天津生態城水環境系統智能化管理平臺的研究與實現

秦忠強　林翊　杜浩為　蘇曉　季洋

摘 要：水體環境的保護與治理是我們國家面臨的一個重大問題，為此，國家在“十二五”規劃中設立了若干水環境專項課題，中新天津生態城是水專項課題的參與者與示范地。本論文研究內容包括“天津生態城水環境系統智能化管理平臺”的分析、設計與建設，旨在通過對系統建設目標、技術路線、建設思路、建設依據、建設內容與方法的研究，為該系統的建設與應用提供參考和依據。論文對關鍵技術和系統軟件、硬件及數據庫設計與建設進行了詳盡描述，同時進行了經驗總結與效益分析。通過論文的研究與編寫，進一步證實了系統關鍵技術和建設方法的科學性與可行性，同時驗證了系統應用效果與社會經濟效益。

關鍵詞：生態城；水環境系統智能化管理平臺；水質數據；監測

1 概述

1.1 研究背景

為實現天津生態城2020年水系統規劃建設目標（非常規水源利用率≥50%、地表水達到IV類水環境標準）積累成功經驗，天津生態城投資開發有限公司進了國家“十二五”水專項“中新生態城新型水系統實施保障及智能化管理系統示范研究”的課題研究工作。為實現課題技術研究與示范工程建設相結合的目標，進行了“天津生態城水環境系統智能化管理平臺”的研究與實施工作。

1.2 研究目標

天津生態城區域水環境系統智能化管理平臺是國家“十二五”水環境專項課題研究的重要組成部分、是構建生態城新型水環境系統的信息基礎，為完成課題任務，我們從以下方面進行了平臺層面的研究：

（1）水質數據采集研究。

（2）平臺傳輸網絡研究。

（3）水質信息動態管理與應用研究。

（4）水質安全自動報警研究。

（5）水質事件智能化處置與聯合調配研究。

（6）水環境系統資源的整合與應用研究。

2 平臺架構研究

水環境智能化管理平臺，是一個綜合性的系統工程，在建設架構層面，包括實現水質信息采集與傳輸的感知層與網絡層，對各類數據進行管理與應用的數據層，以及進行智能化應用與決策的業務層與應用層。

3 平臺功能設計與實現

在建設內容層面，系統包括首頁、基礎信息、監測數據、報警信息、應急預案、視頻監控和系統設置7個模塊（如圖2所示）。

4 水質監測網絡研究與實現

4.1 監測設備選型

水質在線監測設備包括COD、氨氮、總磷、總氮等污染物指標在線監測設備，綜合考慮價格與性能，選用設備如表1。

4.2 監測站點布局研究

生態城暫時計劃在清凈湖與薊運河故道布設監測點3個，在薊運河與薊運河故道交界處、薊運河故道與清凈湖交接處、慧風溪流入故道處分別進行在線監測站點布設。

監測站點分布狀況如圖3。

5 監測數據及傳輸研究

5.1 水質數據采集

綜合性指標數據：水溫、pH、電導、溶解氧（DO）、濁度、懸浮物（SS）、氧化還原電位等。

水污染指標數據：生化耗氧量（BOD）、化學耗氧量（COD）、總需氧量（TOD）、總有機碳（TOC）、紫外吸收（UV）等；金屬及類金屬污染物、三氮（硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）、磷、氰化物、氯化物、氟、酚類化合物、礦物油等。

生物指標數據：大腸桿菌群數、細菌總數等。

5.2 水質數據傳輸

水質數據由在線監測設備采集后，通過無線通信網絡傳輸到數據庫服務器，數據分析模型根據預設算法與規則，將監測數據自動區分與歸類，分別存入對應的監測數據表中。

通過特定代碼運算與參數配置，系統可以訪問不同監測數據表中的監測數據，實現水質監測數據的應用與管理。

6 平臺功能實現

系統包括首頁、基礎信息、監測數據、報警信息、應急預案、視頻監控和系統設置7個模塊，各模塊具體功能如下：

6.1 首頁

首頁以地圖和實時數據表的形式對監測站點和監測數據實現時空結合的管理與應用展示。

6.2 基礎信息

基礎信息實現站點管理和指標設置，包括監測指標設置、報警指標設置、水質站點管理和水量站點管理等功能。

6.3 監測分析

監測數據實現水質監測數據的查詢、管理與分析，包括水質數據分析、水量數據分析等功能。

6.4 報警信息

報警信息實現水質數據報警與報警信息管理，根據監測指標不同，分為COD報警、總磷報警、氨氮報警、硝酸鹽氮報警與葉綠素a報警等。

6.5 應急預案

應急預案實現不同級別水環境事件的應急處置，根據預案級別不同，啟動相對應的應急處置流程，流程中各相關單位和干系人按照預案規定的順序與標準完成各自職責范圍內的工作，協同配合，快速高效。

6.6 視頻監控

視頻監控接入水體和泵站的視頻信息，以可視化的信息支撐配合水環境管理，從而提高安全性與可靠性。

7 結束語

本平臺的研究集成了先進的技術、設備與建設方法，并結合天津生態城水體環境的實際狀況，通過系統實現過程中的探索與實踐，證明我們所采用的技術路線和建設方法是行之有效的，同時，通過系統應用表明系統具有客觀的經濟效益與社會效益。

參考文獻

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