天津生态城水环境系统智能化管理平台的研究与实现

秦忠强　林翊　杜浩为　苏晓　季洋

摘 要：水体环境的保护与治理是我们国家面临的一个重大问题，为此，国家在“十二五”规划中设立了若干水环境专项课题，中新天津生态城是水专项课题的参与者与示范地。本论文研究内容包括“天津生态城水环境系统智能化管理平台”的分析、设计与建设，旨在通过对系统建设目标、技术路线、建设思路、建设依据、建设内容与方法的研究，为该系统的建设与应用提供参考和依据。论文对关键技术和系统软件、硬件及数据库设计与建设进行了详尽描述，同时进行了经验总结与效益分析。通过论文的研究与编写，进一步证实了系统关键技术和建设方法的科学性与可行性，同时验证了系统应用效果与社会经济效益。

关键词：生态城；水环境系统智能化管理平台；水质数据；监测

1 概述

1.1 研究背景

为实现天津生态城2020年水系统规划建设目标（非常规水源利用率≥50%、地表水达到IV类水环境标准）积累成功经验，天津生态城投资开发有限公司进了国家“十二五”水专项“中新生态城新型水系统实施保障及智能化管理系统示范研究”的课题研究工作。为实现课题技术研究与示范工程建设相结合的目标，进行了“天津生态城水环境系统智能化管理平台”的研究与实施工作。

1.2 研究目标

天津生态城区域水环境系统智能化管理平台是国家“十二五”水环境专项课题研究的重要组成部分、是构建生态城新型水环境系统的信息基础，为完成课题任务，我们从以下方面进行了平台层面的研究：

（1）水质数据采集研究。

（2）平台传输网络研究。

（3）水质信息动态管理与应用研究。

（4）水质安全自动报警研究。

（5）水质事件智能化处置与联合调配研究。

（6）水环境系统资源的整合與应用研究。

2 平台架构研究

水环境智能化管理平台，是一个综合性的系统工程，在建设架构层面，包括实现水质信息采集与传输的感知层与网络层，对各类数据进行管理与应用的数据层，以及进行智能化应用与决策的业务层与应用层。

3 平台功能设计与实现

在建设内容层面，系统包括首页、基础信息、监测数据、报警信息、应急预案、视频监控和系统设置7个模块（如图2所示）。

4 水质监测网络研究与实现

4.1 监测设备选型

水质在线监测设备包括COD、氨氮、总磷、总氮等污染物指标在线监测设备，综合考虑价格与性能，选用设备如表1。

4.2 监测站点布局研究

生态城暂时计划在清净湖与蓟运河故道布设监测点3个，在蓟运河与蓟运河故道交界处、蓟运河故道与清净湖交接处、慧风溪流入故道处分别进行在线监测站点布设。

监测站点分布状况如图3。

5 监测数据及传输研究

5.1 水质数据采集

综合性指标数据：水温、pH、电导、溶解氧（DO）、浊度、悬浮物（SS）、氧化还原电位等。

水污染指标数据：生化耗氧量（BOD）、化学耗氧量（COD）、总需氧量（TOD）、总有机碳（TOC）、紫外吸收（UV）等；金属及类金属污染物、三氮（硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮）、磷、氰化物、氯化物、氟、酚类化合物、矿物油等。

生物指标数据：大肠杆菌群数、细菌总数等。

5.2 水质数据传输

水质数据由在线监测设备采集后，通过无线通信网络传输到数据库服务器，数据分析模型根据预设算法与规则，将监测数据自动区分与归类，分别存入对应的监测数据表中。

通过特定代码运算与参数配置，系统可以访问不同监测数据表中的监测数据，实现水质监测数据的应用与管理。

6 平台功能实现

系统包括首页、基础信息、监测数据、报警信息、应急预案、视频监控和系统设置7个模块，各模块具体功能如下：

6.1 首页

首页以地图和实时数据表的形式对监测站点和监测数据实现时空结合的管理与应用展示。

6.2 基础信息

基础信息实现站点管理和指标设置，包括监测指标设置、报警指标设置、水质站点管理和水量站点管理等功能。

6.3 监测分析

监测数据实现水质监测数据的查询、管理与分析，包括水质数据分析、水量数据分析等功能。

6.4 报警信息

报警信息实现水质数据报警与报警信息管理，根据监测指标不同，分为COD报警、总磷报警、氨氮报警、硝酸盐氮报警与叶绿素a报警等。

6.5 应急预案

应急预案实现不同级别水环境事件的应急处置，根据预案级别不同，启动相对应的应急处置流程，流程中各相关单位和干系人按照预案规定的顺序与标准完成各自职责范围内的工作，协同配合，快速高效。

6.6 视频监控

视频监控接入水体和泵站的视频信息，以可视化的信息支撑配合水环境管理，从而提高安全性与可靠性。

7 结束语

本平台的研究集成了先进的技术、设备与建设方法，并结合天津生态城水体环境的实际状况，通过系统实现过程中的探索与实践，证明我们所采用的技术路线和建设方法是行之有效的，同时，通过系统应用表明系统具有客观的经济效益与社会效益。

参考文献

[1]姚运先.水环境监测[M].化学工业出版社，2015.

[2]汤国安.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].科学出版社，2006.

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[4]吕小明.环境污染事件应急处理技术[M].中国环境科学出版社，2012，7.

[5]中新天津生态城.中新天津生态城水环境预警及应急预案管理办法[Z].2016，4.