信息化體系對北運(yùn)河流域河長制的支撐與探索

郭昊淼，杜軍凱，白雪飛，李 杰，梁 普，李濟(jì)臣

（1.北京市北運(yùn)河管理處，101101，北京；2.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京；3.北京水利水電學(xué)校，100024,北京）

河長制的實(shí)施需要健全的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、行政管理體系和政策法規(guī)體系保障， 通過幾大體系綜合發(fā)力，將河湖綜合治理推向新的高度。 目前針對河長制的研究比較宏觀，多從體制機(jī)制和工作方案等方面進(jìn)行分析，在技術(shù)體系建設(shè)方面的研究還比較欠缺。 同時(shí)考慮到落實(shí)河長制的典型性需求，因流經(jīng)或所處區(qū)域自然地理環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在的差異，導(dǎo)致每個(gè)河湖的脆弱程度、所受干擾程度不同，“一河一策”是落實(shí)河長制的必由之路，因此開展針對典型流域的典型研究仍然是十分必要的。 本文以北運(yùn)河流域?yàn)槔?，從信息化體系建設(shè)的角度分析該流域落實(shí)河長制存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，探討相應(yīng)的信息化保障體系，研究結(jié)果可為北運(yùn)河流域落實(shí)河長制提供技術(shù)支撐，并可為全國其他區(qū)域提供參考和借鑒。

一、北運(yùn)河流域概況與落實(shí)河長制的關(guān)鍵問題

1.流域概況

北運(yùn)河是在北京市五大水系中唯一發(fā)源于本市境內(nèi)且長年有水的河流，起于燕山南麓，西界永定河,東臨潮白河，北關(guān)閘以上稱溫榆河，以下稱北運(yùn)河，在北京市境內(nèi)干流長90 km，流域面積4 243 km2，包括北京城區(qū)全部及昌平、順義、朝陽和通州大部分區(qū)域。 歷史上，北運(yùn)河作為京杭大運(yùn)河起始端河道,為金、元、明、清四代漕運(yùn)事業(yè)的發(fā)展起到重大作用。 隨著自然條件和社會經(jīng)濟(jì)的變化，北運(yùn)河的功能和作用因時(shí)而異, 目前仍是京津地區(qū)防洪除澇的主要通道，承擔(dān)北京市城區(qū)90%的排水任務(wù)，同時(shí)具有重要的生態(tài)、人文和景觀功能。

2.落實(shí)河長制的關(guān)鍵問題

2017 年7 月北京市委辦公廳、市政府辦公廳印發(fā)《北京市進(jìn)一步全面推進(jìn)河長制工作方案》，提出“四查、四清、四治、四管”要求：嚴(yán)查污水直排入河、 嚴(yán)查河湖垃圾亂堆亂倒、嚴(yán)查涉河違法建設(shè)、嚴(yán)查飲用水水源保護(hù)區(qū)；清河岸、清河面、清河底、清飲用水水源保護(hù)區(qū)； 加強(qiáng)水污染治理、加強(qiáng)水環(huán)境治理、加強(qiáng)水生態(tài)治理、加強(qiáng)水系循環(huán)治理；嚴(yán)格水資源管理、嚴(yán)格河湖岸線管理、嚴(yán)格執(zhí)法監(jiān)督管理、嚴(yán)格水利工程設(shè)施運(yùn)行管理。

北運(yùn)河流域城鎮(zhèn)化率大、水問題集中、水治理復(fù)雜、社會關(guān)注度高，自2008 年以來陸續(xù)實(shí)施了流域水系綜合治理規(guī)劃、污水治理和再生水利用設(shè)施建設(shè)兩個(gè)三年行動(dòng)方案以及聚焦攻堅(jiān)加快水環(huán)境治理方案，取得了一定成效。 但目前流域仍有以下問題： ①污水直排入河現(xiàn)象仍比較突出，流域現(xiàn)有135 個(gè)排污口中尚有朝陽區(qū)89 個(gè)排污口未完成治理； ②流域內(nèi)污水收集管網(wǎng)覆蓋不全，部分學(xué)校、 小區(qū)未接入污水管線問題仍然存在；③面源污染壓力較大，化肥農(nóng)藥超量使用現(xiàn)象依然存在， 畜禽養(yǎng)殖污染防治配套設(shè)施仍不完善； ④部分垃圾中轉(zhuǎn)站存在河道潛在的污染威脅；⑤河湖岸線保護(hù)有待加強(qiáng)， 河道內(nèi)違法建設(shè)及岸線亂占濫用現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；⑥城市防洪壓力增大， 隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展， 特別是通州北京城市副中心的建設(shè)， 北運(yùn)河部分河段難以滿足防洪要求，存在較大的防洪安全壓力。

二、面向河長制的流域信息體系建設(shè)需求

北京市人民政府為北京市北運(yùn)河河長制的責(zé)任主體，其中市水務(wù)局北運(yùn)河管理處作為北運(yùn)河流域的業(yè)務(wù)管理處室，承擔(dān)著北運(yùn)河流域除十三陵水庫、清河、通惠河、涼水河等4條支流流域外的部分，共9 個(gè)區(qū)縣57條河流（截至2018 年6 月）。 北運(yùn)河河長制相關(guān)工作職責(zé)，在信息采集體系方面： ①北運(yùn)河管理處直屬各閘、壩及管理所駐所均有雨量站，可自動(dòng)傳輸雨量信息，其他機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)尚未并網(wǎng)， 需要通過電話傳真等形式傳輸；②下轄楊洼閘及北關(guān)攔河閘設(shè)有水情監(jiān)測站，楊洼閘通過水文總站報(bào)汛系統(tǒng)人工報(bào)汛；③流域除北關(guān)分洪閘外， 其余幾個(gè)閘站工情信息均采用人工監(jiān)測方式；④流域內(nèi)48 個(gè)水功能區(qū)斷面的水質(zhì)監(jiān)測由市水文總站人工采樣，監(jiān)測頻率為每月一次；⑤目前共5個(gè)閘站布設(shè)有視頻監(jiān)控設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)了對各閘站的閘門啟閉情況、 河道漂浮物的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 在業(yè)務(wù)應(yīng)用體系方面，北運(yùn)河管理處可接入全市的水資源配置管理系統(tǒng)、水務(wù)應(yīng)急指揮平臺、水務(wù)統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)與水資源基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)。

圖1 北運(yùn)河水利信息化建設(shè)總體架構(gòu)

圖2 北運(yùn)河流域信息采集體系設(shè)計(jì)

圖3 北運(yùn)河流域數(shù)據(jù)資源體系設(shè)計(jì)

圖4 流域水環(huán)境智能監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分析可知，北運(yùn)河管理處基礎(chǔ)設(shè)施較薄弱，信息化水平較低，在信息獲取、信息處理、決策制定和實(shí)施監(jiān)管方面無可靠抓手，尚未建立與落實(shí)河長制相匹配的基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)實(shí)力，河長制管理缺乏可靠的“眼、手、腦”。 基于落實(shí)河長制的實(shí)踐需求，當(dāng)前全流域亟須引入先進(jìn)的技術(shù)手段，充分引進(jìn)吸收物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)并使其在北運(yùn)河流域發(fā)揮作用，建立全流域、全要素、全天候覆蓋的監(jiān)測和信息傳輸體系，整合建設(shè)跨部門、跨行業(yè)、跨區(qū)域的信息管理體系，建設(shè)支撐流域管理與決策全業(yè)務(wù)、 全過程的信息服務(wù)體系，構(gòu)建北運(yùn)河智能化的流域管理信息化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)流域綜合管理的信息數(shù)字化、展示立體化、業(yè)務(wù)協(xié)同化、控制自動(dòng)化、決策智能化、服務(wù)主動(dòng)化，夯實(shí)信息化基礎(chǔ)，全面提升流域水環(huán)境監(jiān)管、防汛預(yù)警和社會監(jiān)督水平，為河長制的順利實(shí)施保駕護(hù)航。

三、北運(yùn)河流域面向河長制的信息化體系構(gòu)建

立足前述需求，面向河長制的北運(yùn)河流域信息化體系應(yīng)由4 個(gè)部分組成，即基礎(chǔ)設(shè)施體系、數(shù)據(jù)資源體系、 應(yīng)用系統(tǒng)體系與管理保障體系。其中，基礎(chǔ)設(shè)施體系是水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的支撐平臺，是水務(wù)信息資源共享和業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)資源體系是水利信息化建設(shè)的核心，是數(shù)據(jù)交換與共享、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同的關(guān)鍵；應(yīng)用系統(tǒng)體系以水務(wù)業(yè)務(wù)管理對象為核心，是全面支撐水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用、 政務(wù)管理、 公共服務(wù)和決策調(diào)度的手段；管理保障體系是各項(xiàng)工作得以順利進(jìn)行的基本保證。 總體架構(gòu)見圖1。

基礎(chǔ)設(shè)施體系由信息采集系統(tǒng)、通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 集控中心等組成，其中信息采集系統(tǒng)由雨情、水情、水量、水質(zhì)、視頻監(jiān)視五部分組成；數(shù)據(jù)資源體系實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理的基礎(chǔ)，需要對各類數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分類，建立不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲， 以便于對數(shù)據(jù)資源實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的存儲、 調(diào)用、 共享交換、管理和更新；應(yīng)用系統(tǒng)體系由全景監(jiān)控云服務(wù)平臺、 北運(yùn)河流域防汛綜合指揮系統(tǒng)、 水環(huán)境與水生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)、水資源配置與調(diào)度系統(tǒng)、水政執(zhí)法管理系統(tǒng)、 水利工程安全管理系統(tǒng)、“流域通” 移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)等內(nèi)容組成；管理保障體系由水利信息化標(biāo)準(zhǔn)體系、安全體系、建設(shè)和運(yùn)行管理機(jī)制、政策、投資和人才隊(duì)伍等要素構(gòu)成。

1.信息采集體系設(shè)計(jì)

圖5 防汛智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖6 綜合信息服務(wù)平臺設(shè)計(jì)

立足流域已有的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用衛(wèi)星技術(shù)、通信技術(shù)、遙感技術(shù)，面向河長制的實(shí)施需求，設(shè)計(jì)了天、空、地一體化信息監(jiān)測體系。 具體包括：①衛(wèi)星遙感觀測，主要用于大范圍的信息獲取與面上監(jiān)測，通過該手段可獲取土地利用、植被覆蓋、水體水質(zhì)等信息；②航空遙感觀測，用于中小尺度的信息獲取，如典型調(diào)查、精細(xì)測繪、應(yīng)急監(jiān)測、監(jiān)察執(zhí)法等方面；③地面觀測，用于流域內(nèi)與業(yè)務(wù)相關(guān)的點(diǎn)上的各類涉水信息的獲取，如關(guān)鍵斷面的水位、流量，重要水功能區(qū)的水質(zhì)狀況， 水工建筑物的工況信息等方面；④創(chuàng)新共享交換機(jī)制，搭建信息共享交換平臺，推動(dòng)部門間、行業(yè)間通過各種契約、 協(xié)作等形式來實(shí)現(xiàn)各類具有共用屬性的有限資源的高效利用。 流域信息采集體系設(shè)計(jì)見圖2。

2.數(shù)據(jù)資源體系設(shè)計(jì)

管理數(shù)據(jù)資源體系的架構(gòu)包括數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)管理平臺、數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺、數(shù)據(jù)共享交換平臺、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全防護(hù)等部分，詳見圖3。

3.網(wǎng)絡(luò)傳輸體系設(shè)計(jì)

充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建，形成有線政務(wù)專網(wǎng)、 商用無線網(wǎng)、商用有線網(wǎng)和自建光纖高低搭配的格局。 使用政務(wù)外網(wǎng)來承載無互聯(lián)網(wǎng)范圍需求、無涉密要求的政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對于涉密的政務(wù)應(yīng)用與數(shù)據(jù)傳輸則在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行；同時(shí)因水質(zhì)、水情、雨情等監(jiān)測終端分布范圍廣而分散，并且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，商用無線網(wǎng)也是網(wǎng)絡(luò)傳輸體系的重要補(bǔ)充。 此外，為保障河長管理的時(shí)效性，在流域重要斷面需要安置一些視頻監(jiān)控站點(diǎn)，為保證沿河流域大量數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳，需要通過自建光纖保證數(shù)據(jù)傳輸效率。

4.業(yè)務(wù)應(yīng)用體系設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)突出智能化管理監(jiān)督特點(diǎn)， 重點(diǎn)建設(shè)流域水環(huán)境智能監(jiān)管系統(tǒng)（圖4）、防汛智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)（圖5）與綜合信息服務(wù)平臺（圖6）。其中， 水環(huán)境智能監(jiān)管系統(tǒng)由入河排排水口監(jiān)管、河道水環(huán)境監(jiān)管、預(yù)測預(yù)警及溯源等模塊組成； 防汛智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)就會商信息準(zhǔn)備、 會商會議支持、會商結(jié)果處理、會商環(huán)境管理等模塊的系統(tǒng)功能、界面風(fēng)格進(jìn)行開發(fā)、整合、集成和展示；綜合信息服務(wù)平臺由集成信息服務(wù)平臺、 北運(yùn)河全景監(jiān)管平臺和社會公眾服務(wù)平臺組成。

四、結(jié) 語

全面推行河長制是國家戰(zhàn)略，也是新時(shí)代流域綜合管理的實(shí)踐需求。 信息實(shí)時(shí)獲取，問題快速發(fā)現(xiàn)，方案及時(shí)制定，決策科學(xué)生成和監(jiān)督有效執(zhí)行是落實(shí)河長制管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而這些措施的具體實(shí)施均離不開信息化體系的支撐。 本研究以北運(yùn)河流域?yàn)槔?分析了流域落實(shí)河長制的需求以及不足，提出該流域面向河長制管理的信息化體系重點(diǎn)方向， 可為河長制的貫徹落實(shí)提供技術(shù)支持。