河長制水生態環境修復監控管理平臺的探討

吳宸暉，姜翠玲，鞠茂森

（1.河海大學水文水資源學院，南京210098；2.河海大學河長制研究與培訓中心，南京210098）

自2016年國家全面推行河長制實施三年多以來，已經取得了非常顯著的階段性成果，已處于穩定實施階段［1］，我國水治理指數持續提升［2］，河湖水環境得到明顯改善。但也要看到，河湖長制在實踐運行中體制、機制與技術三者匹配程度較低［3］，治理信息層面仍存在著碎片化困境［4］，現有考核機制流于形式［5］，又由于河湖的水環境污染［6］、岸線侵占［7］、水生態退化［8］等許多問題具有長期性和累積性，因此河湖治理和管理保護中還存在不少薄弱環節，尤其是在水生態環境保護和修復方面，難以擺脫“局部改善、整體惡化”的被動局面［9］，實質是治水模式的問題［10］，與河長制湖長制的要求還有很大差距，任重道遠。目前，對河長制水生態環境修復問題的研究還處于起步探索階段，我國尚無統一的區域或流域水生態環境監控管理平臺，缺少對河長制水生態修復問題及處理的統一監管，在一定程度上制約了河長制的高效推行，難以適應和滿足新時期生態環境保護工作需求。因此，加強水生態修復監控管理平臺的研究和建設是河湖管理以及生態修復實施成效評估的關鍵。

1 加強水生態環境修復監控管理研究的必要性

河長制的六大任務包括水資源保護、水域岸線管理、水污染防治、水環境治理、水生態修復、執法監督六個方面［11］。河湖水環境治理和水生態修復是河長制的基本要求和長期任務。河湖水環境問題，表現在水體，根源在區域，包括從污染物的產生、遷移轉化、匯入水體、自我凈化、水環境改善、水生態修復等整個過程，涉及水體、土壤、植物、大氣、底泥、水生生物等媒介，是一個多元復雜的系統。國際生態修復學會（SER）于2004年最新定義，生態修復是協助已遭受退化、損傷或破壞的生態系統恢復的過程［12］，該定義明確了生態修復是對生態的整體性、系統性的恢復，河湖水環境改善、水生態系統恢復是多要素綜合作用、逐漸轉化優化的結果，是河湖全生命周期的管理過程。

水環境治理和水生態修復涉及的范圍廣、投入高、見效慢。想要從根本上解決河湖問題，必須在嚴格貫徹執行河長制基本原則的基礎上，從大尺度流域考慮整體生態修復［13］，加強水污染防治、水環境治理和水生態修復，流域生態修復項目前后長期的數據收集工作至關重要［14］，強監管又是維護河湖健康的現實需要［15，16］，故政府管理部門必須打破部門和地域的分割［17］，建立一個綜合管理平臺，實時監控河湖水域及岸線狀態、區域污染狀況、河湖水環境變化動態、生態系統演變趨勢等，嚴判生態環境治理的成效和合規性，預測水生態環境突發事故，充分發揮監督管理作用，防范生態環境責任風險［18］。

目前，各地組織開發了河長制管理信息系統，但大多數還是停留在一般信息的收集和發布［19］、簡單的巡河和任務派單［20］，在水生態環境知識業務協同和信息資源開發利用方面水平低，綜合支撐和公眾服務能力弱［21］，對河湖的全生命周期管理能力弱，雖然已有不少學者運用大數據促進生態環境改革［22-27］，有學者基于云服務設計河湖長制綜合信息管理平臺［28］，有學者應用物聯網技術于河長制工作中［29］，有學者基于區塊鏈技術應用于河長制水質信息管理領域［30］，有學者基于TOPSIS模型構建定量化的河長制績效評價模式［31］，有學者基于大數據生命周期方法提出了城市平臺環境開放數據評價框架［32］，也有不少城市已經開發了生態環境監控預警平臺［33，34］，但在河長制背景下生態環境修復的執行面臨著復雜性和約束性，多數平臺不涉及河長制的相關要求，且涵蓋功能不全，難以實際應用。為了提高河長制的管理效率，促進河湖水環境治理能力的全面提升，同時響應國家“山水林田湖草”生態環境修復與建設、大數據管理及應用的指導要求，借鑒國外一些成熟的生態環境修復大數據管理經驗［35-38］，結合河長制應用管理需求，構建我國河長制水生態環境修復監控管理平臺意義重大，以科學地應對水生態環境修復工作中所遇到的瓶頸與挑戰。該平臺可以實現河湖監管工作的高效性、便捷性、溯源性、全面性、實效性、合規性，為河長制管理模式的推行和落實保駕護航，從而推動河湖生態環境保護與修復，全面改善河湖水生態環境，促進經濟社會與生態環境的協調發展。

2 河長制水生態環境修復的關注點及其監控管理平臺的內容

河湖水環境治理和生態修復是一項復雜而長期的系統工程，也是一個包括流域的原始監測數據、治理和修復的技術數據、工程數據、財務數據、合規數據等相互影響的動態過程，河長湖長、有關政府部門、設計施工單位、河湖管護企業等都是參與主體。在這個過程中，河湖治理修復的監管人、責任人和投資人最為關注以下幾個方面：①如何在投入巨資后，真正達成合規性及符合技術的治理修復效果，從而有效降低承擔的環境安全責任；②如何保證治理修復項目能按時保質完成，有效控制財務風險；③如何降低治理修復成本；④明確未來仍然持續存在的環境責任。

要做到水生態環境治理修復的過程及成本風險可控，需要基于大數據，搭建一個河湖環境保護和生態修復綜合治理的河長平臺。該平臺應以數據為基礎，以流程為核心，以財務風險控制為目標，尋求最佳綜合治理修復方案。從流域基礎數據的采集到數據分析評價、生態修復工程實施、生態環境變化預測到財務管理，在每個治理修復環節中實現數據共享、流程自動化和標準化，決策有據、風險可控，從而最大限度降低項目實施的盲目性，提高科學性和成功率。平臺的內容至少需要以下幾個方面的信息。

2.1 流域（河湖）生態環境背景調查

收集河湖所在區域（或流域）各種生態環境監測資料，包括污染源（點源和面源）、地表水環境、地下水環境、土壤環境、大氣環境、生物（陸生動物植物、水生動物植物）、水土流失、人群健康、敏感目標、珍稀生物、保護區等監測數據、評價結果、已采取的治理和修復措施、技術方案、經費預算等，作為水生態環境生命周期管理的背景值。平臺可以實現對歷史和現狀各種生態環境監測點、監測數據的詳細記錄和追蹤溯源，為后期水環境改善、水生態演變趨勢的評估提供背景參考。但生態修復過程往往由政府、企業、研究機構等多方共同參與，涉及大量且不同格式的數據源［39］，平臺能從項目最初的規劃階段到最終交付階段的全過程中，所有涉及的數據都能在系統中被系統化和優化存儲，使項目管理者能夠有效地監控風險和跟進項目進度及表現，同時確保過程合乎標準法規進行。

2.2 流域生態環境現狀監測和評價

整合現有的和規劃增加的監測系統，將監測斷面、監測點、實驗室和自動監測數據和平臺進行對接。對區域（或流域）正在實施或計劃實施的水資源保護、岸線管控、水污染防治、水環境治理、水生態修復進行全過程的跟蹤監測。具體要素包括：

（1）河湖狀況：位置、面積、支流、水利工程、水功能等。

（2）水文水質監測：流速、流量、水溫、泥沙、氨氮、總磷等。

（3）水生態監測：浮游動植物、魚類和珍稀水生動植物、底棲生物等。

（4）陸地生態監測：森林資源、陸生植物、陸生動物等。

（5）污染源監測：工業、農業、生活、船舶、重點排污口等。

（6）濕地生態監測：河湖濱岸帶、河口生態環境等。

（7）典型區生態環境監測：飲用水水源地、生態保護區、典型城鎮、典型小流域等。

平臺對各類數據進行加工、優化存儲，并根據監測結果，評估區域（或流域）存在的生態環境問題，分析評價產生的原因和主要影響因子。

2.3 生態環境修復技術的選擇

生態環境修復是一個長期、多變的過程，由于氣候、水情、地質地貌等條件的不同，需制定生態環境修復項目的可行性研究方案，因地制宜選擇合適的生態環境修復技術，必要時結合多專業的多種修復技術，要理論與實踐相結合，對不同性質的區域（或流域）采取有針對性的修復技術手段。平臺針對需要預測的指標，將相應數據輸入至對應模型，模擬預測各種修復方案實施后的預期效果。

在不斷積累成功的修復案例后，平臺本身也是在不斷自我學習的過程，以為未來不同區域但相似的問題多一種技術上的選擇。

2.4 技術效果評估和合規性檢驗

各類修復技術模擬結果需根據水功能區目標，依據相關的國家、行業、地方標準，根據監測指標采取相應的評價方法，篩選切實可行的方案，在保證修復效果的前提下盡可能降低承擔的環境安全責任，最終選擇最優的修復（組合）技術，并為每一項修復活動制定最終的設計規范，包括實施的計劃、營運、維護、監控、采樣、績效評估、報告等。

（1）利用國家、行業、地方的相關標準進行定量分析，如地表水環境質量標準、地下水環境質量標準、生活飲用水衛生標準、漁業水質標準、土壤環境質量標準、污水綜合排放標準、城鎮污水處理廠污染物排放標準等。

（2）利用國家、行業、地方的法規、政策、技術規范、指南、導則等進行定性判斷（合規還是不合規），如環境保護法、水污染防治法、水污染防治行動計劃、環境影響評價技術導則、建設項目環境風險評價技術導則等。

在生態環境領域，我國有各種國家、行業、地方的標準、政策、法規、導則等，并且我國的標準、法規等正在以很快的速度發生變化。我國自2014年以來陸續修訂了環境保護法、環境影響評價法、水污染防治法、大氣污染防治法、地下水質量標準等，40 多項生態文明建設和環境保護具體改革方案審議通過，另外，對破壞生態環境的執法監管將越來越嚴格，非法排污、捕撈、養殖、采砂、圍墾、侵占水域岸線等的實體訴訟和生態補償可能性增加。平臺將擁有項目、數據、文件和決策的完整文檔，是應對即將到來的更嚴格的法規、制度、標準、生態補償等監管政策的根據。

2.5 風險分析及預警預報

隨著項目營運所造成的生態環境問題而對責任人或監管者產生的風險，被稱作環境業務風險，包括環境風險、人類和生態健康風險、監管風險、財務風險等。風險評估首先需要識別風險因子，確定風險控制閾值，實施風險預警預報，采取環保和生態修復措施，降低項目的環境風險。在區域水污染防治、生態環境修復過程中，對水體、大氣、聲污染、生物、土地、人體健康以及能源資源消耗方面開展環境風險因素識別，依據污染來源、產生量、影響程度、環保法律法規以及能源資源消耗量與節約程度等篩選出重要環境風險因素，制定各項環境風險的管理策略。

2.6 財務流程和策略

平臺應能對河湖生態環境管理和修復項目提供完整的財務流程管理，結合政府機構及企業現有的資源計劃系統（ERP），系統有效地測算和控制與生態環境修復相關的復雜的政府機構及企業財務數據、交易信息和業務工作流程等，以實現預算和經費管理，形成對生態環境修復和生態建設項目資金的合理分配及使用，在保證修復效果的前提下盡可能降低治理修復成本。生態修復的財務流程包括環境準備金信息、長期財務規劃、分期財務規劃、財務年度規劃、績效信息、生態修復工程的工作授權、生態修復儀器設備的采購、支付、人員、采購訂單、更改訂單等。將財務、生態環境及合規性的數據整合在一起，實現追蹤、監控、管理、評估和預測報告等相關工作，這些數據將在營運中可視化呈現，為河長等相關管理者提供全面的修復開支管理方案及詳細的項目控制方案。

3 河長制水生態環境修復監控管理平臺框架

在借鑒國內外有關生態環境修復研究的基礎上，提出了河長制水生態環境修復監控管理平臺框架（圖1）。該平臺可以實現對采集的所有空間數據、監測數據、多媒體數據、水文數據、生態環境數據等進行自動化管理，確保各項數據信息的準確性、一致性和價值性，后根據大數據應用情境與決策需求，選擇合適的數據分析技術，主要應用情境包括領導門戶、公眾門戶、教育展示中心、行政管理中心、數據共享中心、監測預警中心、應急指揮中心、治理修復中心等，其中例如針對監測預警中心可內嵌MIKE21工程軟件包，其中的水動力學模塊、水質和環境評價模塊、泥沙傳輸模塊等可用于模擬河流、湖泊的水流、泥沙及環境，通過對數據進行分析、挖掘等一系列流程處理，自動形成預警預報信息及各類商務智能報告，河長、河長辦等管理用戶可通過河長制水生態環境修復監控管理平臺與地理信息系統（GIS）結合，集電子地圖和各種要素數據于一體以統攬全局，實現對生態環境和修復項目可視化的實時監察、統計分析和績效評估，或通過手機終端和門戶網站與平臺互動，完成環境數據及業務數據輸入輸出，而標準規范、信息安全、運行維護三大體系貫穿整個水生態環境監控管理過程，是不可或缺的組成部分。該平臺的應用能使各部門節約成本、提高效率、防控生態環境和財務風險，實現水環境治理和水生態修復全生命周期管理、生態環境責任的實時和量化管理、生態環境風險的預測與管控、生態環境財務的預決算管理等功能，從而制定最佳的水生態環境修復方案。

圖1 河長制水生態環境修復監控管理平臺框架Fig.1 The framework of monitoring and management platform for water eco-environment restoration of the River Chief System

4 結 語

河長制在全國推廣以來取得了重要的階段性成果，河湖水生態環境得到了明顯的改善，但也要看到，水生態環境修復是一項長期任務，更是一項復雜的系統工程，我國水生態環境修復所面臨的任務依然十分艱巨。河長制水生態環境修復監控管理平臺的應用能優化存儲大量且不同格式的數據源，支撐和實現全生命周期的監測、跟蹤和管理需求，能模擬預測針對不同區域所采取的各類修復技術的有效性和經濟性，從而選擇最佳修復方案，規范化的流程管理在高效完成水生態環境修復工作的基礎上，大大提高了河長、河長辦等相關管理者的決策及時性、靈活性和科學性，并有效降低了水生態環境修復的技術和商業風險。