遼寧省水資源監控能力建設項目設計與研究

(遼寧省水利水電科學研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

遼寧省水資源監控能力建設項目應嚴格按照水利部制定的統一標準、規約進行系統設計[1]，要按照滿足“紅線能顯、現狀能監、管理有措、決策有助和應急有策”的功能要求進行系統建設，其框架設計見圖1。 全面定制水利部統一開發的三級通用軟件(數據庫系統和業務管理系統)，以滿足遼寧省(省、市、縣水行政主管部門)和水利部、流域機構業務管理工作的需求。 充分利用現有可利用的信息系統資源，進行相關系統的整合和集成，保證建設質量，使系統獲得更豐富強大的功能， 并避免資源浪費，初步建立起遼寧省水資源監控體系，并為未來系統的進一步擴充提供經驗。

圖1 水資源監控能力建設功能框架

1 取用水監控體系

1.1 取用水監控對象及現狀

目前，遼寧省頒發取水許可證的取水許可總水量113.3億m3。其中，城市生活和工業取水許可水量63.8億m3，農業取水許可水量49.5億m3。遼寧省自2004年開始，進行了取水計量遠程監測系統建設。系統覆蓋沈陽、鞍山、撫順等13個市的水資源費應征額50萬以上的自備水源取用水大戶以及市、縣自來水公司，共280個取水戶650個監測點，監測水量為10.84億m3，目前只有朝陽、本溪、鐵嶺3個市的監測系統仍在使用，而其他10個市的大部分站點由于系統建設缺少后續運行維護資金等原因，大多不能正常運行。遼寧省對農業灌溉取用水戶的監測點很少，水平衡測試工作進行得也很少。因此，省水資源監控能力建設項目中取用水監控體系的建設內容包括建設540個取用水國控監測點，對325個取用水戶的取水量實現在線監測。

1.2 取用水監控體系結構設計

取用水監控體系由監測點、監控中心，以及監測點與監控中心的信息傳輸信道構成。監控中心統一部署在省水利廳的水資源監控管理信息平臺， 取用水監控體系結構見圖2。監測點包括管道型、渠道水位型兩種形式，負責采集、發送水量監控信息和終端管理信息。監控中心主要是水資源監控管理信息平臺部署的監控服務器，邏輯上屬于信息傳輸與接收處理的一部分。系統運行時，監控平臺接收各監測點遙測的各種要素信息，所有信息經處理后，再由其他應用系統使用。監測點與監控中心的信息傳輸信道由水利政務外網和移動GPRS網絡組成，信息可雙向傳輸。按照取水監測站點信息的安全等級，又分為普通型和加密型。省監控平臺到監測點的信息傳輸流程，均為普通型，由省監控平臺服務器發出指令，經水利信息政務外網、移動GPRS網絡傳遞到各監測站的遙測終端機，遙測終端機根據省監控平臺的命令，采取相應動作，反向上報各種數據，完成一次命令的執行。此信息流程主要用于對監測點遙測終端機的遠程召測和遠程設置。

圖2 數據傳輸流程

2 水功能區監控體系

2.1 水功能區監控對象及問題

水功能區監控體系的建設包括原省水環境監測中心及各分中心的改建，需補充購置新的儀器設備，進行實驗室信息管理系統軟件的試點開發，系統地提高其監測能力。這樣能夠實現對全省540個水功能區、10個國家重要應用水源和主要排污口的監測。使列入《全國重要江河湖泊水功能區劃》考核名錄的重要江河湖泊水功能區的監測達到100%，全國重要飲用水水源及保護區監測達到100%，使省內重要的水功能區得到全部監測。

目前，就全省范圍而言，監測能力總體上處于較低水平，監測設備缺乏，主要有以下問題：?水功能區的監測覆蓋率很低，在全省675個水功能區中，僅監測350個主要水功能區(包括國家重要水功能區)，其他部分基本沒有監測；?重要水功能區監測頻率低，仍無法滿足水功能區監督管理的需求[2]；?監測項目不全，仍有很多水功能區不能按照地表水環境質量標準實施全部基礎性監測項目，而目前已經監測的水功能區監測項目平均在20～27項，仍有幾個項目沒有開展常規監測；?除了省中心具有一些現場應急監測能力外，其余中心現場監測和應急監測能力較低，甚至大多數分中心沒有現場監測能力，無法應對緊急情況或及時快速的現場監測。

2.2 水功能區監控體系結構設計

水功能區監控體系建設按照目標與手段相匹配、任務與能力相適應的要求，以自動化、信息化為方向，結合各重要江河湖泊水功能區國控監測點監控的實際需要[3]，對建設范圍內的重要飲用水水源地和實驗室在其現有基礎上配置基本監測設施，實現監測能力基本達標要求。

水功能區監測系統主要由兩部分組成：?實驗室能力建設；?實驗室信息管理。本項目確定的需加強水功能區監測能力的省水環境監測中心實驗室1個，水環境監測分中心12個。根據水功能區監測點布設的總體情況以及目前的水質監測水平，遼寧省水功能區監測點主要以巡測為主(水質巡測即經常性水質監測、取樣實驗室化驗方式)，所有水功能區和飲用水水源地均采用巡測方式。通過實驗室能力建設，為省中心或分中心配備必要的水質采樣車輛、現場監測設備和實驗室分析儀器，以滿足監測的實際需要。采集的樣品在實驗室內分析，通過實驗室信息管理系統進行流程管理，控制檢測精度和檢測質量，以自動或人工的方式收集檢測數據，并在完成數據分析和質量評估后，報送至水資源監控管理信息平臺數據庫。

3 省級水資源監控管理信息平臺

遼寧省水資源監控管理信息平臺為各級水行政主管部門實施最嚴格水資源管理制度及未來一個時期整個水資源管理提供了基礎信息和決策支持平臺[4]，對科研規劃設計機構及政府相關部門在水資源及相關問題的研究、規劃設計及政策制定等方面發揮了舉足輕重的輔助作用。

3.1 總體框架

信息平臺的整體架構由7個層次組成，分別是信息采集傳輸層、計算機網絡層、硬件設備層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層和應用交互層，總體框架見圖3。系統建設要遵從項目的標準規范體系要求，以達到保障應用協同、信息共享、節省成本、提高效率、易于升級改造的目標。與此同時，系統建設還必須符合安全系統的要求，包括物理安全、網絡安全、信息安全和安全管理，以確保系統的安全應用。

3.2 系統功能設計

遼寧省水資源管理監控信息平臺建設充分考慮了水資源管理各方面的信息需求和環節[5]，功能涵蓋了現行管理體制中各方面的業務處置和管理內容。系統建設主要包括4個方面：水資源信息服務、水資源業務管理、水資源應急管理和水資源調配決策，支撐用水總量、用水效率、水功能限制納污“三條紅線”管理和水資源管理監督考核等主要業務應用，并滿足未來一個時期水資源管理的需要，其結構見圖4。

圖3 遼寧省水資源監控管理信息平臺

圖4 系統功能結構

3.2.1 水資源信息服務系統

水資源信息服務系統用于向(省、市、縣)水行政主管部門、取用水戶、社會公眾、科研規劃設計部門、政府相關部門等各類用戶提供水資源及水資源管理信息的服務。依據需求分析，水資源信息服務系統按照信息服務內容分4個信息服務子系統來設計，分別是“三條紅線”監控與預警子系統、水資源實時動態信息服務子系統、水資源基礎信息服務子系統和水資源管理信息服務子系統。同時，建立信息分發子系統，為水管部門之外的其他用戶提供信息服務。信息服務系統可以根據不同用戶的信息需求提供相應的信息服務，不同用戶可以獲取的信息受各自權限限制。各類用戶通過門戶系統來獲取信息，水行政主管部門通過對內業務應用門戶獲取信息服務，其他用戶通過信息服務門戶獲取信息服務，系統模塊見圖5。

圖5 水資源信息服務系統結構

3.2.2 水資源業務管理系統

水資源業務管理系統主要服務于水資源管理的各項日常業務處理[6]。根據對水資源業務管理需求的分析，水資源業務管理系統共分為5個子系統，包括用水總量控制管理、用水效率控制管理、水功能區限制納污管理、水資源管理監督考核以及支撐保障。水資源業務管理系統通過定制國家三級通用軟件的方式實現，遼寧省將全部定制，不單獨開發。

3.2.3 水資源應急管理系統

各類自然災害和人為事故造成的水資源應急管理需求可分為兩類：?突發性水污染事故的應急管理；?突發事件引起的供水問題的應急管理。因此，需建立應急水污染事故應急管理和應急供水管理兩個子系統。

突發水污染事件應急管理子系統分別建立應急管理預案制定與調整主模塊和應急事件信息管理、事件影響分析、應急預案管理、預案編輯、決策會商5個子模塊，基本結構見圖6。

圖6 突發水污染事件應急管理子系統基本結構

當一個或一些水源由于緊急情況而無法供水或根據原始數量和質量要求無法供水時，需要采用新的供水方案，使各行各業盡快得到供水。應急供水方案擬定與調整作為應急供水管理決策支持子系統的核心模塊， 下設5個子模塊，分別是事件信息管理、供水問題分析、應急預案管理、方案編輯、決策會商等，基本結構見圖7。

圖7 應急供水管理子系統結構

3.2.4 水資源調配決策支持系統

此系統的設計重點是水資源分配方案制定(總量控制紅線制定)、年度用水計劃制定以及年內水資源調度的決策支持[7]。由于水資源分配方案制定所需要的信息支持不同于年度用水計劃制定和年內水資源調度，因此本調度決策支持系統將分別建立兩個子系統：?水資源分配決策支持子系統，用于制定和調整水資源分配計劃；?調度決策支持子系統，用于年度用水計劃編制和年內水資源調度。

4 結 語

遼寧省國家水資源監控能力建設項目作為水資源管理現代化的重要標志，為監督和考核最嚴格水資源制度的實施提供了重要支撐，為未來水資源管理提供了多方位、多層次、多渠道的綜合服務和技術支持。此項目的實施在提高水資源管理效率和信息資源的利用效率、改善水資源科學管理方面發揮了重要作用。這對遼寧省水資源的合理、高效和可持續利用，對水環境狀況的改善和水生態修復發揮了重要的、持久的作用，進而對提高遼寧省的社會生產能力和生產效率，對全省居民提高生活水平、保障用水安全、改善生活環境等都發揮了積極作用。