“太湖流域水环境智慧监管平台”建设构架研究

童波邮 许蓉

摘 要：本项目研究基础来源于水体污染控制与治理科技重大专项-太湖流域水环境管理技术集成与业务化运行项目中的太湖流域水生态环境智慧监管平台构建与业务化运行课题，以太湖流域水生态功能分区水质目标达标管控为核心，紧密贴合太湖流域水环境管理部门业务需求，拟以业务化运行为出发点，集成太湖流域水环境管理各类数据，研究“太湖流域水环境智慧监管平台”技术构架及功能，为建设太湖流域水生态环境智慧监管平台并实现业务化运行提供思路，力求通过信息化平台建设，打破业务壁垒，解决信息孤岛，实现太湖流域水环境管理决策的科学性，提升管理的效率，为水生态功能分区水质目标达标管理提供技术支撑。

关键词：太湖流域；水环境管理；智慧监管

1 研究背景概述

太湖流域是我国区域经济最为发达的地区之一，同时也是国家重点整治的“三湖”之首，其经济发展与生态环境保护之间的矛盾日益显著。“十一五”、“十二五”以来，在水专项的大力推动下，太湖流域在各项水环境管理技术方面取得了大量的研究成果，为太湖流域水环境管理提供了基础支撑。但与此同时，流域水环境治理也逐步进入攻坚克难的阶段，诸多问题亟待解決：在水生态环境监管方面，虽已具备了一定的水环境管控技术，但各项管控技术还未能与实际管理业务有机融合，亟需利用信息化手段和互联网监测技术为环境管理提供技术支撑，利用模型算法和大数据分析技术提供决策支撑，强化监管技术与管理业务的融合，进一步提升管理效能。在信息化系统建设方面，围绕太湖流域已建设了各类水环境管理业务平台，这些平台为太湖流域的水环境管理工作提供了大量的信息支撑，但太湖流域水污染治理、水环境与生态综合管理是一个复杂的系统工程，目前存在各省分治的问题，未能从一个整体把控太湖流域的水环境治理工作，迫切需要集成与整合流域内各项水环境管控技术、决策模型和管控平台，打通涉太各部门相关数据及业务通道，真正实现太湖流域联合监管和联合治理，全面提升太湖流域的水环境管理决策支撑能力。

2 国内外研究进展

近年来，国内水生态环境监管越发得到重视，在提升水生态环境监管能力方面也取得了大量的科学研究成果，并配套建设了各类管控平台，这些平台在数据分析、水环境模型管理、流域污染跨界管控等方面做了相应的研究工作，国外也利用大数据分析技术针对水环境管理也做了相应的研究工作，这些研究成果为本项目的实施提供重要的技术支撑。

在水环境监管大数据分析技术方面。目前，国内外针对环保大数据分析应用开展了大量的研究，涉及污染源识别、污染物总量核算、企业排污数据规律评价、水环境风险评估以及风险模拟预测等方面，产生了一系列的研究成果。在技术上，形成了基于Spark的大数据挖掘、云海大数据一体机（in-cloud smart data appliance，iSDA）、Apache Hadoop大数据基础支撑、流式计算、大数据SQL、用户画像及机器学习等技术，在应用上，涵盖了地表水环境质量大数据分析、流域水环境风险大数据评估和预警、空气质量大数据预警分析等方面。这些研究成果为太湖流域环保大数据分析系统的建设提供了技术支撑与借鉴。

在水环境跨界管控技术方面。在跨界河流合作开发过程中，联合监测不仅是有效解决国际河流冲突和争端的重要技术手段和途径，也是流域一体化规划、建设、开发、运营、维护的基础和保障。目前，不同国际河流的联合监测实践各不相同，学术界对于联合监测机制内涵的认识也不尽相同。Botterweg等在多瑙河流域管理的总结中将国际河流联合监测归纳为由联合监测框架和策略、突发事件应急响应系统和监测策略行动方案3个方面构成的合作机制。李国刚认为明确的信息需求决定了监测方案、数据需求、评价问题以及所获得信息的利用，是实现跨界河流水资源管理政策的保障。

3 项目研究目标

太湖流域水环境管理需要根据生态安全和水环境系统功能协调平衡的要求，运用系统方法对流域生态健康和环境安全进行客观评价，对流域的社会经济活动进行规范和约束，以实现水资源合理配置、产业结构优化以及环境生态平衡的目标。为了尽快达成太湖流域水生态环境持续改善和水生态功能区全面达标的国家目标，必须集成流域内各项水环境管控技术，并充分利用信息化智慧化管控平台的数据和工具优势，通过以排污许可证为核心的环境管理制度体系创新，真正实现政策、工具、技术的有机结合，极大限度地提升太湖流域水生态环境的综合管控与科学决策能力。项目拟开展太湖流域水生态环境智慧监管平台需求调研及初步设计，提出平台建设技术规范，最终建成太湖流域水生态环境智慧监管平台并实现业务化运行。

4 技术路线

项目拟利用江苏省生态环境厅现有信息化软硬件基础资源，结合项目其他研究内容，利用组件化技术和三维可视化集成技术，整合完善形成“太湖流域水生态智慧监管平台”，实现“日常监控查询”、“环保大数据分析”、“指挥调度和联合监管”、“水质目标管理”、“水质监控预警”、“综合信息发布”等主要功能，技术路线见下图：

5 主要建设内容

太湖流域水生态环境智慧监管平台主要建设内容包括建立基于水生态环境功能区的水环境质量监测监控网络以及太湖流域重点污染源监控网络，建设基于水生态环境功能分区目标管理的污染源动态监管子系统，建设太湖流域水环境综合监管督查子系统以及太湖流域水生态环境综合监管智能化辅助子系统。

5.1基于水生态环境功能分区的水环境质量监测监控网络主要包括水质监测网络、水生态监测网络、水生生物条形码库管理、水生态功能分区管理、水环境控制单元等模块。

5.2太湖流域重点污染源监控网络主要包括一企一档、排污许可证管理两个模块。

5.3基于水生态功能分区目标管理的污染源动态监管子系统主要包括排污许可证管理智能化辅助系统、污染源反欺诈识别系统、排污许可绩效评估、污染源动态管控4个模块。

5.4太湖流域水环境综合监管督查子系统主要包括信息交流与共享、应急响应、跨界水环境矛盾调处3个模块。

5.5太湖流域水生态环境综合监管智能化辅助子系统主要包括项目环评智能评估、水环境总量监控预警、水质目标预测、突发水污染风险超标预警4个模块。

通过三维可视化的技术实现太湖流域水环境管理数据分析模型库的相关模型结果展示、与模型相关的在线监测数据以及业务数据的在线展示，提高数据使用效率，提升管理者的决策分析的效率。

6 结论

通过本项目的实施，建立太湖流域水生态智慧环境监管平台，集成与整合各项水环境管控技术和模型算法，对流域的生态环境数据进行综合管理，形成高效、有序的运行机制，为环境管理决策提供全面、真实、快速的信息；建立政府部门间太湖流域生态综合信息共享机制，加强部门间协同，实现各部门间环境数据的融合与集成，为政府各部门的管理和开发提供技术依据；建立太湖流域环境数据平台，科学、准确地反映太湖生态环境及变化趋势，为社会公众提供太湖环境数据共享能力，使民众参与到环境保护中来，提高公众环境意识，增强政府决策的透明化和民众监督化，大大提升政府行政执法能力、监管能力和水污染事故应急能力，改善流域生态环境管理，推动环境保护工作迈上一个新的台阶。

基金项目：太湖流域水环境管理技术集成与业务化运行项目-太湖流域水生态环境智慧监管平台构建与业务化运行课题（2018ZX07208006）

参考文献

[1]吕红迪，万军，秦昌波，等.“三线一单”划定的基本思路与建议[J].环境影响评价，2018，40（3）：1-4.

[2]尉飞新，环菲菲，潘崇伦.上海市水务信息资源目录 体系和交换体系建设实践[J].上海水务，2009，25（1）：42-45；48.

[3]水利部太湖流域管理局和中科院南京地理与湖泊所.太湖流域生态与环境地图集[M].科学出版社，2000.