太湖流域總量監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)研究

陳高　黎剛　楊雪

摘要：本文依托項(xiàng)目主要以太湖流域漕橋河、殷村港、太葛運(yùn)河三條入湖河流為研究示范，研究包括主要水污染物排放風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控體系、主要水污染物排放總量和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、主要水污染物排放總量動(dòng)態(tài)監(jiān)控和評(píng)估系統(tǒng)、主要水污染物累積性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與溯源技術(shù)研究與示范等內(nèi)容，建立流域、區(qū)域和控制單元三級(jí)主要水污染物總量監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)。項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)是在太湖流域（江蘇）范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)90%主要水污染物風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控，在典型匯水通道和入湖河流開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警示范，并將研究成果通過(guò)管理制度與水環(huán)境監(jiān)管、流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作并軌運(yùn)行，推動(dòng)相關(guān)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。本文將簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)內(nèi)容，并闡述其建設(shè)的實(shí)際意義。

Abstract： This article mainly takes Caoqiao River， Yincun Port and Taige Canal in Taihu basin as the research demonstration. The research includes main water pollutants discharge risk source monitoring system， main water pollutants emissions and environmental risk monitoring network construction， main water pollutant total amount dynamic monitoring and evaluation system， main water pollutants cumulative environmental risk early warning and traceability technology research and demonstration. The basin-area-control unit three-level main water pollutants total risk monitoring and early warning platform is established. The project construction objective is to realize monitoring of 90% of the pollution resources in Taihu basin （Jiangsu）. Early warning demonstration is carried out in typical catchment channel and Inflowing rivers， and the research results are jointly operated with the water environment regulation and river water quality monitoring work through management system， to promote the operation of related evaluation technical standard and risk early warning management platform . This article briefly introduces the content of project construction and expounds the practical significance of the construction.

關(guān)鍵詞：太湖流域；總量監(jiān)控；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；信息平臺(tái)

Key words： Taihu basin；total monitoring；risk early warning；information platform

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）06-0239-03

1 項(xiàng)目研究背景

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，太湖流域水污染影響呈現(xiàn)整體惡化趨勢(shì)，各種類型的污染事故接踵而至。“十一五”以來(lái)，特別是2007年太湖藍(lán)藻事件發(fā)生后，黨中央、國(guó)務(wù)院及江蘇省委、省政府高度重視太湖治理工作，把太湖治理作為江蘇生態(tài)文明建設(shè)的重中之重，把治太工程作為江蘇科學(xué)發(fā)展的標(biāo)志性工程，堅(jiān)持“鐵腕治污，科學(xué)治太”，堅(jiān)持應(yīng)急防控、長(zhǎng)效治理“兩手抓”，實(shí)現(xiàn)了“兩個(gè)確保”目標(biāo)，藍(lán)藻發(fā)生面積和頻次明顯下降，湖體水質(zhì)呈現(xiàn)穩(wěn)步改善的良好態(tài)勢(shì)。

太湖治理雖然實(shí)現(xiàn)了“兩個(gè)確保，一個(gè)下降，一個(gè)改善”的年度目標(biāo)，但太湖水環(huán)境形勢(shì)不容樂(lè)觀，主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是水質(zhì)改善依然任重道遠(yuǎn)。對(duì)照國(guó)家《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》2012年目標(biāo)要求，2010年，太湖湖體COD、氨氮已經(jīng)達(dá)標(biāo)，但是總磷和總氮尚未達(dá)到目標(biāo)，氮、磷入河湖總量仍是流域水污染防控重點(diǎn)，控制湖體氮磷濃度，說(shuō)清氮磷排放和入湖總量是做好太湖治理的重要基礎(chǔ)，而現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)雖具有一定的規(guī)模，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能捕獲一定的水污染超標(biāo)狀況，通過(guò)例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠分析流域水質(zhì)變化趨勢(shì)，但在氮、磷等主要污染物總量監(jiān)測(cè)、超標(biāo)預(yù)警等工作上尚未形成一個(gè)完整的監(jiān)控體系。二是污染物排放總量依然超過(guò)環(huán)境容量。近年來(lái)太湖流域各地在總量控制上做了大量工作，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，淘汰落后產(chǎn)能、提高環(huán)保準(zhǔn)入門檻、開(kāi)展末端治理等等，但是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)比重仍然較大，其中紡織、化工、冶金等行業(yè)污染物排放量仍然相對(duì)偏高，同時(shí)農(nóng)業(yè)面源和生活污染也還占相當(dāng)大的比例，污水處理設(shè)施發(fā)揮效益存在滯后效應(yīng)，入湖河流尤其是支浜污染問(wèn)題也較為突出，長(zhǎng)期淤積造成較嚴(yán)重的內(nèi)源污染。上述因素使得太湖流域排污總量仍然超過(guò)環(huán)境容量，流域內(nèi)主要污染物總量減排動(dòng)態(tài)評(píng)估及環(huán)境績(jī)效考核也沒(méi)有形成體系。

本項(xiàng)目根據(jù)太湖治理管理實(shí)際需要，針對(duì)太湖流域（江蘇）主要水污染物總量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分散、預(yù)警體系不完善、溯源控污能力不足、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與信息管理不集中等問(wèn)題，圍繞太湖流域水污染事故、污染源偷排、總量超標(biāo)等突出環(huán)境問(wèn)題，結(jié)合流域內(nèi)控制單元水生態(tài)功能目標(biāo)要求，建設(shè)先進(jìn)的信息化系統(tǒng)，優(yōu)化流域內(nèi)主要水污染物總量監(jiān)測(cè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太湖流域重點(diǎn)污染源事故污染排放與控制單元總量超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，對(duì)主要水污染物排放風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行示蹤管理，并通過(guò)建設(shè)便捷高效的信息系統(tǒng)為太湖水污染防治管理提供技術(shù)手段。

2 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

2.1 總體目標(biāo) 利用先進(jìn)的信息技術(shù)，研究基于WebGis空間展示系統(tǒng)集成示范區(qū)域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)，建設(shè)示范區(qū)域內(nèi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源申報(bào)系統(tǒng)、水污染物總量信息系統(tǒng)與總量減排動(dòng)態(tài)考核評(píng)估系統(tǒng)等多個(gè)子模塊，并最總建立太湖水環(huán)境總量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太湖風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估目標(biāo)。

2.2 研究?jī)?nèi)容 以太湖流域多年水質(zhì)及藍(lán)藻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)對(duì)流域和湖體自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成與共享，科學(xué)設(shè)計(jì)太湖風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警管理數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)收集和匯總氣象、水文、水資源利用（調(diào)、引、排水）、主要水污染物風(fēng)險(xiǎn)源、水環(huán)境和藻密度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)元、RS、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等新科技手段，構(gòu)建基于WebGIS的地理信息空間展示技術(shù)的太湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，以專題圖的形式實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的分級(jí)分布展示。建立項(xiàng)目層面的信息共享發(fā)布系統(tǒng)，為項(xiàng)目研究的信息管理、成果展示、項(xiàng)目交流提供發(fā)布平臺(tái)。

2.2.1 基于Web GIS的空間展示技術(shù)研究 Web GIS又稱萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，它是建立在Web技術(shù)上分布式環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在Internet/Intranet環(huán)境下存儲(chǔ)、處理、分析、顯示和應(yīng)用空間信息的功能。因此，Web GIS不僅具有大部分乃至全部傳統(tǒng)GIS軟件所具有的功能，而且還具有了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下所特有的功能。借助Web GIS人們可以在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，用戶不必在自己的本地計(jì)算機(jī)上安裝GIS軟件就可以利用瀏覽器便捷地訪問(wèn)遠(yuǎn)程地理信息、進(jìn)行空間檢索和空間分析。

通過(guò)WebGIS展示平臺(tái)所提供的Web GIS數(shù)據(jù)融合、專題圖生成等WebGIS數(shù)據(jù)集成功能進(jìn)行信息發(fā)布，形成水華多發(fā)區(qū)域藍(lán)藻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和水環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的綜合分析能力。為實(shí)際的業(yè)務(wù)工作提供圖形化查詢和展示平臺(tái)。

2.2.2 基于WebGIS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型集成 通過(guò)研究WebGIS和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的集成技術(shù)，使風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的計(jì)算結(jié)果可經(jīng)由WebGIS表達(dá)和展示、制圖輸出，直觀的反映水華暴發(fā)的時(shí)空特征。向社會(huì)公眾發(fā)布的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)Internet上Google Earth平臺(tái)進(jìn)行WebGIS集成。采用WebGIS技術(shù)，動(dòng)態(tài)、快速接收風(fēng)險(xiǎn)源傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)監(jiān)控信息，對(duì)獲得的重點(diǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)處理，利用相關(guān)模型進(jìn)行圖形化集成，并動(dòng)態(tài)展示相關(guān)模型的研究成果。

2.2.3 太湖流域（江蘇）氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控模塊集成 通過(guò)研究氮、磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與其他污染物在線監(jiān)控指標(biāo)的關(guān)聯(lián)與作用關(guān)系，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)源的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，建立氮、磷風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控點(diǎn)信息采集、信息監(jiān)控點(diǎn)本地儲(chǔ)存、信息初步可靠性分析、信息無(wú)線和/或有線傳輸、信息人工錄入、信息本地服務(wù)器儲(chǔ)存、信息互聯(lián)網(wǎng)傳輸和信息遠(yuǎn)程監(jiān)控中心儲(chǔ)存為一體的動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息采集、傳輸、儲(chǔ)存技術(shù)框架和體系，并進(jìn)行集成。

2.2.4 太湖流域主要水污染物總量管理模塊集成 根據(jù)流域管理、總量減排、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)等管理任務(wù)的實(shí)際需求，研究建立涵蓋流域、區(qū)域和控制單元主要水污染物排放總量的基礎(chǔ)臺(tái)賬和信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)與總量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更新維護(hù)，為環(huán)境管理部門實(shí)現(xiàn)排污總量信息共享和統(tǒng)一管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持和工作運(yùn)行平臺(tái)。

2.2.5 示范區(qū)主要水污染物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控模塊集成 建設(shè)示范區(qū)域主要水污染物排放風(fēng)險(xiǎn)源申報(bào)系統(tǒng)，采用先進(jìn)的虛擬實(shí)境、視頻監(jiān)控、通訊組網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、衛(wèi)星通訊、WebGIS、TMDL模擬等技術(shù)，建立示范區(qū)域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)。當(dāng)入湖河流斷面、太湖生態(tài)功能分區(qū)、飲用水源等敏感水體主要特征污染物（以氨氮、總氮、總磷為主）超水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)報(bào)警；合理分配示范區(qū)域內(nèi)點(diǎn)源和面源特征污染物的控制比例，核定典型入湖河流對(duì)照其水體功能能夠接受的特征污染物最大日負(fù)荷量（TMDL），當(dāng)水環(huán)境特征污染物排放超過(guò)接納水體污染負(fù)荷分配時(shí)，通過(guò)GIS查詢反捕影響區(qū)域內(nèi)水質(zhì)的水污染風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)源或面源，進(jìn)行點(diǎn)源和面源水環(huán)境特征污染物排放溯源，實(shí)現(xiàn)特征污染物排放總量到環(huán)境質(zhì)量、再到風(fēng)險(xiǎn)源預(yù)警三個(gè)層級(jí)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理，為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理和環(huán)境監(jiān)察部門的事故排查提供技術(shù)支撐。

2.2.6 太湖流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警綜合管理平臺(tái)建設(shè) 構(gòu)建一個(gè)基于太湖流域范圍內(nèi)的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警綜合管理平臺(tái)，集成數(shù)據(jù)一體化采集交換系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估系統(tǒng)、污染物總量監(jiān)控管理系統(tǒng)、氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)和地理信息展示發(fā)布系統(tǒng)。匯總利用藍(lán)藻監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、氣象、水文、水利、風(fēng)險(xiǎn)源等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水華藍(lán)藻信息的自動(dòng)采集、快速處理、實(shí)時(shí)評(píng)估、及時(shí)報(bào)警等功能，供用戶靈活、方便地在線化生成各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警報(bào)告。

3 研究成果

3.1 建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù) 項(xiàng)目利用分時(shí)多源異構(gòu)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了太湖流域主要風(fēng)險(xiǎn)源、水質(zhì)自動(dòng)站、水質(zhì)斷面、總量監(jiān)控等數(shù)據(jù)信息的采集和交換。目前建成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)4類15項(xiàng)，主要涵蓋斷面及湖體信息、水質(zhì)自動(dòng)站基本信息、風(fēng)險(xiǎn)源基本信息、風(fēng)險(xiǎn)源月數(shù)據(jù)信息、出入湖河流信息等；集成了太湖流域（江蘇）范圍內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源356家，其中工業(yè)企業(yè)135家、污水處理廠221家、水質(zhì)斷面198個(gè)、水質(zhì)自動(dòng)站115個(gè)、湖體浮標(biāo)站20個(gè)，并對(duì)15條主要入湖河口進(jìn)行了總量監(jiān)控，目前收集的數(shù)據(jù)已超過(guò)13萬(wàn)條。

3.2 建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái) 平臺(tái)共分為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源管理、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理、水污染物總量監(jiān)控管理3個(gè)管理模塊及總量動(dòng)態(tài)評(píng)估決策、風(fēng)險(xiǎn)溯源決策、示范區(qū)綜合決策3個(gè)決策模塊，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)太湖流域90%以上風(fēng)險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，太湖流域出入湖河流、湖體、15條主要入湖河流、總量實(shí)時(shí)監(jiān)控與動(dòng)態(tài)綜合決策預(yù)警的功能。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析 項(xiàng)目研究成果將構(gòu)建流域主要水污染物風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)控體系，制定太湖藍(lán)藻水華分級(jí)及強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)及流域主要水污染物減排技術(shù)體系，建立對(duì)流域內(nèi)重大治理工程進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)的制度，及時(shí)反映太湖水質(zhì)目標(biāo)完成情況，將在流域水環(huán)境綜合管理上形成強(qiáng)大的示范與應(yīng)用市場(chǎng)。通過(guò)研究成果的直接應(yīng)用，可以形成以水環(huán)境污染事故快速、及時(shí)的跟蹤能力，減少監(jiān)測(cè)部門每逢污染報(bào)警即赴現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)的頻次，節(jié)約監(jiān)測(cè)成本，形成直接管理效益。

4.2 社會(huì)效益分析 項(xiàng)目通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的開(kāi)發(fā)推廣實(shí)施后，充分發(fā)揮相關(guān)科研單位和高校的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)能力、研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和人才資源培養(yǎng)能力。通過(guò)項(xiàng)目研究培養(yǎng)各類水環(huán)境管理和綜合信息技術(shù)人才，對(duì)項(xiàng)目承擔(dān)單位和參與單位人力資源建設(shè)有巨大的促進(jìn)作用。項(xiàng)目建立的主要水污染物總量減排環(huán)境績(jī)效評(píng)估技術(shù)和方法，為科學(xué)評(píng)估流域內(nèi)污染減排成效，促進(jìn)流域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步改善，實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)確保障”的目標(biāo)，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，對(duì)于全面建設(shè)小康社會(huì)目標(biāo)、構(gòu)建和諧社會(huì)效益明顯。

4.3 環(huán)境效益分析 通過(guò)項(xiàng)目的研究和實(shí)施，為流域“十二五”水污染治理目標(biāo)的制定提供基礎(chǔ)信息依據(jù)，對(duì)國(guó)家主要水污染物總量控制指標(biāo)和污染減排指標(biāo)的完成也有促進(jìn)作用。項(xiàng)目研究形成的成果將直接服務(wù)于太湖流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水質(zhì)評(píng)價(jià)、水污染事故的捕獲和處置，服務(wù)于流域內(nèi)主要水污染物總量減排考核工作，為每年治太目標(biāo)的制定、促進(jìn)主要水體水環(huán)境質(zhì)量趨于改善有積極的推動(dòng)作用。因此，項(xiàng)目研究的環(huán)境效益顯著，對(duì)于保障流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和水環(huán)境改善具有積極作用。

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