“太湖流域水環(huán)境智慧監(jiān)管平臺”建設(shè)構(gòu)架研究

童波郵 許蓉

摘 要：本項目研究基礎(chǔ)來源于水體污染控制與治理科技重大專項-太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成與業(yè)務化運行項目中的太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺構(gòu)建與業(yè)務化運行課題，以太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)水質(zhì)目標達標管控為核心，緊密貼合太湖流域水環(huán)境管理部門業(yè)務需求，擬以業(yè)務化運行為出發(fā)點，集成太湖流域水環(huán)境管理各類數(shù)據(jù)，研究“太湖流域水環(huán)境智慧監(jiān)管平臺”技術(shù)構(gòu)架及功能，為建設(shè)太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺并實現(xiàn)業(yè)務化運行提供思路，力求通過信息化平臺建設(shè)，打破業(yè)務壁壘，解決信息孤島，實現(xiàn)太湖流域水環(huán)境管理決策的科學性，提升管理的效率，為水生態(tài)功能分區(qū)水質(zhì)目標達標管理提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：太湖流域；水環(huán)境管理；智慧監(jiān)管

1 研究背景概述

太湖流域是我國區(qū)域經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)之一，同時也是國家重點整治的“三湖”之首，其經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾日益顯著?！笆晃濉?、“十二五”以來，在水專項的大力推動下，太湖流域在各項水環(huán)境管理技術(shù)方面取得了大量的研究成果，為太湖流域水環(huán)境管理提供了基礎(chǔ)支撐。但與此同時，流域水環(huán)境治理也逐步進入攻堅克難的階段，諸多問題亟待解決：在水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管方面，雖已具備了一定的水環(huán)境管控技術(shù)，但各項管控技術(shù)還未能與實際管理業(yè)務有機融合，亟需利用信息化手段和互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)為環(huán)境管理提供技術(shù)支撐，利用模型算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提供決策支撐，強化監(jiān)管技術(shù)與管理業(yè)務的融合，進一步提升管理效能。在信息化系統(tǒng)建設(shè)方面，圍繞太湖流域已建設(shè)了各類水環(huán)境管理業(yè)務平臺，這些平臺為太湖流域的水環(huán)境管理工作提供了大量的信息支撐，但太湖流域水污染治理、水環(huán)境與生態(tài)綜合管理是一個復雜的系統(tǒng)工程，目前存在各省分治的問題，未能從一個整體把控太湖流域的水環(huán)境治理工作，迫切需要集成與整合流域內(nèi)各項水環(huán)境管控技術(shù)、決策模型和管控平臺，打通涉太各部門相關(guān)數(shù)據(jù)及業(yè)務通道，真正實現(xiàn)太湖流域聯(lián)合監(jiān)管和聯(lián)合治理，全面提升太湖流域的水環(huán)境管理決策支撐能力。

2 國內(nèi)外研究進展

近年來，國內(nèi)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管越發(fā)得到重視，在提升水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管能力方面也取得了大量的科學研究成果，并配套建設(shè)了各類管控平臺，這些平臺在數(shù)據(jù)分析、水環(huán)境模型管理、流域污染跨界管控等方面做了相應的研究工作，國外也利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)針對水環(huán)境管理也做了相應的研究工作，這些研究成果為本項目的實施提供重要的技術(shù)支撐。

在水環(huán)境監(jiān)管大數(shù)據(jù)分析技術(shù)方面。目前，國內(nèi)外針對環(huán)保大數(shù)據(jù)分析應用開展了大量的研究，涉及污染源識別、污染物總量核算、企業(yè)排污數(shù)據(jù)規(guī)律評價、水環(huán)境風險評估以及風險模擬預測等方面，產(chǎn)生了一系列的研究成果。在技術(shù)上，形成了基于Spark的大數(shù)據(jù)挖掘、云海大數(shù)據(jù)一體機（in-cloud smart data appliance，iSDA）、Apache Hadoop大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐、流式計算、大數(shù)據(jù)SQL、用戶畫像及機器學習等技術(shù)，在應用上，涵蓋了地表水環(huán)境質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析、流域水環(huán)境風險大數(shù)據(jù)評估和預警、空氣質(zhì)量大數(shù)據(jù)預警分析等方面。這些研究成果為太湖流域環(huán)保大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)支撐與借鑒。

在水環(huán)境跨界管控技術(shù)方面。在跨界河流合作開發(fā)過程中，聯(lián)合監(jiān)測不僅是有效解決國際河流沖突和爭端的重要技術(shù)手段和途徑，也是流域一體化規(guī)劃、建設(shè)、開發(fā)、運營、維護的基礎(chǔ)和保障。目前，不同國際河流的聯(lián)合監(jiān)測實踐各不相同，學術(shù)界對于聯(lián)合監(jiān)測機制內(nèi)涵的認識也不盡相同。Botterweg等在多瑙河流域管理的總結(jié)中將國際河流聯(lián)合監(jiān)測歸納為由聯(lián)合監(jiān)測框架和策略、突發(fā)事件應急響應系統(tǒng)和監(jiān)測策略行動方案3個方面構(gòu)成的合作機制。李國剛認為明確的信息需求決定了監(jiān)測方案、數(shù)據(jù)需求、評價問題以及所獲得信息的利用，是實現(xiàn)跨界河流水資源管理政策的保障。

3 項目研究目標

太湖流域水環(huán)境管理需要根據(jù)生態(tài)安全和水環(huán)境系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)平衡的要求，運用系統(tǒng)方法對流域生態(tài)健康和環(huán)境安全進行客觀評價，對流域的社會經(jīng)濟活動進行規(guī)范和約束，以實現(xiàn)水資源合理配置、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及環(huán)境生態(tài)平衡的目標。為了盡快達成太湖流域水生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善和水生態(tài)功能區(qū)全面達標的國家目標，必須集成流域內(nèi)各項水環(huán)境管控技術(shù)，并充分利用信息化智慧化管控平臺的數(shù)據(jù)和工具優(yōu)勢，通過以排污許可證為核心的環(huán)境管理制度體系創(chuàng)新，真正實現(xiàn)政策、工具、技術(shù)的有機結(jié)合，極大限度地提升太湖流域水生態(tài)環(huán)境的綜合管控與科學決策能力。項目擬開展太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺需求調(diào)研及初步設(shè)計，提出平臺建設(shè)技術(shù)規(guī)范，最終建成太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺并實現(xiàn)業(yè)務化運行。

4 技術(shù)路線

項目擬利用江蘇省生態(tài)環(huán)境廳現(xiàn)有信息化軟硬件基礎(chǔ)資源，結(jié)合項目其他研究內(nèi)容，利用組件化技術(shù)和三維可視化集成技術(shù)，整合完善形成“太湖流域水生態(tài)智慧監(jiān)管平臺”，實現(xiàn)“日常監(jiān)控查詢”、“環(huán)保大數(shù)據(jù)分析”、“指揮調(diào)度和聯(lián)合監(jiān)管”、“水質(zhì)目標管理”、“水質(zhì)監(jiān)控預警”、“綜合信息發(fā)布”等主要功能，技術(shù)路線見下圖：

5 主要建設(shè)內(nèi)容

太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺主要建設(shè)內(nèi)容包括建立基于水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以及太湖流域重點污染源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)基于水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)目標管理的污染源動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)，建設(shè)太湖流域水環(huán)境綜合監(jiān)管督查子系統(tǒng)以及太湖流域水生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)管智能化輔助子系統(tǒng)。

5.1基于水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要包括水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、水生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、水生生物條形碼庫管理、水生態(tài)功能分區(qū)管理、水環(huán)境控制單元等模塊。

5.2太湖流域重點污染源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要包括一企一檔、排污許可證管理兩個模塊。

5.3基于水生態(tài)功能分區(qū)目標管理的污染源動態(tài)監(jiān)管子系統(tǒng)主要包括排污許可證管理智能化輔助系統(tǒng)、污染源反欺詐識別系統(tǒng)、排污許可績效評估、污染源動態(tài)管控4個模塊。

5.4太湖流域水環(huán)境綜合監(jiān)管督查子系統(tǒng)主要包括信息交流與共享、應急響應、跨界水環(huán)境矛盾調(diào)處3個模塊。

5.5太湖流域水生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)管智能化輔助子系統(tǒng)主要包括項目環(huán)評智能評估、水環(huán)境總量監(jiān)控預警、水質(zhì)目標預測、突發(fā)水污染風險超標預警4個模塊。

通過三維可視化的技術(shù)實現(xiàn)太湖流域水環(huán)境管理數(shù)據(jù)分析模型庫的相關(guān)模型結(jié)果展示、與模型相關(guān)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)以及業(yè)務數(shù)據(jù)的在線展示，提高數(shù)據(jù)使用效率，提升管理者的決策分析的效率。

6 結(jié)論

通過本項目的實施，建立太湖流域水生態(tài)智慧環(huán)境監(jiān)管平臺，集成與整合各項水環(huán)境管控技術(shù)和模型算法，對流域的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進行綜合管理，形成高效、有序的運行機制，為環(huán)境管理決策提供全面、真實、快速的信息；建立政府部門間太湖流域生態(tài)綜合信息共享機制，加強部門間協(xié)同，實現(xiàn)各部門間環(huán)境數(shù)據(jù)的融合與集成，為政府各部門的管理和開發(fā)提供技術(shù)依據(jù)；建立太湖流域環(huán)境數(shù)據(jù)平臺，科學、準確地反映太湖生態(tài)環(huán)境及變化趨勢，為社會公眾提供太湖環(huán)境數(shù)據(jù)共享能力，使民眾參與到環(huán)境保護中來，提高公眾環(huán)境意識，增強政府決策的透明化和民眾監(jiān)督化，大大提升政府行政執(zhí)法能力、監(jiān)管能力和水污染事故應急能力，改善流域生態(tài)環(huán)境管理，推動環(huán)境保護工作邁上一個新的臺階。

基金項目：太湖流域水環(huán)境管理技術(shù)集成與業(yè)務化運行項目-太湖流域水生態(tài)環(huán)境智慧監(jiān)管平臺構(gòu)建與業(yè)務化運行課題（2018ZX07208006）

參考文獻

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