城市水資源智慧系統建設探索

李昱春，劉國平，王海洋，高芳嵐

(1.蘇州市吳中區水務局，江蘇 蘇州 215000 2.昆山市水務局，江蘇 昆山 215300；3.江蘇海創水保規劃設計有限公司，江蘇 蘇州 215000；4.蘇州吳中經濟技術開發區行政審批局，江蘇 蘇州 215000)

為加強蘇州市主要提供集中供水的水源地、地下水、取用水大戶、重點江河的排污口、重點水功能保護區、河流縣際間斷面的在線監測,建立蘇州市城市水資源智慧系統勢在必行。蘇州市城市水資源智慧系統作為服務于城市供水、用水、水資源保護、水資源調配等方面的應用系統,核心任務是建成集信息采集、傳輸、存儲、處理、共享的服務設施，并形成基于城市水資源智慧系統下信息管理機制,實現蘇州市城市水資源信息“自動采集、網絡傳輸、數字化存儲”的要求，按照“管理現代、決策科學、政務公開”的標準開展城市水資源業務管理,助力蘇州市嚴守水資源“三條紅線”，為經濟、社會綠色發展提供有力的技術支撐。

蘇州市城市水資源智慧系統將涵蓋以下子系統:采集和傳輸信息、計算機網絡、業務應用和安全[1]。

1 信息采集和傳輸信息系統

1.1 信息采集及傳輸系統結構

信息采集及傳輸系統結構拓撲圖如圖1所示。

圖1 信息采集及傳輸系統結構拓撲圖

1.2 信息采集與傳輸系統監控目標

水資源信息采集與傳輸系統監控的重點是水資源的開發、利用、循環等環節中的要素，即水源、供水、用水、排水。系統核心任務是掌握蘇州市各行業供用水情況,作為管理、保護及調度水資源的數據來源和方案依據[2]。為蘇州市水資源實時調度決策提供支持。

除了重點點位的視頻監測外，監測目標還包含水源地、地下水、取用水、河流排污口、水功能區、縣級河流。其中，水源地和地下水監測內容除了水位、水質外、地下水監測還應增加水溫的監測，其余檢測目標的監測內容均為流量和水質。

1.3 信息采集方式

信息采集方式,包括自動采集和人工采集兩種方式。自動采集的完成依托在線監測站，有些數據采用自動采集產生的費用太高，還有些數據因當前缺少技術支撐不能實現自動采集，針對這些情況，需利用人工采集，主要完成方式為人工巡測。

1.4 計算機網絡系統

在蘇州市及下轄區縣的水資源管理相關單位，實現了計算機網絡系統的全覆蓋。網絡組成形式包含廣域網、局域網，可根據水資源管理實際情況設置采用何種形式的網絡，網絡形式選擇不僅要根據網絡管理的需求，還應考慮水資源管理方面的因素，例如：信息的流程、行政管理的體制。建設任務為依托現有防汛信息網絡的基礎上,提高網絡性能,拓寬傳輸通道,加強網絡的安全性和可靠性,實現數據、視頻、語音的傳輸和信息共享,搭建水資源智慧網絡[3]。

本系統與省水資源管理系統、市水文局水文信息綜合服務系統、市環保局重點污染源在線監測系統進行對接,實現信息的共享和交換。所有對接單位都已經實現了政務網和電信VPN專線的外部網絡鏈路,項目實施時,可以根據具體情況,選擇通過政務網或電信VPN實現“互聯互通”。

2 業務應用系統

蘇州市城市水資源業務應用系統，首先對水資源的管理業務市場需求進行深入分析,然后整合組件技術、地理信息系統等高新技術，應用到水資源專項業務管理中,按照技術先進、效率高、易操作的原則，進行系統構建。

2.1 系統結構

系統建設包括水資源日常業務管理和水資源信息相關服務。

2.2 水資源信息服務系統

水資源信息服務系統組由三個子信息服務系統構成：三條紅線預警、實況監測、信息發布等。該系統以綜合數據庫和GIS技術為核心，服務對象為水資源管理部門及相關單位，為水資源管理部門的日常管理提供信息支持和服務，如查詢、水資源相關信息公開、水資源預警等[4]。

2.2.1 三條紅線監督預警服務子系統

嚴控“三條紅線”，即用水總量、用水效率、水功能區納污，分別劃定為紅、黃、藍、三項指標，其中，若超過黃色和紅色的報警臨界指標，預警服務啟動，預警方式為閃爍報警[5]。

2.2.2 實時監測信息服務子系統

監測范圍主要是蘇州市主要流域和行政區劃。重點對象為蘇州市主要的河流、小型以上規模的水庫、水閘、各類監測站、重點水源地和取水口等。系統用戶和預警對象包括責任值班人員和相關指揮人員、專家等。

該系統除了用戶觸發模式外，還有系統自動提示模式。不論是用戶觸發狀態下人工檢索，或者自動提示模式下系統收到信息，只要此時獲得的實時數據、預報數值為報警項時，就立即與系統中的報警門限值比對，選擇彩色閃爍、聲音、光線等形式，反映相應的實況數據、門限控制值等信息。

2.2.3 綜合信息服務子系統

該系統的服務對象為從事水資源管理工作的人員和社會公眾，主要原理是利用綜合數據庫和GIS技術為服務對象構建操作平臺，該平臺能提供水資源、水環境方面的信息服務，主要有查詢、實況監測、統計數據下載，圖形服務等。綜合信息服務子系統，見圖2。

2.2.4 信息發布子系統

本系統的主要功能是向廣大市民提供水資源和水環境的信息發布服務，宣傳相關政策和法規，主要形式是互聯網站、電視欄目、新聞發布會等。通過增強水資源信息服務，吸納公眾參與到水資源保護和管理的行動中，以提升水資源行政管理單位在處理水資源應急事件和水資源日常管理工作的能力和社會影響[6]。

圖2 綜合信息服務子系統示意圖

2.2.5 交換信息服務子系統

實現蘇州市水利局和江西省水利廳之間辦公信息快速傳達和上報、使蘇州市水利系統不同管理部門及蘇州市有業務關聯的其他部局之間的信息互聯互通、蘇州市水利單位中的水資源系統可與防汛抗旱應急、水土保持站，水文站、灌區管理單位、水利電子政務等其他本市水利單位完成信息交換和資源共享。

交換信息服務子系統是實時監測信息服務子系統、綜合信息服務子系統等其他子系統實現的基礎,以不同方式從不同渠道獲取各類信息,支持各類信息服務,本系統基于應用支撐平臺中數據交換子系統開發。

2.3 水資源業務管理系統

水資源業務管理系統主要集成省水資源監控系統平臺共4個子系統，分別為：

2.3.1 取用水總量管理系統

對主干河流，編制的水量調配方案進行管理，并編制年度水量計劃，審核后，進行傳達。

2.3.2 用水效率監督管理考核系統

主要包括考核方案與指標體系管理，年度目標與工作計劃管理，考核與結果管理。主要功能項包括實現考核方案與指標體系管理、實現年度目標與工作計劃管理、實現考核與結果管理。

2.3.3 水資源調配決策支撐系統

水資源部署決策支持系統的技術核心是建立在“ 3S”技術及水資源調度建模基礎上，為方案的編制提供決策支持，方案主要為出水量調度、監督計劃這兩種，同時，又具備服務于水資源管理的功能，如信息支持，分析、計算、記錄結果，綜合會商等服務。內容涵蓋水資源管理的實時狀況評估、預測與預報，規劃與分配，年度配置計劃，月(旬)調配方案，實時調度、決策與咨詢等內容。水資源調配決策支持系統功能結構圖見圖3。

2.3.4 水資源突發事件指揮系統

水資源危機發生時，水資源突發事件指揮系統的信息服務、預案管理、調度、會商管理四個專項應急模塊啟動，進入應急狀態下的水資源管理模式，原理是通過水資源信息應急采集和傳送、調取備份的數據存儲、指揮中心的安控機制，分析突發事件的類型，然后再保證供水安全的前提下，第一時間產生危機處理方案和具體處理措施。水資調應急管理系統結構圖見圖4。

3 安全系統

蘇州市城市水資源實時監控與管理系統的安全防護，從系統可靠性和系統安全性兩個方面進行建設。系統可靠性主要通過數據、線路、路由、設備的冗余設計，軟件可靠性設計，雷電防護和斷電措施設計來保證；系統安全性主要從防黑客攻擊和安全認證角度進行了網絡安全和應用安全設計。

固態存儲器安裝在各個監測站后，監測實時數據可實現精準、自動重傳。骨干網絡采用光纖專線作為信道，監測站到監控中心的信道采用GPRS(無線測站)作為信道。

核心路由器具備雙電源、雙引擎和模塊熱插拔等功能核心交換機應配置雙電源。網絡交換中心必須安裝防火墻軟件，主干網絡路由器配置方式根據路線選擇，即OSPF動態路由器設置在主線路上，靜態路由器設置在備用線路上。

圖3 水資源調配決策支持系統功能結構圖

圖4 水資調應急管理系統結構圖

防雷擊措施上，監測站建筑物內應設置接地母線，方式為閉合式，重要監測站需在房頂配套設置閉合式均壓帶，另對所有監測站內的電力和通信線路均實施屏蔽，包括連接傳感器的信號線及電話、電源等接線，設置的接地電阻要符合規范要求。野外站點根據情況，可適當降低標準。在市水務局配置1臺入侵防御系統，實現對黑客攻擊的主動防范和及時報警，并配置1套病毒防護系統，實現對網絡病毒的防范。

4 結 語

項目實施后，增加了水資源時空調配能力，通過實時在線監測和信息化數據傳輸，提高了數據的實時性，城市水資源在時空配置方面得到有力的信息化保障，促進了水資源專項費用征繳工作的開展，使水資源專項費用全面覆蓋各用水戶和單位，解決了項目實施前漏征、少征現象。城市智慧水利信息系統建成每年能降低城市用水消耗5000萬m3，有力推動了節水型城市的創建，為工農業發展節約出寶貴的水資源，提升了水資源服務經濟的能力，通過水利信息化辦公的信息高效傳遞和利用，水利工作辦公效率也得以增強，管理經費呈下降趨勢。