CN115796713A - 一种基于数据融合的地下水评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数据融合的地下水评估系统,属于地下水勘测系统技术领域,包括地下水管理成效数据采集模块,地下水管理成效数据采集模块连接有地下水管理成效数据分析模块,地下水管理成效数据分析模块连接有地下水管理成效评估模块。本发明能够对地下水超采治理工作成效的通用指标进行定量评估,同时兼顾不同地区的地下水超采影响机理形成特色指标,形成综合评估指标,对不同地区的地下水超采治理成效进行定量分析后得出定性的评估结果,解决了现有单一评估方式对不同地区地下水超采管理工作成效进行评估科学性差以及多样化不同标准的地下水超采管理工作成效进行评估不方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种地下水评估系统,特别是涉及一种基于数据融合的地下水评估系统,属于地下水勘测系统技术领域。
背景技术
随着我国经济社会的发展和人口的增长,对水资源的需求在不断增大,地下水作为重要的水资源来源已经呈现出过度开发利用的情势,不合理的地下水开发和过度利用导致地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝、地面塌陷、海水入侵以及水质恶化这些生态问题,我国很多地方都出现了地下水的超采现象,华北地区地下水的超采会形成地下水漏斗,造成海水入侵,长三角地区地下水位的大幅下降会造成透水层和含水层空隙压力降低,导致粘性涂层孔隙水被挤出,进而产生压密变形造成地面沉降,这样的地面沉降会加剧洪涝灾害的发生,地下水的超采还会造成地裂缝的产生数量加大,在地裂缝位于城镇或者居民区的时候,会破坏路面和建筑物,威胁了居民的生命财产安全,而在西北地区地下水的超采会造成土地的荒漠化加剧,因此针对这类超采现象,我国实施了严格的水资源管理制度,实行地下水限采、禁采以及封井制度,加强重点用水单位的用水监测,在严格压缩和控制地下水开采量的同时,实时地下水人工回灌策略,创建水源替代工程,各个地区为响应国家的水资源管理制度构建了很多的地下水管理评估体系,以定性以及定量的方式对地下水超采管理工作的成效做出评估,以此加强对地下水超采区的管理,多是通过水位、水量、水质以及超采面积来反映地下超采区治理的成效,但是不同地区地下水超采产生的影响机理是不一样的,采用相同的评估方式来进行地下水超采的评估是不科学的,无法兼顾地下水超采治理形成的共通指标以及地方特色指标形成定制化的地下水超采综合评估指标,多样化完全不同的评估指标以及标准也不利于地下水超采评估管理工作的共同推荐和管理。因此,针对以上不足,本发明提出一种基于数据融合的地下水评估系统,该系统能够对地下水超采治理工作成效的通用指标进行定量评估,同时兼顾不同地区的地下水超采影响机理形成特色指标,再将通用指标和特色指标进行综合分析以及线性叠加,形成综合评估指标,根据对综合评估指标的分析和分类,对不同地区的地下水超采治理成效进行定量分析后得出定性的评估结果,解决了现有单一评估方式对不同地区地下水超采管理工作成效进行评估科学性差以及多样化不同标准的地下水超采管理工作成效进行评估不方便实现全国地下水超采管理工作成效评估的共同推进和管理的不足。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有单一评估方式对不同地区地下水超采管理工作成效进行评估科学性差以及多样化不同标准的地下水超采管理工作成效进行评估不方便实现全国地下水超采管理工作成效评估的共同推进和管理的不足,而提供的一种基于数据融合的地下水评估系统。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到:
一种基于数据融合的地下水评估系统,包括地下水管理成效数据采集模块,所述地下水管理成效数据采集模块连接有地下水管理成效数据分析模块,所述地下水管理成效数据分析模块连接有地下水管理成效评估模块,其中:
地下水管理成效数据采集模块:用于采集评价年内的通用成效数据以及地方特色成效数据,其中通用成效数据包括地下水水位变化量、地下水开采量、地下水供水量、地下水水质类别、地下水监测井密度以及地下水监测井的有效监测率,地方特色成效数据包括华北特色成效数据、长三角特色成效数据以及西北特色成效数据,其中华北特色成效数据包括漏斗面积年均变化率和海水入侵距岸距离,长三角特色成效数据包括地面沉降速率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积,西北特色成效数据包括地下水对植被根系的支撑率、荒漠化面积年均变化率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积。
地下水管理成效数据分析模块:通过地下水管理成效数据采集模块采集的数据进行分析得出通用成效指标和地方成效指标,其中,设置通用成效指标与地下水水位变化量正相关,与地下水开采量和地下水供水量的比值负相关,与地下水水质类别代表值负相关,与地下水监测井密度和地下水监测井有效率的乘积正相关,通用成效指标的公式为:;式中:为通用成效指标,为地下水水位变化量,R为地下水和地下水供水量的比值,N为地下水水质类别代表值,为地下水监测井密度,M为地下水监测井的有效率。
地下水管理成效评估模块:用于将通用成效指标和地方特色指标进行回归处理,便于根据回归值的大小对地下水管理成效进行直接定量分类评估,设置综合管理成效评估指标,综合管理成效评估指标等于通用成效指标与地方特色指标的加权之和,通用成效指标的权重为0.5,地方特色指标的权重为0.5,综合管理成效指标的评估公式为:;式中:为综合管理成效指标。
作为本发明进一步的方案,地下水水位变量等于基准年地下水平均埋深与评价年地下水平均埋深的差值减去评价年内历次降雨引起的地下水变化幅度再除以评价年和基准年年份差,地下水质类别代表值N的取值方式为:当地下水水质分类为I类时,,当地下水水质分类为II类时,,当地下水水质分类为III类时,,当地下水水质分类为IV类时,,当地下水水质分类为V类时,。
作为本发明进一步的方案,所述西北地区荒漠化面积年均变化率为评价年荒漠化面积和基准年荒漠化面积之差与基准年荒漠化面积比值的年平均值。
作为本发明进一步的方案,所述西北地区地下水对植被根系的支撑率为地下水满足植被所需临界埋深的面积与研究区域植被总面积的比值。
作为本发明进一步的方案,所述地下水管理成效评估模块的回归方法包括如下步骤:
本发明的有益技术效果:按照本发明的基于数据融合的地下水评估系统,通过地下水管理成效数据采集模块的设置,能够利用地下水管理成效数据采集模块采集评价年内的通用成效数据以及地方特色成效数据,便于为地下水管理成效数据分析模块提供计算和分析的数据基础,通过地下水管理成效数据分析模块的设置,能够对地下水管理成效数据采集模块采集到的数据进行计算和分析通用成效指标和地方特色成效指标便于为地下水管理成效评估模块提供评估的数据基础,通过地下水管理成效评估模块的设置,能够通过通用成效指标和地方特色成效指标得出综合评估指标,再结合回归分析的方法,对综合评估指标进行回归分析,并对地下水管理工作的管理成效划分等级,能够对地下水超采治理工作成效的通用指标进行定量评估,同时兼顾不同地区的地下水超采影响机理形成特色指标,再将通用指标和特色指标进行综合分析以及线性叠加,形成综合评估指标,根据对综合评估指标的分析和分类,对不同地区的地下水超采治理成效进行定量分析后得出定性的评估结果,解决了现有单一评估方式对不同地区地下水超采管理工作成效进行评估科学性差以及多样化不同标准的地下水超采管理工作成效进行评估不方便。
附图说明
图1为按照本发明的基于数据融合的地下水评估系统的整体框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案,下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示,本实施例提供的基于数据融合的地下水评估系统,包括地下水管理成效数据采集模块,所述地下水管理成效数据采集模块连接有地下水管理成效数据分析模块,所述地下水管理成效数据分析模块连接有地下水管理成效评估模块,上述模块的功能如下:
地下水管理成效数据采集模块:用于采集评价年内的通用成效数据以及地方特色成效数据,其中通用成效数据包括地下水水位变化量、地下水开采量、地下水供水量、地下水水质类别、地下水监测井密度以及地下水监测井的有效监测率,地方特色成效数据包括华北特色成效数据、长三角特色成效数据以及西北特色成效数据,其中华北特色成效数据包括漏斗面积年均变化率和海水入侵距岸距离,长三角特色成效数据包括地面沉降速率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积,西北特色成效数据包括地下水对植被根系的支撑率、荒漠化面积年均变化率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积。
地下水管理成效数据分析模块:用于通过地下水管理成效数据采集模块采集的数据计算出通用成效指标,再结合地区的分类计算出各个地区的地方成效指标,其中,设置通用成效指标与地下水水位变化量正相关,与地下水开采量和地下水供水量的比值负相关,与地下水水质类别代表值负相关,与地下水监测井密度和地下水监测井有效率的乘积正相关,通用成效指标的公式为:;式中:为通用成效指标,为地下水水位变化量,R为地下水和地下水供水量的比值,N为地下水水质类别代表值,为地下水监测井密度,M为地下水监测井的有效率。
长三角特色成效指标与长三角地区地面沉降速率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积负相关,长三角特色成效指标的评估公式为:;式中:为长三角地区的地面沉降速率,为长三角地区的地裂缝累计长度,为长三角地区地裂缝影响面积,为长三角地区地裂缝出现的条数。
地下水管理成效评估模块:用于将通用成效指标和地方特色指标进行回归处理,便于根据回归值的大小对地下水管理成效进行直接定量分类评估,设置综合管理成效评估指标,综合管理成效评估指标等于通用成效指标与地方特色指标的加权之和,通用成效指标的权重为0.5,地方特色指标的权重为0.5,综合管理成效指标的评估公式为:
本发明提出的基于数据融合的地下水评估系统,通过地下水管理成效数据采集模块的设置,能够利用地下水管理成效数据采集模块采集评价年内的通用成效数据以及地方特色成效数据,便于为地下水管理成效数据分析模块提供计算和分析的数据基础,通过地下水管理成效数据分析模块的设置,能够对地下水管理成效数据采集模块采集到的数据进行计算和分析通用成效指标和地方特色成效指标便于为地下水管理成效评估模块提供评估的数据基础,通过地下水管理成效评估模块的设置,能够通过通用成效指标和地方特色成效指标得出综合评估指标,再结合回归分析的方法,对综合评估指标进行回归分析,并对地下水管理工作的管理成效划分等级,能够对地下水超采治理工作成效的通用指标进行定量评估,同时兼顾不同地区的地下水超采影响机理形成特色指标,再将通用指标和特色指标进行综合分析以及线性叠加,形成综合评估指标,根据对综合评估指标的分析和分类,对不同地区的地下水超采治理成效进行定量分析后得出定性的评估结果,解决了现有单一评估方式对不同地区地下水超采管理工作成效进行评估科学性差以及多样化不同标准的地下水超采管理工作成效进行评估不方便。
地下水水位变量等于基准年地下水平均埋深与评价年地下水平均埋深的差值减去评价年内历次降雨引起的地下水变化幅度再除以评价年和基准年年份差,地下水质类别代表值N的取值方式为:当地下水水质分类为I类时,,当地下水水质分类为II类时,,当地下水水质分类为III类时,,当地下水水质分类为IV类时,,当地下水水质分类为V类时,。
通过地下水水位变量的设置,能够根据基准年地下水平均埋深和评价年地下水平均埋深的差值计算出地下水埋深的改变量,再将评价年内降水引起的地下水位变化幅度,排除评价年内降水对地下水管理工作引起地下水水位变化的影响,再将得到的结果除以评价年和基准年之间的年份差就能够得到评价年到基准年之间的年平均地下水位变化量;通过地下水质类别代表值的设置,能够根据各地对水质的检测获取的水质分类结果化作定量的数据代入本发明提出的通用成效指标评估公式中去,便于将水质的改变纳入到通用成效指标的评估中去,使得通用成效指标的科学性和综合性增加。
通过第一判别系数、所述第二判别系数以及所述第三判别系数取值方式的设置,能够利用系数的方式使得各个地方使用同一个地方特色成效指标,结合地区的差异使得第一判别系数、所述第二判别系数以及所述第三判别系数的取值发生对应的调整,能够使得各个地区的地方特色成效指标既能使用同一个公式进行统计,又能够依赖系数的变化实现地区差异的更换,方便数据的集中管理和综合评价。
所述西北地区荒漠化面积年均变化率为评价年荒漠化面积和基准年荒漠化面积之差与基准年荒漠化面积比值的年平均值。
所述西北地区地下水对植被根系的支撑率为地下水满足植被所需临界埋深的面积与研究区域植被总面积的比值。
所述地下水管理成效评估模块的回归方法包括如下步骤:
通过回归分析的设置,能够将分散的数据进行集中化,便于将数据在小区间内进行二分类,方便对地下水管理工作成效划分等级,进而便于根据划分等级的查看对各个地区的地下水管理工作成效,对各个地区地下水管理工作成效的理解和评估更加直观和全面。
综上所述,在本实施例中,按照本实施例的基于数据融合的地下水评估系统,通过地下水水位变量的设置,能够根据基准年地下水平均埋深和评价年地下水平均埋深的差值计算出地下水埋深的改变量,再将评价年内降水引起的地下水位变化幅度,排除评价年内降水对地下水管理工作引起地下水水位变化的影响,再将得到的结果除以评价年和基准年之间的年份差就能够得到评价年到基准年之间的年平均地下水位变化量;通过地下水质类别代表值的设置,能够根据各地对水质的检测获取的水质分类结果化作定量的数据代入本发明提出的通用成效指标评估公式中去,便于将水质的改变纳入到通用成效指标的评估中去,使得通用成效指标的科学性和综合性增加。通过第一判别系数、所述第二判别系数以及所述第三判别系数取值方式的设置,能够利用系数的方式使得各个地方使用同一个地方特色成效指标,结合地区的差异使得第一判别系数、所述第二判别系数以及所述第三判别系数的取值发生对应的调整,能够使得各个地区的地方特色成效指标既能使用同一个公式进行统计,又能够依赖系数的变化实现地区差异的更换,方便数据的集中管理和综合评价。通过回归分析的设置,能够将分散的数据进行集中化,便于将数据在小区间内进行二分类,方便对地下水管理工作成效划分等级,进而便于根据划分等级的查看对各个地区的地下水管理工作成效,对各个地区地下水管理工作成效的理解和评估更加直观和全面。
以上所述,仅为本发明进一步的实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于数据融合的地下水评估系统,其特征在于,包括地下水管理成效数据采集模块、地下水管理成效数据分析模块以及地下水管理成效评估模块,所述地下水管理成效数据采集模块与所述地下水管理成效数据分析模块相连,所述地下水管理成效数据分析模块与所述地下水管理成效评估模块相连,所述地下水管理成效数据分析模块通过通用成效指标和地方特色成效指标对地下水管理成效进行分析,其中通用成效指标与地下水水位变化量正相关,与地下水开采量和地下水供水量的比值负相关,与地下水水质类别代表值负相关,与监测井密度和地下水监测井有效率的乘积正相关,通用成效指标的公式为:
地下水管理成效评估模块通过综合管理成效指标评估地下水管理成效,综合管理成效指标为通用成效指标与地方特色成效指标的加权之和,通用成效指标和地方特色指标的权重分别为0.5、0.5,综合管理成效指标的评估公式为:
4.如权利要求2所述的一种基于数据融合的地下水评估系统,其特征在于,所述地下水管理成效数据分析模块中,华北特色成效指标与华北地区漏斗面积年均变化率以及华北地区海水入侵距岸距离负相关,华北特色成效指标的评估公式为:
长三角特色成效指标与长三角地区地面沉降速率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积负相关,长三角特色成效指标的评估公式为:
西北特色成效指标与地下水对植被根系的支撑率正相关,与荒漠化面积年均变化率、西北地区地裂缝累计长度、西北地区地裂缝出现条数以西北地区地裂缝影响面积负相关,西北特色成效指标的评估方式为:
5.如权利要求4所述的一种基于数据融合的地下水评估系统,其特征在于,所述地下水管理成效数据分析模块中,西北地区荒漠化面积年均变化率为评价年荒漠化面积和基准年荒漠化面积之差与基准年荒漠化面积比值的年平均值,西北地区地下水对植被根系的支撑率为地下水满足植被所需临界埋深的面积与研究区域植被总面积的比值。
6.如权利要求2所述的一种基于数据融合的地下水评估系统,其特征在于,所述地下水管理成效数据采集模块:用于采集评价年内的通用成效数据以及地方特色成效数据,其中通用成效数据包括地下水水位变化量、地下水开采量、地下水供水量、地下水水质类别、地下水监测井密度以及地下水监测井的有效监测率,地方特色成效数据包括华北特色成效数据、长三角特色成效数据以及西北特色成效数据,其中华北特色成效数据包括漏斗面积年均变化率和海水入侵距岸距离,长三角特色成效数据包括地面沉降速率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积,西北特色成效数据包括地下水对植被根系的支撑率、荒漠化面积年均变化率、地裂缝累计长度、地裂缝出现条数以及地裂缝影响面积。
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