我國水環境綜合管理平臺設計研究

韋大明，孫運海，陳巖，趙康平，張濤

（環境保護部環境規劃院，北京 100012）

引言

近年來，我國開展了大量的水環境調查、監測及信息化建設工作，在全國各省、市、自治區環保廳和多數地級市環保局都已建立門戶網站和局域網辦公系統；開發了環評質量的監測、污染源的監控、環境應急管理、排污收費、污染投訴、建設項目的審批、核與輻射管理等一批業務應用系統。但與國外相比，我國水環境綜合管理還存在以下問題：各級水環境管理部門數據尚未全面整合集成在一起，層級間數據共享與印正難以實現，動態更新機制不夠靈活；各類水環境管理手段（如流域核查、總量核查等）缺乏現代化信息管理與服務系統支撐，相互之間難以實現數據交換和互操作；水環境信息及基礎數據的開發利用尚處于起步階段，水環境綜合評價、預警、會商等輔助決策的能力還有待提升與開發。

針對上述問題，筆者開展了我國水環境綜合管理平臺的設計研究，提出了平臺建設的必要性，并基于“多元集成、統一管理、綜合服務”模式，構建了水環境綜合管理平臺，設計了平臺的邏輯層次、功能體系和數據接口等。

1 平臺建設的必要性

1.1 發揮水環境管理機構的綜合效能

流域水環境綜合管理內容廣泛，流域水環境綜合管理需要跨部門、跨學科、跨區域的合作?！端廴痉乐涡袆佑媱潯芬蟆案饔嘘P部門要認真按照責任分工，切實做好水污染防治相關工作”，需要統籌和整合發改、財政、水利、農業、住建、海洋等國家有關部門的數據與資源，同時還要與水污染物總量減排、環評項目審查等工作緊密結合，形成以“流域—控制區—控制單元”為基礎的，以水環境質量改善為目標的水環境管理基礎平臺，在流域、區域空間上實現各項水污染防治指標和管理指標的“落地”，充分發揮各方水環境管理機構的綜合效能，有效提高流域水環境綜合管理水平。

1.2 提升水環境精細化、信息化管理水平

《水污染防治行動計劃》提出了控制排污、促進轉型、節約資源等任務，構建水質、水量、水生態統籌兼顧、多措并舉、協調推進的格局。各相關部門將陸續出臺管理、考核等制度。為有效評估各項管理、考核等制度的落實情況及績效，開展流域水環境綜合管理平臺的建設，是實現精細化水環境管理的需要，也是流域水環境信息公開的公眾需求，基于平臺的信息展示和分析，提升流域水環境管理決策水平。

2 總體結構

2.1 總體框架

我國水環境綜合管理平臺按照“多元集成、統一管理、綜合服務”的總體框架模式設計（見圖1）。多元數據集成是指依托污染源環境統計數據、補充監測數據、應急監測數據、考核數據、水文水資源數據、GIS數據和社會經濟數據等多種數據來源，構建多元層級的水環境數據集成系統，以實現水環境數據的有機集成和資源的有序共享。統一數據信息管理是指基于水環境綜合管理平臺數據庫，建立統一的水環境綜合管理信息應用基礎支撐系統，為平臺其他系統、業務部門的應用系統及其他第三方系統提供基礎數據及信息服務。綜合信息服務是指在前兩者的基礎上，面向決策者，構建集中的數據分析系統和空間展示系統，這是平臺數據信息收集、分析和對外展示的窗口。

圖1 我國水環境綜合管理平臺總體框架

2.2 邏輯層次

為實現平臺設計的總體框架，水環境綜合管理平臺邏輯上分為5個層次，自下而上分別為：設施層、數據層、支撐層、應用層和用戶層（見圖2）。

圖2 我國水環境綜合管理平臺邏輯層次

設施層為平臺運行提供相關的軟硬件設備，是支撐平臺正常、穩定運行的保障，主要由操作系統、數據庫管理系統、服務器、存儲設備、網絡設備等組成。

數據層是平臺服務的主要內容，可集成各類渠道獲取的信息，為平臺提供數據支持。水環境綜合管理主要涉及的數據資源包括：社會經濟、水文資源、水質、水污染物總量、GIS、系統管理庫、模型輸出庫等。

支撐層主要是實現數據信息的調用、處理、結果反饋。該層包括管理功能和服務功能兩部分內容，可為用戶提供注冊、登錄、權限認證、數據綜合分析、數據挖掘、空間展示等功能服務。

應用層是平臺各功能成果的集成和展示。在支撐層的基礎上，應用層利用計算機技術將核心功能包裝成管理所需各種模塊，為決策者提供基礎性功能的調用。例如，考核評估模塊集成了水質數據評價方法、GIS平臺、信息發布平臺等內容，能夠全景展示我國各流域水質變化情況。

用戶層是指平臺的管理維護和使用者，具體包括水環境管理的業務人員、科研人員、決策者及國內外公眾等。

2.3 功能體系

我國水環境綜合管理平臺功能體系（見圖3）具體包括多元數據集成系統、信息應用支撐系統、數據分析系統和空間展示系統。

圖3 我國水環境綜合管理平臺功能體系

多元數據集成系統是構成水環境綜合管理平臺業務服務功能的基礎。該系統主要包括水質監測、污染物排放、水文資源、社會經濟、土地利用及空間矢量等數據，實現多元數據的整合集成，為水環境日常管理、預警報告、應急會商等提供全面的一站式數據資源支撐服務。

信息應用支撐系統是水環境綜合管理平臺正常運轉的引擎，為整個平臺提供統一的功能服務。該系統主要為業務人員提供系統操作功能，實現數據的分類、查詢、分析、空間化處理等，并為數據分析系統和空間展示系統提供操作服務。

數據分析系統是服務水環境綜合管理和宏觀決策的科學依據，可實現流域水質、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區社會經濟等數據指標的綜合分析。利用該系統可進行流域考核管理、水環境預警分析和應急會商的數據查詢、導入、導出以及圖表生成等操作。

空間展示系統是提升和擴展水環境綜合管理平臺的重要門戶。該系統利用數字高程模型（DEM），在重點地區采用高分辨率遙感影像，可生成各種屬性或屬性疊加的水環境專題圖，進行圖層和數據分析系統結果的空間化展示、查詢，并通過決策模擬進行水質變化趨勢預測和污染源減排績效分析，實現多數據資源的信息聯動，使得考核、預警和會商等功能實施更為直觀。

3 平臺建設與實現

3.1 平臺開發技術

平臺主體上采用基于J2EE技術的B/S構架的方式。J2EE是主流的技術體系，J2EE已成為一個工業標準，其基礎是JAVA語言，JAVA語言與平臺的無關性保證了基于J2EE平臺開發的應用系統和支撐環境可以跨平臺運行。平臺采用B/S構架將有利于部署和實施，并且業務功能集中到服務器上，可以發揮易維護、易部署、應用開放的優勢。采用MVC分層編程模式（分別為：M是指業務模型、V是指用戶界面、C則是控制器），進行程序開發工作。底層數據庫采用業界最成熟的關系型數據庫Oracle10g，為平臺提供強大的數據支撐。

3.2 平臺實現

平臺開發已取得階段性成果。目前已完成多元數據集成系統、信息應用支撐系統、數據分析系統和空間展示系統的開發任務。隨后工作將在此基礎上，進一步強化模型模擬、動態時序和重點城市等功能模塊的完善和拓展。

平臺已在環境規劃院以及部分省區市開展測試工作。在2013年和2014年的全國重點流域考核及全國主要水污染物總量減排核查核算過程中，平臺為考核工作提供了歷年污染源、監測點位及地方社會經濟發展等多方面數據支持及空間展示服務。在河池市測試過程中，平臺匯總集成了包括污染源、水環境、土壤環境、陸地生態等為一體的河池市環境質量現狀數據庫，為河池市環境保護工作的開展提供了有力的數據支持，并借助平臺的分析功能，明確了污染來源，確定了治污方案。

4 結語

本研究中提出并設計了基于“多元集成、統一管理、綜合服務”模式為一體的國家水環境綜合管理平臺。該平臺包括多元數據集成系統、信息應用支撐系統、數據分析系統和空間展示系統。

在統一平臺中，4大系統協同工作，共同實現流域水質、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區社會經濟等數據指標的無縫集成、統一管理，實時掌握我國流域水環境質量狀態變化，開展重點城市/區域水環境質量分類分級評價和影響因子分析，提供水環境綜合管理的一體化服務。

利用基于J2EE技術B/S構架的方式，已經完成4大系統的開發任務，并在環境規劃院和部分省區市進行了應用測試，集成了大量的數據，并為環保工作的開展提供了科學依據，帶來了便利。