陣1.00.00.00.00.00.60000000000000010.39999999999999990.00.00.01.00.00.00.00.00.66666666666666660.33333333333333330.00.00.00.01.00.00.00.0 權(quán)重集為A=(0.2,0.2,0.2,0.2,0.5), 然后將權(quán)重集與此矩陣相乘，得到評價結(jié)果 B=(0.6533333333333333,0.3466666666666667,0.0,0.0,0.0); 因此該數(shù)據(jù)一級隸屬度最大，得到的評價結(jié)果為優(yōu)。3.3.2地下水評價(1)地下水評價標準為保護并且合理開發(fā)地下水資源，防止和控制地下水污染，保障人民身體健康，促進經(jīng)濟建設(shè)，國家技術(shù)監(jiān)督局制訂了《中華人民共和國地下水質(zhì)量標準》。這一標準是地下水勘查評價、開發(fā)利用和監(jiān)督管理的依據(jù)，規(guī)定了地下水的質(zhì)量分類，地下水質(zhì)量監(jiān)測、評價方法和地下水質(zhì)量保護，適用于一般地下水，不適用于地下熱水、礦水、鹽鹵水REF_Ref9188614\r\h[12]。(2)地下水質(zhì)量分類根據(jù)我國現(xiàn)在的地下水水質(zhì)、居民生活狀況、人體健康的基準值并且為了保護地下水資源，同時有關(guān)部門參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最高要求，將地下水質(zhì)量分成了五類REF_Ref9157685\r\h[13]。其中Ⅰ類和Ⅱ類反應(yīng)地下水化學(xué)元素的組成情況，適用于任何情況，Ⅲ類主要為了人體的健康著想，可以作為生活引用水，Ⅳ類可以作為農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水，進行了適當處理后，可以作為生活飲用水，Ⅴ類不適合飲用REF_Ref8596396\r\h[1]。(3)地下水質(zhì)量分類指標(見表3.3)表3.3

地下水質(zhì)量分類指標項目序號類別

標準值

項目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類V類1色(度)≤5≤5≤15≤25>252嗅和味無無無無有3渾濁度(度)≤3≤3≤3≤10>104肉眼可見物無無無無有5pH6.5~8.55.5~6.5,8.5~9〈5.5,>96總硬度(以CaCO3計)(mg/L)≤150≤300≤450≤550>5507溶解性總固體(mg/L)≤300≤500≤1000≤2000>20008硫酸鹽(mg/L)≤50≤150≤250≤350>3509氯化物(mg/L)≤50≤150≤250≤350>35010鐵(Fe)(mg/L)≤0.1≤0.2≤0.3≤l.5>1.511錳(Mn)(mg/L)≤0.05≤0.05≤0.1≤1.0>1.012鋼(Cu)(mg/L)≤0.01≤0.05≤1.0≤1.5>1.513鋅(Zn)(mg/L)≤0.05≤0.5≤1.0≤5.0>5.014鋁(Mo)(mg/L)≤0.001≤0.01≤0.1≤0.5>0.5(續(xù)表3.3)項目序號Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類V類15鈷(Co)(mg/L)≤0.005≤0.05≤0.05≤1.0>1.016揮發(fā)性酚類(以苯酚)(mg/L)0.0010.0010.002≤0.0l0.0117陰離子合成洗滌劑(mg/L)不得檢出≤0.1≤0.3≤0.3>0.318高錳酸鹽指數(shù)(mg/L)≤1.0≤2.0≤3.0≤10>1019硝酸鹽(以N計〕(mg/L)≤2.0≤5.0≤20≤30>3020亞硝酸鹽(以N計)(mg/L)≤0.001≤0.01≤0.02≤0.10.121氨氮(NH4)(mg/L)≤0.02≤0.02≤0.2≤0.5>0.522氟化物(mg/L)≤1.0≤1.0≤1.0≤2.0>2.023碘化物(mg/L)≤0.1≤0.1≤0.2≤1.0>1.024氰化物(mg/L)≤0.001≤0.01≤0.05≤0.1>0.125汞(Hg)(mg/L)≤0.00005≤0.0005≤0.001≤0.001>0.00126砷(As)(mg/L)≤0.005≤0.01≤0.05≤0.05>0.0527硒(Se)(mg/L〕≤0.01≤0.01≤0.01≤0.1>0.128鎘(Cd)(mg/L)≤0.0001≤0.001≤0.01≤0.01>0.0129鉻(六價)(Cr6+)(mg/L〕≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.130鉛(Pb)(mg/L)≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.131鈹(Be)(mg/L)≤0.00002≤0.0001≤0.0002≤0.001>0.00132鋇(Ba)(mg/L)≤0.01≤0.1≤1.0≤4.0>4.033鎳(Ni)(mg/L)≤0.005≤0.05≤0.05≤0.1>0.134滴滴涕(μg/L〕不得檢出≤0.005≤1.0≤1.0>1.035六六六(μg/L)≤0.005≤0.05≤5.0≤5.0>5.036總大腸菌群(個/L)≤3.0≤3.0≤3.0≤100>10037細菌總數(shù)(個/rnL)≤100≤100≤100≤1000>100038總放射性(Bq/L)≤0.1≤0.1≤0.1>0.1>0.139總?放射性(Bq/L)≤0.1≤1.0≤1.0>1.0>1.0(4)地下水質(zhì)量評價地下水質(zhì)量評價采用單因子模糊評價算法，按照國家的分類標準，將地下水的質(zhì)量標準分為五類，若存在不同類別但是標準值相同的情況時，應(yīng)該按照從優(yōu)不從劣的原則，按照好的類別評價REF_Ref9174996\r\h[10]。首先算法對每個評價元素按照國家標準進行評分，同時也確定了此元素在國家標準中所處的類別，在對元素評分時，遵循以下原則(見表3.4)：表3.4評分值對照表類別ⅠⅡⅢⅣⅤFi013610然后按式（1）和式（2）計算最終的綜合評價分值F(其中Fav是所有評分值的平均值，F(xiàn)max是評分元素中得分的最大值，n是參與評分元素的個數(shù))。F=sqr[(Fav^2+Fmax^2)/2](1)Fav=(F1+F2+...+Fi)/n(2)根據(jù)到的F值，按以下規(guī)定(表3.5)確定當前監(jiān)測記錄的地下水質(zhì)量評價最終總級別，如“優(yōu)良”、“較好”等。表3.5地下水分級表級別優(yōu)良良好較好較差極差F<0.800.80-<2.502.50-<4.254.25-<7.20>7.20 例如在對以下數(shù)據(jù)進行評價時(見圖3.2或表3.6)，圖3.2地下水算法運算數(shù)據(jù)表3.6地下水算法運算數(shù)據(jù)phNH4NitrateNitritePhenolcyanideArsenicHg6.50.00530.0020.0010.010.0050.0005Cr6CaCO3PbFluorideCdFeMntds0.012000.010.010.0010.20.01300MnO4SO4ClEc21001503 首先計算出每個元素的得分，得分越低說明此元素的質(zhì)量越好，(0.0,0.0,1.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0,1.0,1.0,1.0,0.0,1.0,1.0,0.0,0.0,1.0,1.0,1.0,0.0)，然后算出得分的最大值和平均值，根據(jù)公式(1)得到最終總得分，根據(jù)得分判斷出屬于優(yōu)良類別(最大值為1.0，平均值為0.6，最終得分為0.824621125123532)第四章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各模塊功能與實現(xiàn)4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)共分為多個模塊，其中比較重要的模塊有地下水數(shù)據(jù)管理模塊，地表水數(shù)據(jù)管理模塊，評價模塊，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊，地圖展示模塊。系統(tǒng)采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的編程思想，整個系統(tǒng)由一系列基本功能模塊組成。每個模塊相對獨立，可以通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫文件和圖形文件交換信息，并在主程序的控制下配合下實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能(圖4.1)。圖4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計水體環(huán)境參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用MySQL數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中有三張表，來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲與修改，這些表形成了一個有機的整體，共同完成了對水資源的綜合評價與分析，數(shù)據(jù)庫的E-R如圖4.2所示：圖4.2數(shù)據(jù)庫E-R圖4.2.1地表水管理數(shù)據(jù)表 在這張表中的主要字段有地點，經(jīng)緯度，采集時間，各個元素含量以及評價的元素權(quán)值，備注和評價結(jié)果(如圖4.3)。圖4.3地表水數(shù)據(jù)表4.2.2地下水管理數(shù)據(jù)表 在這張表中的主要字段有地點，經(jīng)緯度，采集時間，各個元素含量，備注和評價結(jié)果(如圖4.4)。圖4.4地下水數(shù)據(jù)表4.2.3地表水背景值數(shù)據(jù)表 在這張表中，主要存儲的是用戶評價地表水的背景值，用戶可以根據(jù)所處的環(huán)境來修改，以符合實際情況。該背景值可以用于和監(jiān)測的值進行比較，讓工作人員更直觀的評價(如圖4.5)。圖4.5地表水背景值數(shù)據(jù)表4.3界面設(shè)計 系統(tǒng)的前端界面采用Layui框架完成，遵循的基本原則如下：(1)美觀與協(xié)調(diào)性

界面風(fēng)格保持一致，界面大小適合美學(xué)觀點，感覺協(xié)調(diào)舒適，合理地利用了空間。按鈕大小基本相近，按鈕的大小與界面的大小和空間協(xié)調(diào)。字體的大小與界面的大小比例協(xié)調(diào)。(2)簡約性設(shè)計中，我們采用簡單大方的界面效果，并采用左邊為菜單欄，頭部為標題欄的主體設(shè)計，這樣使得系統(tǒng)簡約而不簡單。根據(jù)科技效果感，此外系統(tǒng)主要是黑青白三種色調(diào)，主題為白色，更使得系統(tǒng)整體活潑而有簡約感。(3)以用戶為主導(dǎo)

設(shè)計中，明確用戶是所有系統(tǒng)處理的核心，不應(yīng)該由應(yīng)用程序來決定處理過程，所以在用戶界面設(shè)計時我站在用戶的角度進行考慮，而不是按自己的意愿把操作流程強加給用戶。以此給用戶較好的體驗。(4)生動而簡單在地圖上將相關(guān)數(shù)據(jù)用marker標注，讓人一目了然，表現(xiàn)形式生動。在表格中將監(jiān)測數(shù)據(jù)一一列出，簡潔明了。(5)布局合理將地圖和功能欄很好的協(xié)調(diào)，圖標的大小及樣式也合理設(shè)計。表格位置和大小與整個頁面相符。 前端界面圖如圖4.6所示: 圖4.6系統(tǒng)前端界面4.4功能模塊實現(xiàn)4.4.1地下水模塊 在此模塊中，主要實現(xiàn)對地下水數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢、修改等基本功能，并且對監(jiān)測記錄實現(xiàn)評價功能。界面如圖4.7所示:圖4.7地下水管理界面增刪查改功能系統(tǒng)采用了SSM框架，首先利用Mybatis逆向工程，對基本的dao和domain文件進行生成，在對數(shù)據(jù)庫進行簡單操作時，可以利用mapper文件直接進行調(diào)用，方便了開發(fā)工作。 在實現(xiàn)增刪查改時，分別調(diào)用insert、deleteByPrimaryKey、selectByPrimaryKey、updateByPrimaryKey函數(shù)，完成功能。在實現(xiàn)批量刪除時，用for循環(huán)將所選取的id逐個刪除即可。批量導(dǎo)入導(dǎo)出水資源環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)龐雜，單靠手工填報不僅工作量巨大，而且填報數(shù)據(jù)的格式各異，非常容易產(chǎn)生一些錯誤，這些錯誤會給資料匯總以及評價工作帶來諸多不便，而利用EXCEL將監(jiān)測數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入系統(tǒng)很好的解決了這些問題。為了能夠讓工作人員更詳細的了解監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時為了滿足一些用戶的整理習(xí)慣，我在數(shù)據(jù)管理里實現(xiàn)了將數(shù)據(jù)導(dǎo)出成EXCEL表格，其中所用的技術(shù)是appachepoi。ApachePOI是Apache軟件基金會的開放源碼函式庫，POI提供API給Java程序?qū)icrosoftOffice格式檔案讀和寫的功能。POI可以將頁面從后臺獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成表格，然后保存在電腦中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出。評價算法實現(xiàn)地下水質(zhì)量采用了單因子模糊評價算法，需要求出評價元素的最大值，平均值以及綜合評價分值a，實現(xiàn)過程如下:首先定義相關(guān)變量(如圖4.8): 圖4.8定義變量 按照算法分別求出所需的各項數(shù)值(如圖4.9):圖4.9求出各項值 輸出評價后的結(jié)果(如圖4.10): 圖4.10評價結(jié)果然后將監(jiān)測的記錄值與國家標準對比，分別進行評價，將每個元素所處的質(zhì)量進行評價。4.4.2地表水模塊 在此模塊中，主要實現(xiàn)對地表水數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢、修改等基本功能，并且對監(jiān)測記錄實現(xiàn)評價功能。界面如圖4.11所示:圖4.11地表水管理界面 數(shù)據(jù)的增刪查改和導(dǎo)入導(dǎo)出功能與地下水模塊的實現(xiàn)過程類似，這里不再敘述，主要對評價算法的實現(xiàn)進行說明。 地表水的評價算法采用模糊綜合評價法，模糊綜合評價法需要對評價元素建立隸屬度矩陣，其實現(xiàn)過程如下: 建立相關(guān)變量(如圖4.12)：圖4.12建立變量 根據(jù)標準得到隸屬度矩陣，然后權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣相乘得出綜合評價結(jié)果向量(如圖4.13)圖4.13評價結(jié)果向量最后根據(jù)評價結(jié)果向量的大小關(guān)系得出地表水的質(zhì)量狀況。4.4.3地圖展示 在地圖展示模塊中，主要采用百度地圖API來作為接口，將地下水數(shù)據(jù)和地表水數(shù)據(jù)根據(jù)用戶輸入的經(jīng)緯度來將點顯示在地圖上，地圖展示模塊的界面如圖4.14所示：圖4.14地圖界面 當用戶點擊按鈕時，就會在地圖上顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄信息，在地圖上用marker點顯示。實現(xiàn)過程如下: 首先在后臺中用JDBC連接數(shù)據(jù)庫，用SQL語句將數(shù)據(jù)記錄從數(shù)據(jù)庫中查詢出來，并將這些數(shù)據(jù)存儲到JSON中。 在前端界面中，將JSON從后臺調(diào)用，將經(jīng)緯度坐標傳到相應(yīng)的point中，來實現(xiàn)點的坐標。 之后還需要對一些數(shù)據(jù)的詳細信息進行展示，于是調(diào)用百度地圖的InfoWindow來實現(xiàn)詳細信息的展示。4.4.4圖表展示 在這一模塊中，主要實現(xiàn)對地下水背景值展示和地下水標準圖表展示，這個模塊的主要作用是與評價的監(jiān)測值進行比較，讓工作人員更便捷的看出兩個數(shù)據(jù)的區(qū)別。 在前端頁面中采用G2圖表來實現(xiàn)統(tǒng)計圖的展示。G2是阿里巴巴開發(fā)的一套基于可視化編碼的圖形語法，它以數(shù)據(jù)作為驅(qū)動，并且具有高度的易用性和擴展性，在調(diào)用過程中，用戶無需關(guān)注各種繁瑣的實現(xiàn)細節(jié)，只需要用一條簡單的語句即可構(gòu)建出各種各樣的可交互的統(tǒng)計圖表。地下水背景值圖表展示在這一部分中，主要有兩塊組成，上方是地表水背景值的圖表，這些背景值已經(jīng)存儲到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以對這些背景值進行修改，但是不能夠刪除。下方則是對背景值的圖表展示，統(tǒng)計圖每個柱子的高度即為背景值，這些數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用，并傳到前端頁面中。當用戶修改了背景值后，統(tǒng)計圖的高度也會發(fā)生相應(yīng)的變化。界面如圖4.15所示：圖4.15地下水背景值頁面地下水標準圖表展示在評價地下水元素的單個元素質(zhì)量時，系統(tǒng)采用了GB/T14848-93這一國家標準，由于是國家標準，此項數(shù)據(jù)不允許修改，柱狀圖共有4個顏色，分別代表地下水標準的4個類別，從圖中可以很直觀的看出每個元素的類別區(qū)間，前端界面展示如圖4.16所示:圖4.16地下水標準圖界面第五章系統(tǒng)測試 在本章中，主要完成對整個系統(tǒng)的測試，測試方面主要進行功能測試，測試功能是否完整、是否存在bug；并且測試實現(xiàn)算法的代碼是否準確。5.1增刪查改功能 由于地表水和地下水的數(shù)據(jù)管理的增刪查改功能的實現(xiàn)基本原理一樣，在本文中只展示對地表水數(shù)據(jù)的相關(guān)功能測試。 在增加功能中，用戶需要輸入采集地點名，經(jīng)度，緯度和采集時間這四個必須要填的數(shù)據(jù)，如果空白，則不能提交。值得一提的是，這里的采集時間輸入采用了Layui框架的laydate模塊，用戶從彈出的日歷中選擇時間，避免了由于人工失誤而導(dǎo)致的不必要的錯誤。其輸入框如圖5.1所示：圖5.1日期輸入框 添加的頁面如圖5.2所示:圖5.2添加頁面 經(jīng)過測試，數(shù)據(jù)可以正常的添加，沒有出現(xiàn)bug； 在修改功能的實現(xiàn)中，需要先將修改的數(shù)據(jù)先從數(shù)據(jù)庫中按ID查詢出來，并且在表格中顯示出來，以此實現(xiàn)修改功能。當用戶點擊修改按鈕時，呈現(xiàn)的頁面如圖5.3所示:圖5.3修改頁面 在修改頁面，用戶只需要點擊相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可修改數(shù)據(jù)。修改功能經(jīng)過測試，能夠?qū)?shù)據(jù)進行修改，沒有錯誤發(fā)生。 對于刪除功能，用戶有兩種選擇，分別是單個刪除和批量刪除。單個刪除是在每條數(shù)據(jù)記錄的操作欄里，用戶只需要點擊刪除按鈕就可以將單條記錄刪除；而批量刪除則是用戶勾選選擇框，將勾選的數(shù)據(jù)記錄全部刪除。經(jīng)過測試，這項功能也完全正確。5.2評價功能 對水資源的評價是系統(tǒng)的重點工作，這項功能可以給予用戶對水資源狀況直接的展示。對這個模塊測試用到的數(shù)據(jù)是由環(huán)保公司監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，由于監(jiān)測得到的部分數(shù)據(jù)存在缺失，因此對這些數(shù)據(jù)進行模擬補全。5.2.1地表水的評價 對地表水的主要采用的是模糊綜合評價算法，在這項功能模塊設(shè)計的初衷就是用戶通過本功能可以快速得出監(jiān)測記錄的水質(zhì)狀況，并且可以和當?shù)氐谋尘爸颠M行比較。 模糊綜合評價算法需要輸入各個元素的監(jiān)測記錄值和權(quán)值，通過運算得到隸屬度矩陣和評價結(jié)果向量，由評價結(jié)果向量判斷出最后的值。 當對如下數(shù)據(jù)進行評價時(如圖5.4)，圖5.4地表水測試數(shù)據(jù)得出的結(jié)果頁面如圖5.5所示：圖5.5地表水評價結(jié)果 在地表水評價頁面中，首先展示了根據(jù)隸屬度矩陣得出的評價結(jié)果向量，評價結(jié)果根據(jù)評價結(jié)果向量得出。展示評價向量是為了讓用戶更直觀的看到評價的過程，然后在下方用柱狀統(tǒng)計圖進行對比，對監(jiān)測值和背景值進一步的比較?？梢钥闯?，地表水的評價模塊基本上完成了起初設(shè)想的功能。5.2.2地下水的評價 地下水的評價采用了單因子模糊評價算法。此算法要求輸入影響地下水質(zhì)量的各個元素值，首先對每個地下水元素按照國家標準進行分類，這樣可以讓用戶更直觀的看出是什么元素超標，可能對環(huán)境造成的影響最大。然后按照算法對采集數(shù)據(jù)給出一個最終評價結(jié)果，來展示出當前地點的地下水總體狀況。最后對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計圖展示。 當對以下測試數(shù)據(jù)測試時(如圖5.6)，圖5.6地下水評價測試數(shù)據(jù) 得出的評價結(jié)果如圖5.7所示： 圖5.7地下水評價結(jié)果頁面 可以看出，系統(tǒng)已經(jīng)對地下水的每個元素都進行了分類評價，并且給出了總的評價結(jié)果，在圖表的下方給出了元素的條形統(tǒng)計圖。評價的結(jié)果從人工的角度來看，得到了很好的效果，且不存在明顯的錯誤。 5.3地圖展示功能 對這一模塊的測試主要是測試數(shù)據(jù)庫中的坐標是否讀取完整，是否將詳細信息顯示完整。其中點擊第一個按鈕會得到地表水采集點在地圖上的位置信息，點擊第二個按鈕會得到地下水采集點在地圖上的位置信息。當點擊地表水采集點按鈕時，地表水監(jiān)測信息記錄點的位置信息顯示如圖5.8所示:圖5.8地表水采集點展示 當點擊地下水采集點展示按鈕時，地下水監(jiān)測記錄點的位置信息顯示如圖5.9所示:圖5.9地下水采集點展示 可以看出，所有的點都顯示完整，在地上以紅色的marker點標注出來，而且還會顯示一些具體的信息。這項功能也實現(xiàn)了系統(tǒng)建立之初的設(shè)想。第六章展望 水體環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過建立數(shù)據(jù)庫和Web系統(tǒng)，幫助相關(guān)人員做到水資源的質(zhì)量評價工作。本系統(tǒng)相比于目前的評價系統(tǒng)，有以下幾點創(chuàng)新：(1)本系統(tǒng)界面清晰簡單，不存在其它冗余繁雜不實用的功能，用戶通過系統(tǒng)可以直接完成工作。(2)在系統(tǒng)中加入了GIS的相關(guān)功能，在百度地圖上會直接顯示出監(jiān)測記錄的具體位置信息，方便從總體上判斷某個地區(qū)的水資源質(zhì)量信息。(3)支持水資源數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入與導(dǎo)出，降低了輸入數(shù)據(jù)工作的勞動量，只需將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)就能對數(shù)據(jù)進行評價，也可以將評價工作直接導(dǎo)出系統(tǒng)，用作其它用途。但是系統(tǒng)的設(shè)計與完成工作存在著不足，主要存在以下幾點問題，這是我以后改進系統(tǒng)的發(fā)展方向：(1)雖然系統(tǒng)已經(jīng)做到了數(shù)據(jù)的批量輸入與輸出，但是還是需要人工，并且不能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性，所以應(yīng)該考慮將監(jiān)測設(shè)備直接聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)，做到數(shù)據(jù)的自動輸入，或者利用遙感衛(wèi)星的監(jiān)測功能，將遙感衛(wèi)星接入系統(tǒng)，這樣一來，就可以保證數(shù)據(jù)的實時性。并且由于少了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移性，系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)都是第一手數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的準確性。因為水資源存在流動性，若利用遙感衛(wèi)星，可以做到對水資源的時空分析。(2)目前系統(tǒng)還只是在本地上運行，沒有做到真正的網(wǎng)絡(luò)化。若本地的數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題或相關(guān)系統(tǒng)文件的丟失將會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰，因此考慮將系統(tǒng)部署到阿里云服務(wù)器，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，且實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，相關(guān)人員只需登錄網(wǎng)址就可以對數(shù)據(jù)進行存儲與評價。(3)隨著GIS和計算機理論與技術(shù)在水資源評價中的應(yīng)用逐漸成熟，GIS的強大空間分析功能必將通過計算機來得到的充分實現(xiàn)，并運用于水資源的評價和合理開發(fā)REF_Ref9175141\r\h[13]。本系統(tǒng)到目前為止，只是做了數(shù)據(jù)的管理、評價和地圖顯示功能，我認為，利用GIS的相關(guān)知識，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)建立相關(guān)模型，這會幫助我們?nèi)ネ瓿蓪ふ宜Y源污染源頭的目標，也為相關(guān)人員去制定相關(guān)決策提供了依據(jù)。參考文獻張麗,張繼賢,喬平林.流域水資源環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪通報,2004(02):50-53.王玉平,金曉媚,劉金武.中國地下水資源合理開發(fā)利用研究[J].石家莊經(jīng)濟學(xué)院學(xué)報,2000(02)