国家级城市水环境系统设施监控预警管理信息平台探讨_黄健

摘要

关键词

国家级城市水环境系统设施监控预警管理信息平台探讨

我国城市水环境形势正面临严峻考验，城市水环境系统设施监控预警是城市水环境管理的重要手段和决策依据。本文分析了国家级城市水环境系统设施监控预警的业务需求和数据需求，介绍了国家、省、市三级平台的数据流转体系，详细概述了国家级平台的功能结构，并介绍了平台实现。通过平台的研发和示范，能够强化国家主管部门对水环境系统设施的管理效能的考核，提高宏观监管和评价能力。

水环境系统设施；监控预警；信息管理；宏观监管

□ 住房和城乡建设部信息中心 黄健 王薇 秦海春 张晓亮 徐昊

随着城市化的快速推进和经济社会的发展，我国水环境形势正面临严峻考验。《2011年中国环境状况公报》显示，全国地表水水质总体为轻度污染，湖泊（水库）富营养化问题突出[1]。另一方面，数量众多的城市水环境系统设施难以及时、完整监管。《2011年中国城乡建设统计年鉴》显示，2011年全国城市污水排放量4037022万立方米，排水管道长度414074公里，污水处理总量3376103万立方米[2]。为了提升城市水环境监管和辅助决策水平，有必要开展城市水环境系统设施监控和预警研究。水体污染控制与科技重大专项（以下简称水专项）在“城市水环境系统设施的监控和预警研究与示范”课题中设置了国家级城市水环境系统设施监控预警管理信息平台（以下简称国家级平台）的研发和示范任务。

构建国家级平台是利用信息技术对城市水环境系统设施进行监测、数据采集、管理与分析、对水环境的未来发展趋势进行预测和评估。为国家行政主管部门的城市水环境管理提供技术手段，强化国家主管部门对下级主管部门在水环境系统设施的管理效能考核，提高对城市水环境的宏观监管和评价能力。

一、需求分析

近年来，许多专家学者都对水环境预警系统开展了研究。基于应用目标的不同，可以划分为三类：[3]（1）针对区域水环境和水质安全的宏观决策型预警系统；（2）针对水环境或者水质污染事件的管理型预警系统；（3）针对水处理生产设施的生产型预警系统。目前针对水环境系统设施的宏观决策型预警系统研究还较少。本文构建的国家级平台是通过采集、管理与分析各城市排水系统、污水处理系统和城市相关水体的数据，为国家行政主管部门的水环境管理提供技术支撑和决策依据。

通过需求梳理，城市级平台的重点是实现水环境设施信息的实时监控，并通过模型算法，实现信息预警，对水环境预警事件开展应急处置，为城市水环境管理部门提供较为全面的信息决策

支持。而国家级和省级平台侧重宏观的监管，并实现跨地区、跨流域的水环境综合预警。

国家级平台在监控方面的要点为：（1）管网、管网配套泵站等排水设施的基本情况；（2）污水处理厂、再生水厂、垃圾处理厂等水处理设施的基本信息和运营情况；（3）城市河湖水体、生态缓冲区等相关水体的基本情况；（4）各城市水环境系统的预警与异常事件信息、应急处置情况，应急资源库等。

国家级平台在预警方面要点为：（1）通过监控雨水管网、合流制管网、分流制管网，污水处理厂和城市相关水体的分布、长度、能力等基础数据，分析判断是否适应城市水环境维持和改善的需要。（2）通过监控雨水管网、合流制管网、分流制管网，污水处理厂和城市相关水体等水环境设施的水质、水量等月度动态数据，分析判断是否具有趋势性的变化。（3）对于跨省市行政区的应急事故，进行宏观性的区域监控，并对警情跨行政区域后的变化趋势进行预测。（4）建立应急事故处置的案例库，为突发应急事故提供预警决策支持。

二、国家级平台的数据流转

1、数据类型

国家级平台所需的数据包含以下五类：

（1）基础信息，包括排水设施、处理设施、排污大户、河湖水体、生态缓冲区、历史降雨的基础信息。

（2）月报信息，包括排水设施、处理设施、河湖水体、生态缓冲区的月报信息。

（3）在线监测信息，包括各在线监测点的基本信息、在线监测设备的监测信息。考虑到在线监测频率较高，国家级平台主要获取汇总后的周报信息， 特殊情况下可由城市上传指定监测点在某时段内的实时监测值。

（4）预警、应急、异常事件信息，主要各省、市的水环境突发事件及处理情况。

（本文得到水体污染控制与治理科技重大专项课题（2009ZX07318-002）的资助）

（5）资源库信息，包括案例、专家、应急预案、法规标准、应急技术等。

2、数据流转

数据流转体系中，各城市级平台对海量数据经过汇总综合处理并上报给省级平台、省级平台再向国家级平台上报。由于各地的城市水环境管理信息化发展并不均衡，有的地区建立了城市级

平台但未建立省级平台，城市级平台则直接给国家级平台上报。独

立运行的全国城镇污水处理管理信息系统、全国城镇生活垃圾处理

管理信息系统等直报型业务管理系统也将污水处理、生活垃圾处理的相关数据共享给国家级平台，以避免数据的重复采集。国家级平

台数据下发通过这种流转体系开展，如图1所示。为了解决各级平

台与数据异构的问题，定义XML 的标准数据格式和Web Service 数据接口完成数据交换，并预留与其他部门共享数据的接口。图1 各级平台之间的数据流转方式

三、功能设计

国家级平台通过数据接口采集各省、自治区、直辖市的城市水环境基础数据和监测综合数据，实现全国数据的分析和监控，及时掌握各类事故信息并提前预警，实现跨省、跨流域的水环境综合预警，功能结构如图2所示。

图2 国家级平台功能结构

1、首页

以列表或地图的形式，展示最新的水环境数据上报情况。

2、基础信息

查看和管理各省市的水环境基础信息，包括排水管网、泵站、污水处理厂、再生水厂、污泥处置厂、垃圾处理厂、排污大

户、河湖水体、生态缓冲区、历史降雨信息等。

3、月报信息

查看和管理各省市的水环境月报信息，包括排水设施、污水处理厂、再生水厂、污泥处置厂、垃圾处理厂、河湖水体、生态缓冲区的月报上报信息。

4、在线监测信息

查看和管理在线监测点、监测设备的基础信息；在线监测的周报汇总信息，包括运行情况、检测次数、超标次数、最高值

等；根据需要查看指定监测点的实时检测信息等。

5、统计分析

以基础信息、月报信息、在线监测信息为基础，在宏观监管、效能考核、评价与决策支持等方面提供统计分析功能，支撑

国家层面的水环境管理。

宏观监管一方面是对市政管理、水质管理、防涝管理、经济

考核等多项水环境指标开展综合分析；另一方面是针对各地的预警事件，开展宏观性的区域监控。

效能考核一方面对各地基础信息、月报、在线监测的上报率和水质合格率进行管理，了解综合情况、督促按时上报；另一方面是对水环境设施监管进行考核评分，包括对设施覆盖率、设施

利用率、监督管理等内容开展综合评分。

评价与决策支持是综合水环境数据，开展定量化关联分析，确定水环境状况，判断变化趋势，提供及时预警，为决策管理提

供参考依据。功能包括主要指标的关联分析、沿流域城市之间对比分析、在线监测与人工数据对比分析、自定义水质指标分析、趋势分析、预警分析等。

6、异常预警事件

对水环境的隐患和突发事件的处置过程进行跟踪和监控。

7、资源库

对水环境应急事故处置的资源信息进行分类管理，包括案例库、应急预案、专家库、技术法规、应急处理技术等。

8、大屏幕系统

提供大屏幕系统的配置功能，可根据业务需要和大屏幕的实际情况，从平台中选取相应模块进行展示。

9、系统管理

为系统的运行提供后台支撑，包括用户角色的配置、模块参

数配置、数据交换的配置等。

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