我国水环境综合管理平台设计研究

2019-01-03韦大明孙运海陈岩赵康平张涛

中国环保产业 2018年12期

韦大明，孙运海，陈岩，赵康平，张涛

（环境保护部环境规划院，北京 100012）

引言

近年来，我国开展了大量的水环境调查、监测及信息化建设工作，在全国各省、市、自治区环保厅和多数地级市环保局都已建立门户网站和局域网办公系统；开发了环评质量的监测、污染源的监控、环境应急管理、排污收费、污染投诉、建设项目的审批、核与辐射管理等一批业务应用系统。但与国外相比，我国水环境综合管理还存在以下问题：各级水环境管理部门数据尚未全面整合集成在一起，层级间数据共享与印正难以实现，动态更新机制不够灵活；各类水环境管理手段（如流域核查、总量核查等）缺乏现代化信息管理与服务系统支撑，相互之间难以实现数据交换和互操作；水环境信息及基础数据的开发利用尚处于起步阶段，水环境综合评价、预警、会商等辅助决策的能力还有待提升与开发。

针对上述问题，笔者开展了我国水环境综合管理平台的设计研究，提出了平台建设的必要性，并基于“多元集成、统一管理、综合服务”模式，构建了水环境综合管理平台，设计了平台的逻辑层次、功能体系和数据接口等。

1 平台建设的必要性

1.1 发挥水环境管理机构的综合效能

流域水环境综合管理内容广泛，流域水环境综合管理需要跨部门、跨学科、跨区域的合作。《水污染防治行动计划》要求“各有关部门要认真按照责任分工，切实做好水污染防治相关工作”，需要统筹和整合发改、财政、水利、农业、住建、海洋等国家有关部门的数据与资源，同时还要与水污染物总量减排、环评项目审查等工作紧密结合，形成以“流域—控制区—控制单元”为基础的，以水环境质量改善为目标的水环境管理基础平台，在流域、区域空间上实现各项水污染防治指标和管理指标的“落地”，充分发挥各方水环境管理机构的综合效能，有效提高流域水环境综合管理水平。

1.2 提升水环境精细化、信息化管理水平

《水污染防治行动计划》提出了控制排污、促进转型、节约资源等任务，构建水质、水量、水生态统筹兼顾、多措并举、协调推进的格局。各相关部门将陆续出台管理、考核等制度。为有效评估各项管理、考核等制度的落实情况及绩效，开展流域水环境综合管理平台的建设，是实现精细化水环境管理的需要，也是流域水环境信息公开的公众需求，基于平台的信息展示和分析，提升流域水环境管理决策水平。

2 总体结构

2.1 总体框架

我国水环境综合管理平台按照“多元集成、统一管理、综合服务”的总体框架模式设计（见图1）。多元数据集成是指依托污染源环境统计数据、补充监测数据、应急监测数据、考核数据、水文水资源数据、GIS数据和社会经济数据等多种数据来源，构建多元层级的水环境数据集成系统，以实现水环境数据的有机集成和资源的有序共享。统一数据信息管理是指基于水环境综合管理平台数据库，建立统一的水环境综合管理信息应用基础支撑系统，为平台其他系统、业务部门的应用系统及其他第三方系统提供基础数据及信息服务。综合信息服务是指在前两者的基础上，面向决策者，构建集中的数据分析系统和空间展示系统，这是平台数据信息收集、分析和对外展示的窗口。

图1 我国水环境综合管理平台总体框架

2.2 逻辑层次

为实现平台设计的总体框架，水环境综合管理平台逻辑上分为5个层次，自下而上分别为：设施层、数据层、支撑层、应用层和用户层（见图2）。

图2 我国水环境综合管理平台逻辑层次

设施层为平台运行提供相关的软硬件设备，是支撑平台正常、稳定运行的保障，主要由操作系统、数据库管理系统、服务器、存储设备、网络设备等组成。

数据层是平台服务的主要内容，可集成各类渠道获取的信息，为平台提供数据支持。水环境综合管理主要涉及的数据资源包括：社会经济、水文资源、水质、水污染物总量、GIS、系统管理库、模型输出库等。

支撑层主要是实现数据信息的调用、处理、结果反馈。该层包括管理功能和服务功能两部分内容，可为用户提供注册、登录、权限认证、数据综合分析、数据挖掘、空间展示等功能服务。

应用层是平台各功能成果的集成和展示。在支撑层的基础上，应用层利用计算机技术将核心功能包装成管理所需各种模块，为决策者提供基础性功能的调用。例如，考核评估模块集成了水质数据评价方法、GIS平台、信息发布平台等内容，能够全景展示我国各流域水质变化情况。

用户层是指平台的管理维护和使用者，具体包括水环境管理的业务人员、科研人员、决策者及国内外公众等。

2.3 功能体系

我国水环境综合管理平台功能体系（见图3）具体包括多元数据集成系统、信息应用支撑系统、数据分析系统和空间展示系统。

图3 我国水环境综合管理平台功能体系

多元数据集成系统是构成水环境综合管理平台业务服务功能的基础。该系统主要包括水质监测、污染物排放、水文资源、社会经济、土地利用及空间矢量等数据，实现多元数据的整合集成，为水环境日常管理、预警报告、应急会商等提供全面的一站式数据资源支撑服务。

信息应用支撑系统是水环境综合管理平台正常运转的引擎，为整个平台提供统一的功能服务。该系统主要为业务人员提供系统操作功能，实现数据的分类、查询、分析、空间化处理等，并为数据分析系统和空间展示系统提供操作服务。

数据分析系统是服务水环境综合管理和宏观决策的科学依据，可实现流域水质、污染物总量、污染源分布、流域水文资源、地区社会经济等数据指标的综合分析。利用该系统可进行流域考核管理、水环境预警分析和应急会商的数据查询、导入、导出以及图表生成等操作。

空间展示系统是提升和扩展水环境综合管理平台的重要门户。该系统利用数字高程模型（DEM），在重点地区采用高分辨率遥感影像，可生成各种属性或属性叠加的水环境专题图，进行图层和数据分析系统结果的空间化展示、查询，并通过决策模拟进行水质变化趋势预测和污染源减排绩效分析，实现多数据资源的信息联动，使得考核、预警和会商等功能实施更为直观。

3 平台建设与实现

3.1 平台开发技术

平台主体上采用基于J2EE技术的B/S构架的方式。J2EE是主流的技术体系，J2EE已成为一个工业标准，其基础是JAVA语言，JAVA语言与平台的无关性保证了基于J2EE平台开发的应用系统和支撑环境可以跨平台运行。平台采用B/S构架将有利于部署和实施，并且业务功能集中到服务器上，可以发挥易维护、易部署、应用开放的优势。采用MVC分层编程模式（分别为：M是指业务模型、V是指用户界面、C则是控制器），进行程序开发工作。底层数据库采用业界最成熟的关系型数据库Oracle10g，为平台提供强大的数据支撑。

3.2 平台实现

平台开发已取得阶段性成果。目前已完成多元数据集成系统、信息应用支撑系统、数据分析系统和空间展示系统的开发任务。随后工作将在此基础上，进一步强化模型模拟、动态时序和重点城市等功能模块的完善和拓展。

平台已在环境规划院以及部分省区市开展测试工作。在2013年和2014年的全国重点流域考核及全国主要水污染物总量减排核查核算过程中，平台为考核工作提供了历年污染源、监测点位及地方社会经济发展等多方面数据支持及空间展示服务。在河池市测试过程中，平台汇总集成了包括污染源、水环境、土壤环境、陆地生态等为一体的河池市环境质量现状数据库，为河池市环境保护工作的开展提供了有力的数据支持，并借助平台的分析功能，明确了污染来源，确定了治污方案。