水体环境参数监测管理系统的设计和应用

水体环境参数监测管理系统的设计和应用 摘要 随着当今社会经济的快速发展，环境污染也成为了人类社会不可避免的问题。水资源与人类的生活息息相关，为了保护和合理利用开发水资源，防止和控制水资源污染，所以对水资源进行科学的管理和质量评价是迫在眉睫的任务。 水体环境参数监测管理系统设计之初的目的就是帮助相关工作人员实现对水资源监测数据的管理和对其质量的评价，更好为政府出台相关水资源的保护与治理的政策提供科学依据。系统主要采用前后端交互的基本设计思想，将监测数据存储于MySQL数据库中，并利用GIS的技术，实现对监测数据记录点的具体位置显示，更直观的分析水资源质量分布情况。在对水资源进行质量评价时，对地表水和地下水采用不同的评价算法，得出当前位置水资源的质量情况，让评价工作更具有科学性，方便相关工作人员采取相应的措施对水资源进行保护，工作人员可以通过系统提供的地图判断出造成污染的可能原因，并做出应对措施，更好地为居民生活可持续发展服务。关键词：水资源环境GIS水质评价 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目录第一章绪言 杨万辰：水体环境参数监测管理系统的设计与应用第一章绪言水是生命之源、万物之本，从古以来，水资源就是人类发展与生存不可或缺的物质。然而，随着当今社会经济的迅猛发展，水资源短缺和水资源遭到污染破坏已经成为了不可避免的问题。因此如何对水资源进行科学的管理与质量评价是势在必行的工作，在这样的严峻形式下，水体环境参数监测管理系统诞生了。水体环境参数监测管理系统设计之初的目的就是帮助相关工作人员实现对水资源监测数据的管理和对其质量的评价，更好为政府出台相关水资源的保护与治理的政策提供科学依据。系统主要采用前后端交互的基本设计思想，将监测数据存储于MySQL数据库中，并利用GIS的技术，实现对监测数据记录点的具体位置显示，更直观的分析水资源质量分布情况。在对水资源进行质量评价时，对地表水和地下水采用不同的评价算法，得出当前位置水资源的质量情况，让评价工作更具有科学性，方便相关工作人员采取相应的措施对水资源进行保护，工作人员可以通过系统提供的地图判断出造成污染的可能原因，并做出应对措施，更好地为居民生活可持续发展服务。在后面的文章中，第二章主要是水资源评价的研究背景和现状。第三章是对本系统用到的相关技术以及水资源的评价算法进行介绍。第四章为系统的结构介绍和系统主要功能模块的设计与实现过程。第五章是系统测试，主要将系统的各个功能进行测试，并用相关数据对评价算法进行测试。第六章为展望。第二章研究背景及现状2.1地表水资源的评价研究2.1.1国内地表水评价随着经济的迅速发展，随之而来的环境污染问题越来越严重，地表水广泛应用于居民的生产生活中，但是近年来，地表水由于工业污水的不当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体因为某些不明物质的加入，造成水体之中原有的物理生物大量死亡、生态环境遭到破环，放射性元素异常升高或者是化学结构等方面发生改变，最终导致水体总体水质恶化、严重影响水体的正常使用、生态环境遭到严重破坏或者是危害居民的身体健康的现象。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体种类。我国近些年来经济发展速度世界有目共睹，加上我国的人口基数大，再加上相关部门没有特别重视地表水的污染问题，导致地表水污染的问题非常严重。依据2015年中国环境质量现状的公报显示，全国范围内河流水质状况有如下特点：河流上游的水质比下游的水质好，下游水质和城市周围的水质一般都很差，特别是长江三角洲、环京津地区和珠江三角洲等经济发达、人口密集的区域的地表水体的污染尤为严重。对长江区域的160个国控断面的监测分析，劣V类占3.1%;黄河流域的62个国控断面中，劣V类占12.9%;辽河流域的55个国控断面中，劣V类占14.5%;相比之下西北地区、西南地区、东南地区的河流水质情况最好，无劣V类水质断面。接受评价的湖泊数量为62个，滇池附近的相关湖泊的水质属于重度污染，污染非常严重，巢湖附近的相关湖泊的污染属于中度污染。西北诸河区域、珠江区域、松花江区域、长江区域湖泊的水质比较好；洱海、抚仙湖、泸沽湖等湖泊水质优。全国的水库的水质都以中富营养为主，滇池和达责湖属于中度富营养化，太湖、巢湖、淀山湖、洪洋湖等属于轻度富营养。长江地区和淮河地区的水库富营养化和中营养化的状态并存，大多的存在方式是中营养化的状态，西南和珠江区域的水库以及东南地区的水库主要以中营养化为主。根据上述的描述，我国的地表水污染状况十分严峻，因此我们必须采取有效措施来防止污染的发生与升级，保护地表水资源。2.1.2国外地表水评价 20世纪初，地球上许多的湖泊河流被各种因素所污染，生活用水、农田灌溉用水不能得到良好的保障，人们越来越关注水质安全问题，如何对水质进行系统的评价也成为大家思考的问题。进入20世纪后，柯克维兹和莫松就利用生物学的方法对水质的评价分类工作提供了相关方法;在1909-1911年，英国人借鉴了前人生物学的方法，率先将化学指标引入了水质的评价工作中，利用化学元素对地表水质量进行评价。在1965年，霍顿提出了水质评价的质量指数法(QI)，这个算法的提出标志着现代对地表水的评价已经步入正轨。在1970年，N.L.Nemerow提出了内梅罗指数法，利用这一方法，他对纽约的一些地表水的污染情况开展了评价与分析工作，并取得了较好的效果。1977年，S.L.Ross根据BOD,NH3-N,SS及DO四项指标，对英国的主干河流进行了评价与分析，并在总结以前质量评价方法的基础上，提出了另外一种水质指数的计算方法，提高了当时评价工作的准确性。在1990年后，人们对数学和建模的认知越来越高，应用也愈发熟练，于是人们开始尝试在水质评价工作中应用数学工作或者建立相关模型，对水质的评价工作又迈出了很大的一步。现在全世界各地学者对地表水进行评价时，不仅对生物和化学必要指标进行考虑，同时也对物理影响因素进行考虑，这对科学全面的进行水质评价提供了思路。总之，国外的水质评价工作可以概括为以一个多学科的对多介质、多参数的水质数据的分析过程REF_Ref9156271\r\h[9]。2.2地下水资源的评价研究地下水资源是人类最重要水源之一，与地表水资源相比，地下水资源具有时空分布稳定、储存量较大、调蓄能力较好、水质较好等优点。地下水资源的评价目的主要是为合理的利用地下水资源做出分析与评估，在满足一定水质的要求下，开采利用地下水。2.2.1国内地下水评价我国的地下水资源评价一共经历了三个阶段：(1)20世纪的50年代。50年代之初，我国进行了水文地质的普查工作，按照国际的图幅进行地下水资源的初步估算；到50年代的后期，开始组织了华北平原的地下水资源评价工作，包括冀、鲁、豫三省。与此同时，许多重要城市如西安、石家庄、北京、包头等，结合当地城市供水，也进行了大面积的地下水资源的评价。(2)20世纪60一80年代。在这个时期，基于农业发展及用水需要，我国开展了大范围的地下水资源评价工作。东北、华北以及西北、西南等地区进行了初步的地下水资源计算，而沈阳、北京和西安等重要的城市，在以前评价的基础上，进一步做了详细评价。(3)80年代至今。在之前工作阶段的基础上，研究人员对国内地下水的资源概括已初步掌握，对于地下水资源质量的评价，无论是在理论研究还是在评价方法上，都积累了充足的经验和大量资料，为系统地评价国内地下水资源奠定基础。2.2.2国外地下水评价国外的地下水资源评价发展历程与国内对地下水资源的评价几乎一样，都是由片面评价到全面的分析。自20世纪60年代至80年代，国土面积较大的国家如中国，美国，澳大利亚，前苏联等逐渐认识到地下水资源的重要性，率先对地下水资源开展了质量分析与评价工作，这些工作为后来国家的评价活动积累了丰富的经验。在1982年，欧共体9国在汇总基础水文地质数据和地下水开采量的基础上，也尝试性的对地下水资源做了统一的区域性评价REF_Ref8596610\r\h[2]。在上世纪60年代，苏联也在水资源评价理论方面做出了一定成果，对水资源的补给量考虑降雨人渗，消耗量考虑蒸发，主要采用河流水文图成因分解法，结合地下水动态资料，对地下水资源进行评价，地下水径流则采用在等值线图用多年平均模数表示REF_Ref9071296\r\h[3]。虽然当时考虑补径排条件不够全面，但是对地下水可开采量的计算考虑了地下水动态稳定条件，用解析法预测可开采量时限制了允许降深。当时计算地貌包括了盆地、平原和丘陵，给定的计算条件是允许动用一部分的储存量。70年代，美国西部由于遇到严重旱灾，系统的了解水资源成为重要问题，为此启动17年的区域含水层系统分析计划。当时，美国主要采用有限差分法计算水资源，数值计算的方法逐渐完善。1977年，联合国教科文组织对水资源做出当时较为全面准确的定义，从那时候开始，全世界的许多国家逐渐开始重视水资源的评价工作，相继展开了相关水资源量与质评价的研究探讨REF_Ref9071379\r\h[4]。在20世纪80年代，欧洲的许多国家为了对水资源的发展和开采更加具有科学性，也对地下水的评价工作做了许多尝试，这些工作虽然以当时地下水的水文地质条件和地下水开采现状为前提条件，定量评价地下水资源可增加的开采量。但在当时，由于经济发展和技术创新的局限，忽略了排泄量，只考虑到含水层的补给量和径流量，并且尽可能不破坏环境，只计算和评价了非承压含水层的地下水量，把资源量减去现状开采量作为可扩大开采量。2.3相关案例 对于水资源的评价工作以及系统的开发，相关人员并没有停下脚步。抚顺市是我国辽宁省东北部的一座城市，其在2017年的降雨量较2016年比较，较少了一半之多，抚顺市的水库较多，存储量也减少许多。夏春龙在2019年发表的文章中，讲述了对抚顺市的地表水进行评价的过程，他主要利用了2017年抚顺市地表水水质站点的监测资料，对地表水的化学特征及主要河流、水库的水质状况等进行了分析，最终得出；顺市地区的河流与水库情况总体较好，但是存在个别区域收到污染REF_Ref9080060\r\h[5]。在武汉市生态环境局的官网上，就有一个环境评价系统，通过系统，人们可以看到武汉市最近的环境情况，例如噪声污染、大气质量、水资源质量等，但系统的界面存在乱码的情况，不能让人们清晰准确的看到相关信息。因此，开发一个简单明了、实用性较强的水资源监测评价系统势在必行。第三章相关技术介绍 本章主要对系统用到的框架，数据库技术以及相关的水质评价算法做出介绍。3.1系统框架3.1.1后台框架 本系统后台主要采用Java语言编写，利用SSM框架作为系统的后台框架。SSM框架分别是指Spring、SpingMVC、MyBatis。

Spring创建的目的就是为了让程序员解决企业应用开发过于繁琐复杂的问题。在Spring框架中，它使用最基本的JavaBean来代替EJB，在EJB中，需要叶哥的将各种不同类型的接口实现，因此会有大量类似甚至重复的代码存在，因此若使用EJB进行开发，工作效率势必会非常低，所以Spring让开发变得跟简单。 SpringMVC将开发工作分为了三个块，分别是model、view、controller，它降低了程序的耦合性，不再让开发工作变得处处“小心”。 在本系统中，我主要利用了Mybatis来生成简单的SQL语句。在Mybatis中，mapper文件与数据库语句的xml文件一一对应，它首先提高了开发效率，让开发人员可以使用直接生成的SQL语句，其次对SQL语句进行统一的管理，方便了开发工作。3.1.2前端框架 前端框架采用了开源的Layui框架。Layui是一款由中国程序员开发的框架，在本系统中，选用此框架最重要的原因就是功能丰富且上手快，它主要采用模块化的形式来完成前端页面的编写，且在本系统中，用到的表格和form它都做到了完美的支持，在开发过程中直接调用提供的模块就能完成初始的工作。3.2数据库技术 在对水资源数据进行存储时，系统选用MySQL作为数据库来存储数据，选用MySQL的原因有以下几点：(1)它是一个开源的数据库，在开发过程中的使用是完全免费的；(2)MySQL在Web开发过程中表现良好，且属于轻量型数据库，比较适合本系统的开发性质。3.3评价算法3.3.1地表水评价模糊综合评价法可以用于地表水的评价，可以对地表水中生化需氧量、高锰酸钾指数、氨氮、总氮、总磷、氯化物、溶解氧、挥发酚、大肠杆菌群、石油类等重要的化学元素和指标进行评价。在地表水评价中，模糊综合评价法得到了充分的应用，其实验结果说明：在地表水的评价中采用此方法得到的结果十分明显，因为水环境本身就存在模糊和一定的不确定性，该方法的评价符合实际的自然的规律，评级具有一定的说服力。模糊综合评价的评估结果对向量结果进行分析的时候，最大隶属度的原则有一定的有效性，可以加用加权平均的原则对结果的向量进行分析和评价，然后对评价的地表水环境进行分析，可以分析出评价区域的地表水环境的时间、空间变化的规律，为以后的趋势预测提供定量、科学有效地评价依据。模糊综合评价法的步骤主要分为六步，下面介绍具体的实现过程：(1)建立评价因子集：根据国家水质标准的有关规定或者要评价的对象，确定出影响评价对象的评价因子集，这要具体情况具体分析，不同的评价对象形成的评价因子集也是不一样的。而影响地表水的因子为五种，形成的评价因子集为u={DO,BOD5,OC,酚，CN}(2)建立评价集：根据规定的水质标准给出分级标准。水体不同，则对应的评价标准集也就不一样，所以要根据具体水体给出评价标准。根据国家水质标准把此河流分为五级，标准数据如表3.1表3.1河口水评价标准评价因子一级二级三级四级五级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表示高锰酸盐指数(3)建立隶属函数：水污染程度是一个模糊概念，水质分级标准也是模糊的，用隶属度来刻划分级界线较合理。(4)单因子模糊评价。即将实际的监测值，代入到对应的隶属函数中，计算出隶属度。对每个因子进行隶属度的计算，由此可以得到单因子评价矩阵R。其中，第一行表示因子集中第一个因子对五级的隶属度，第一列表示评价因子集中所有评价因子对于一级水的隶属度。(5)建立权重集。由于每种因子即污染物的对水质的影响程度的不同，因此，对它们应赋于不同的权重ai。应用上述方法确定出评价因子的权重集A为：A=(Q1,Q2.Q3,Q4,Q5…)。(6)模糊综合评价B=A*R最后得出的结果即是各个评价因子对此地表水综合评价结果。例如在对如下数据(图3.1)进行评价时图3.1地表水算法运算数据 可以得出如下隶属度矩阵，如表3.2表3.2隶属度矩阵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 权重集为A=(0.2,0.2,0.2,0.2,0.5), 然后将权重集与此矩阵相乘，得到评价结果 B=(0.6533333333333333,0.3466666666666667,0.0,0.0,0.0); 因此该数据一级隶属度最大，得到的评价结果为优。3.3.2地下水评价(1)地下水评价标准为保护并且合理开发地下水资源，防止和控制地下水污染，保障人民身体健康，促进经济建设，国家技术监督局制订了《中华人民共和国地下水质量标准》。这一标准是地下水勘查评价、开发利用和监督管理的依据，规定了地下水的质量分类，地下水质量监测、评价方法和地下水质量保护，适用于一般地下水，不适用于地下热水、矿水、盐卤水REF_Ref9188614\r\h[12]。(2)地下水质量分类根据我国现在的地下水水质、居民生活状况、人体健康的基准值并且为了保护地下水资源，同时有关部门参照生活饮用水、工业、农业用水水质最高要求，将地下水质量分成了五类REF_Ref9157685\r\h[13]。其中Ⅰ类和Ⅱ类反应地下水化学元素的组成情况，适用于任何情况，Ⅲ类主要为了人体的健康着想，可以作为生活引用水，Ⅳ类可以作为农业和工业用水，进行了适当处理后，可以作为生活饮用水，Ⅴ类不适合饮用REF_Ref8596396\r\h[1]。(3)地下水质量分类指标(见表3.3)表3.3

地下水质量分类指标项目序号类别

标准值

项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类V类1色(度)≤5≤5≤15≤25>252嗅和味无无无无有3浑浊度(度)≤3≤3≤3≤10>104肉眼可见物无无无无有5pH6.5~8.55.5~6.5,8.5~9〈5.5,>96总硬度(以CaCO3计)(mg/L)≤150≤300≤450≤550>5507溶解性总固体(mg/L)≤300≤500≤1000≤2000>20008硫酸盐(mg/L)≤50≤150≤250≤350>3509氯化物(mg/L)≤50≤150≤250≤350>35010铁(Fe)(mg/L)≤0.1≤0.2≤0.3≤l.5>1.511锰(Mn)(mg/L)≤0.05≤0.05≤0.1≤1.0>1.012钢(Cu)(mg/L)≤0.01≤0.05≤1.0≤1.5>1.513锌(Zn)(mg/L)≤0.05≤0.5≤1.0≤5.0>5.014铝(Mo)(mg/L)≤0.001≤0.01≤0.1≤0.5>0.5(续表3.3)项目序号Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类V类15钴(Co)(mg/L)≤0.005≤0.05≤0.05≤1.0>1.016挥发性酚类(以苯酚)(mg/L)0.0010.0010.002≤0.0l0.0117阴离子合成洗涤剂(mg/L)不得检出≤0.1≤0.3≤0.3>0.318高锰酸盐指数(mg/L)≤1.0≤2.0≤3.0≤10>1019硝酸盐(以N计〕(mg/L)≤2.0≤5.0≤20≤30>3020亚硝酸盐(以N计)(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镉(Cd)(mg/L)≤0.0001≤0.001≤0.01≤0.01>0.0129铬(六价)(Cr6+)(mg/L〕≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.130铅(Pb)(mg/L)≤0.005≤0.01≤0.05≤0.1>0.131铍(Be)(mg/L)≤0.00002≤0.0001≤0.0002≤0.001>0.00132钡(Ba)(mg/L)≤0.01≤0.1≤1.0≤4.0>4.033镍(Ni)(mg/L)≤0.005≤0.05≤0.05≤0.1>0.134滴滴涕(μg/L〕不得检出≤0.005≤1.0≤1.0>1.035六六六(μg/L)≤0.005≤0.05≤5.0≤5.0>5.036总大肠菌群(个/L)≤3.0≤3.0≤3.0≤100>10037细菌总数(个/rnL)≤100≤100≤100≤1000>100038总放射性(Bq/L)≤0.1≤0.1≤0.1>0.1>0.139总ß放射性(Bq/L)≤0.1≤1.0≤1.0>1.0>1.0(4)地下水质量评价地下水质量评价采用单因子模糊评价算法，按照国家的分类标准，将地下水的质量标准分为五类，若存在不同类别但是标准值相同的情况时，应该按照从优不从劣的原则，按照好的类别评价REF_Ref9174996\r\h[10]。首先算法对每个评价元素按照国家标准进行评分，同时也确定了此元素在国家标准中所处的类别，在对元素评分时，遵循以下原则(见表3.4)：表3.4评分值对照表类别ⅠⅡⅢⅣⅤFi013610然后按式（1）和式（2）计算最终的综合评价分值F(其中Fav是所有评分值的平均值，Fmax是评分元素中得分的最大值，n是参与评分元素的个数)。F=sqr[(Fav^2+Fmax^2)/2](1)Fav=(F1+F2+...+Fi)/n(2)根据到的F值，按以下规定(表3.5)确定当前监测记录的地下水质量评价最终总级别，如“优良”、“较好”等。表3.5地下水分级表级别优良良好较好较差极差F<0.800.80-<2.502.50-<4.254.25-<7.20>7.20 例如在对以下数据进行评价时(见图3.2或表3.6)，图3.2地下水算法运算数据表3.6地下水算法运算数据phNH4NitrateNitritePhenolcyanideArsenicHg6.50.00530.0020.0010.010.0050.0005Cr6CaCO3PbFluorideCdFeMntds0.012000.010.010.0010.20.01300MnO4SO4ClEc21001503 首先计算出每个元素的得分，得分越低说明此元素的质量越好，(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，根据公式(1)得到最终总得分，根据得分判断出属于优良类别(最大值为1.0，平均值为0.6，最终得分为0.824621125123532)第四章系统结构和各模块功能与实现4.1系统结构本系统共分为多个模块，其中比较重要的模块有地下水数据管理模块，地表水数据管理模块，评价模块，数据导入导出模块，地图展示模块。系统采用模块化和结构化的编程思想，整个系统由一系列基本功能模块组成。每个模块相对独立，可以通过相应的数据库文件和图形文件交换信息，并在主程序的控制下配合下实现系统的所有功能(图4.1)。图4.1系统结构图4.2数据库设计水体环境参数监测管理系统的数据库采用MySQL数据库，在数据库中有三张表，来实现对数据的存储与修改，这些表形成了一个有机的整体，共同完成了对水资源的综合评价与分析，数据库的E-R如图4.2所示：图4.2数据库E-R图4.2.1地表水管理数据表 在这张表中的主要字段有地点，经纬度，采集时间，各个元素含量以及评价的元素权值，备注和评价结果(如图4.3)。图4.3地表水数据表4.2.2地下水管理数据表 在这张表中的主要字段有地点，经纬度，采集时间，各个元素含量，备注和评价结果(如图4.4)。图4.4地下水数据表4.2.3地表水背景值数据表 在这张表中，主要存储的是用户评价地表水的背景值，用户可以根据所处的环境来修改，以符合实际情况。该背景值可以用于和监测的值进行比较，让工作人员更直观的评价(如图4.5)。图4.5地表水背景值数据表4.3界面设计 系统的前端界面采用Layui框架完成，遵循的基本原则如下：(1)美观与协调性

界面风格保持一致，界面大小适合美学观点，感觉协调舒适，合理地利用了空间。按钮大小基本相近，按钮的大小与界面的大小和空间协调。字体的大小与界面的大小比例协调。(2)简约性设计中，我们采用简单大方的界面效果，并采用左边为菜单栏，头部为标题栏的主体设计，这样使得系统简约而不简单。根据科技效果感，此外系统主要是黑青白三种色调，主题为白色，更使得系统整体活泼而有简约感。(3)以用户为主导

设计中，明确用户是所有系统处理的核心，不应该由应用程序来决定处理过程，所以在用户界面设计时我站在用户的角度进行考虑，而不是按自己的意愿把操作流程强加给用户。以此给用户较好的体验。(4)生动而简单在地图上将相关数据用marker标注，让人一目了然，表现形式生动。在表格中将监测数据一一列出，简洁明了。(5)布局合理将地图和功能栏很好的协调，图标的大小及样式也合理设计。表格位置和大小与整个页面相符。 前端界面图如图4.6所示: 图4.6系统前端界面4.4功能模块实现4.4.1地下水模块 在此模块中，主要实现对地下水数据的增加、删除、查询、修改等基本功能，并且对监测记录实现评价功能。界面如图4.7所示:图4.7地下水管理界面增删查改功能系统采用了SSM框架，首先利用Mybatis逆向工程，对基本的dao和domain文件进行生成，在对数据库进行简单操作时，可以利用mapper文件直接进行调用，方便了开发工作。 在实现增删查改时，分别调用insert、deleteByPrimaryKey、selectByPrimaryKey、updateByPrimaryKey函数，完成功能。在实现批量删除时，用for循环将所选取的id逐个删除即可。批量导入导出水资源环境监测数据庞杂，单靠手工填报不仅工作量巨大，而且填报数据的格式各异，非常容易产生一些错误，这些错误会给资料汇总以及评价工作带来诸多不便，而利用EXCEL将监测数据批量导入系统很好的解决了这些问题。为了能够让工作人员更详细的了解监测数据，同时为了满足一些用户的整理习惯，我在数据管理里实现了将数据导出成EXCEL表格，其中所用的技术是appachepoi。ApachePOI是Apache软件基金会的开放源码函式库，POI提供API给Java程序对MicrosoftOffice格式档案读和写的功能。POI可以将页面从后台获取的数据转化成表格，然后保存在电脑中，实现数据的导入导出。评价算法实现地下水质量采用了单因子模糊评价算法，需要求出评价元素的最大值，平均值以及综合评价分值a，实现过程如下:首先定义相关变量(如图4.8): 图4.8定义变量 按照算法分别求出所需的各项数值(如图4.9):图4.9求出各项值 输出评价后的结果(如图4.10): 图4.10评价结果然后将监测的记录值与国家标准对比，分别进行评价，将每个元素所处的质量进行评价。4.4.2地表水模块 在此模块中，主要实现对地表水数据的增加、删除、查询、修改等基本功能，并且对监测记录实现评价功能。界面如图4.11所示:图4.11地表水管理界面 数据的增删查改和导入导出功能与地下水模块的实现过程类似，这里不再叙述，主要对评价算法的实现进行说明。 地表水的评价算法采用模糊综合评价法，模糊综合评价法需要对评价元素建立隶属度矩阵，其实现过程如下: 建立相关变量(如图4.12)：图4.12建立变量 根据标准得到隶属度矩阵，然后权重矩阵与隶属度矩阵相乘得出综合评价结果向量(如图4.13)图4.13评价结果向量最后根据评价结果向量的大小关系得出地表水的质量状况。4.4.3地图展示 在地图展示模块中，主要采用百度地图API来作为接口，将地下水数据和地表水数据根据用户输入的经纬度来将点显示在地图上，地图展示模块的界面如图4.14所示：图4.14地图界面 当用户点击按钮时，就会在地图上显示相关的数据记录信息，在地图上用marker点显示。实现过程如下: 首先在后台中用JDBC连接数据库，用SQL语句将数据记录从数据库中查询出来，并将这些数据存储到JSON中。 在前端界面中，将JSON从后台调用，将经纬度坐标传到相应的point中，来实现点的坐标。 之后还需要对一些数据的详细信息进行展示，于是调用百度地图的InfoWindow来实现详细信息的展示。4.4.4图表展示 在这一模块中，主要实现对地下水背景值展示和地下水标准图表展示，这个模块的主要作用是与评价的监测值进行比较，让工作人员更便捷的看出两个数据的区别。 在前端页面中采用G2图表来实现统计图的展示。G2是阿里巴巴开发的一套基于可视化编码的图形语法，它以数据作为驱动，并且具有高度的易用性和扩展性，在调用过程中，用户无需关注各种繁琐的实现细节，只需要用一条简单的语句即可构建出各种各样的可交互的统计图表。地下水背景值图表展示在这一部分中，主要有两块组成，上方是地表水背景值的图表，这些背景值已经存储到数据库中，用户可以对这些背景值进行修改，但是不能够删除。下方则是对背景值的图表展示，统计图每个柱子的高度即为背景值，这些数据从数据库中调用，并传到前端页面中。当用户修改了背景值后，统计图的高度也会发生相应的变化。界面如图4.15所示：图4.15地下水背景值页面地下水标准图表展示在评价地下水元素的单个元素质量时，系统采用了GB/T14848-93这一国家标准，由于是国家标准，此项数据不允许修改，柱状图共有4个颜色，分别代表地下水标准的4个类别，从图中可以很直观的看出每个元素的类别区间，前端界面展示如图4.16所示:图4.16地下水标准图界面第五章系统测试 在本章中，主要完成对整个系统的测试，测试方面主要进行功能测试，测试功能是否完整、是否存在bug；并且测试实现算法的代码是否准确。5.1增删查改功能 由于地表水和地下水的数据管理的增删查改功能的实现基本原理一样，在本文中只展示对地表水数据的相关功能测试。 在增加功能中，用户需要输入采集地点名，经度，纬度和采集时间这四个必须要填的数据，如果空白，则不能提交。值得一提的是，这里的采集时间输入采用了Layui框架的laydate模块，用户从弹出的日历中选择时间，避免了由于人工失误而导致的不必要的错误。其输入框如图5.1所示：图5.1日期输入框 添加的页面如图5.2所示:图5.2添加页面 经过测试，数据可以正常的添加，没有出现bug； 在修改功能的实现中，需要先将修改的数据先从数据库中按ID查询出来，并且在表格中显示出来，以此实现修改功能。当用户点击修改按钮时，呈现的页面如图5.3所示:图5.3修改页面 在修改页面，用户只需要点击相应的数据，即可修改数据。修改功能经过测试，能够对数据进行修改，没有错误发生。 对于删除功能，用户有两种选择，分别是单个删除和批量删除。单个删除是在每条数据记录的操作栏里，用户只需要点击删除按钮就可以将单条记录删除；而批量删除则是用户勾选选择框，将勾选的数据记录全部删除。经过测试，这项功能也完全正确。5.2评价功能 对水资源的评价是系统的重点工作，这项功能可以给予用户对水资源状况直接的展示。对这个模块测试用到的数据是由环保公司监测得到的数据，由于监测得到的部分数据存在缺失，因此对这些数据进行模拟补全。5.2.1地表水的评价 对地表水的主要采用的是模糊综合评价算法，在这项功能模块设计的初衷就是用户通过本功能可以快速得出监测记录的水质状况，并且可以和当地的背景值进行比较。 模糊综合评价算法需要输入各个元素的监测记录值和权值，通过运算得到隶属度矩阵和评价结果向量，由评价结果向量判断出最后的值。 当对如下数据进行评价时(如图5.4)，图5.4地表水测试数据得出的结果页面如图5.5所示：图5.5地表水评价结果 在地表水评价页面中，首先展示了根据隶属度矩阵得出的评价结果向量，评价结果根据评价结果向量得出。展示评价向量是为了让用户更直观的看到评价的过程，然后在下方用柱状统计图进行对比，对监测值和背景值进一步的比较。可以看出，地表水的评价模块基本上完成了起初设想的功能。5.2.2地下水的评价 地下水的评价采用了单因子模糊评价算法。此算法要求输入影响地下水质量的各个元素值，首先对每个地下水元素按照国家标准进行分类，这样可以让用户更直观的看出是什么元素超标，可能对环境造成的影响最大。然后按照算法对采集数据给出一个最终评价结果，来展示出当前地点的地下水总体状况。最后对采集数据进行统计图展示。 当对以下测试数据测试时(如图5.6)，图5.6地下水评价测试数据 得出的评价结果如图5.7所示： 图5.7地下水评价结果页面 可以看出，系统已经对地下水的每个元素都进行了分类评价，并且给出了总的评价结果，在图表的下方给出了元素的条形统计图。评价的结果从人工的角度来看，得到了很好的效果，且不存在明显的错误。 5.3地图展示功能 对这一模块的测试主要是测试数据库中的坐标是否读取完整，是否将详细信息显示完整。其中点击第一个按钮会得到地表水采集点在地图上的位置信息，点击第二个按钮会得到地下水采集点在地图上的位置信息。当点击地表水采集点按钮时，地表水监测信息记录点的位置信息显示如图5.8所示:图5.8地表水采集点展示 当点击地下水采集点展示按钮时，地下水监测记录点的位置信息显示如图5.9所示:图5.9地下水采集点展示 可以看出，所有的点都显示完整，在地上以红色的marker点标注出来，而且还会显示一些具体的信息。这项功能也实现了系统建立之初的设想。第六章展望 水体环境监测系统通过建立数据库和Web系统，帮助相关人员做到水资源的质量评价工作。本系统相比于目前的评价系统，有以下几点创新：(1)本系统界面清晰简单，不存在其它冗余繁杂不实用的功能，用户通过系统可以直接完成工作。(2)在系统中加入了GIS的相关功能，在百度地图上会直接显示出监测记录的具体位置信息，方便从总体上判断某个地区的水资源质量信息。(3)支持水资源数据的批量导入与导出，降低了输入数据工作的劳动量，只需将相关数据导入系统就能对数据进行评价，也可以将评价工作直接导出系统，用作其它用途。但是系统的设计与完成工作存在着不足，主要存在以下几点问题，这是我以后改进系统的发展方向：(1)虽然系统已经做到了数据的批量输入与输出，但是还是需要人工，并且不能保证监测数据的实时性，所以应该考虑将监测设备直接联网接入系统，做到数据的自动输入，或者利用遥感卫星的监测功能，将遥感卫星接入系统，这样一来，就可以保证数据的实时性。并且由于少了数据的转移性，系统得到的数据都是第一手数据，提高了数据的准确性。因为水资源存在流动性，若利用遥感卫星，可以做到对水资源的时空分析。(2)目前系统还只是在本地上运行，没有做到真正的网络化。若本地的数据库出现问题或相关系统文件的丢失将会导致整个系统的崩溃，因此考虑将系统部署到阿里云服务器，提高系统的稳定性与安全性，且实现网络化，相关人员只需登录网址就可以对数据进行存储与评价。(3)随着GIS和计算机理论与技术在水资源评价中的应用逐渐成熟，GIS的强大空间分析功能必将通过计算机来得到的充分实现，并运用于水资源的评价和合理开发REF_Ref9175141\r\h[13]。本系统到目前为止，只是做了数据的管理、评价和地图显示功能，我认为，利用GIS的相关知识，可以对监测数据建立相关模型，这会帮助我们去完成寻找水资源污染源头的目标，也为相关人员去制定相关决策提供了依据。参考文献张丽,张继贤,乔平林.流域水资源环境监测系统的设计与实现[J].测绘通报,2004(02):50-53.王玉平,金晓媚,刘金武.中国地下水资源合理开发利用研究[J].石家庄经济学院学报,2000(02)