天津城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

蔡 旭，田翠榮，徐 嘉

（1.天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061；2.天津市中水科技咨詢有限責(zé)任公司，天津 300170）

水資源既是人類賴以生存的自然資源，也是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，直接影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展速度和水平。加強(qiáng)水資源水量監(jiān)測是水資源開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約和保護(hù)的基礎(chǔ)。

天津市是我國環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶的中心，也是華北、西北等廣大地區(qū)重要的出海口，為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一，在全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中有著重要的戰(zhàn)略地位。但另一方面，天津市又是我國水資源最為緊缺的地區(qū)，人口密集、水資源供需矛盾尖銳，多年平均人均水資源量僅為160 m3，加上入境和外調(diào)水量，人均占有量也不過370 m3。長期以來，水資源一直是制約天津市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，天津城市發(fā)展和濱海新區(qū)開發(fā)開放勢(shì)必帶來用水量的快速增加和用水需求的進(jìn)一步提高，今后水資源情勢(shì)將更為嚴(yán)峻。水資源的供需矛盾日益尖銳，已成為水資源問題的核心和焦點(diǎn)。

采用現(xiàn)代化的采集方式、傳輸手段，應(yīng)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等，建立天津城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可以加強(qiáng)天津市城市化水文效應(yīng)、城市水資源量、城市供水量、城市節(jié)水等的水資源監(jiān)控、調(diào)查與分析工作，提高監(jiān)測站網(wǎng)的管理水平，提高信息采集的準(zhǔn)確性、信息傳輸?shù)臅r(shí)效性，延長預(yù)見期，提高預(yù)測報(bào)精度，實(shí)現(xiàn)水資源管理信息化，促進(jìn)水資源的合理開發(fā)、高效利用，切實(shí)提高水資源管理綜合能力和管理水平。

1 系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容及項(xiàng)目分析

1.1 監(jiān)測站網(wǎng)現(xiàn)狀

市水文部門現(xiàn)有可監(jiān)控水資源要素、行使水資源監(jiān)測功能的基本水文測站28處（水文中心測站18處、水文中心巡測站5處，海河處1處，引灤各管理處4處），其中9處站為國家重要水文站。水位站2處、雨量站28處、地下水站515處、水質(zhì)站約236處。水文站網(wǎng)（地表水部分）按測驗(yàn)項(xiàng)目劃分：流量48處、水位71處、降水量49處、潮水位4處、蒸發(fā)量7處、泥沙20處、水溫11處、固定點(diǎn)冰厚13處、輔助氣象11處。天津市境內(nèi)另有3處引灤輸水專用站。

已建成的永定河泛區(qū)水情信息測報(bào)系統(tǒng)增設(shè)6處水位、降水量遙測站點(diǎn)，國家防汛指揮系統(tǒng)天津市防汛指揮系統(tǒng)信息系統(tǒng)增設(shè)站點(diǎn)9處（包括14個(gè)水位、8個(gè)降水量遙測站點(diǎn)），國家防汛指揮系統(tǒng)一期工程天津市水情分中心增設(shè)站點(diǎn)1處。信息采集項(xiàng)目為水位、雨量等，這對(duì)天津市的防汛抗旱、水資源管理有重要作用。

上述測站多建立于上世紀(jì)六七十年代，是在以防洪為重點(diǎn)的工程水文模式下建設(shè)的，承擔(dān)著全市防汛抗旱、水利工程運(yùn)行、水資源管理保護(hù)、供水調(diào)度等水文監(jiān)測任務(wù)。站點(diǎn)按照《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》布設(shè)，著眼于宏觀控制，現(xiàn)在已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了水資源分配調(diào)度、分析、開發(fā)、監(jiān)控的需求，對(duì)于水資源管理的社會(huì)需求形成制約。為克服這一弊端，必須對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)重新進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1.2 亟需開展的監(jiān)測內(nèi)容及項(xiàng)目分析

水資源可持續(xù)利用將是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。市水務(wù)局成立于2009年5月8日，標(biāo)志著天津市水利管理體制已向水務(wù)管理體制推進(jìn)。水務(wù)體制改革對(duì)加強(qiáng)水資源的科學(xué)管理、節(jié)約，提高水資源的承載能力和利用效率，努力建設(shè)節(jié)水型城市，加強(qiáng)水資源的統(tǒng)一管理，探索水權(quán)、水市場理論，促進(jìn)水資源的優(yōu)化配置有重要作用。新的管理體制克服了過去供水、用水、排水等部門職能交叉，難以統(tǒng)籌調(diào)度、優(yōu)化配置區(qū)域水資源等弊端。

市水務(wù)局和區(qū)（縣）水務(wù)部門都承擔(dān)著水資源配置、用水管理、水資源保護(hù)、水污染監(jiān)控、防洪減災(zāi)及抗旱的工作任務(wù)，負(fù)責(zé)水源、取水、輸水、用水、排水整個(gè)城市水務(wù)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，服務(wù)范圍廣，涉及領(lǐng)域多，需要大量的水文水資源監(jiān)測信息支撐工作的開展。為此，迫切要求運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、通信、GIS等先進(jìn)的技術(shù)和手段建設(shè)城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，以提供及時(shí)準(zhǔn)確的水資源信息。監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包含自來水、海水淡化、地下水源、污水處理和再生水利用等多方面涉水信息。

2 系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

2.1 總體思路

系統(tǒng)建設(shè)要充分利用國家和本市已有的信息公共基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)行業(yè)的信息資源，結(jié)合當(dāng)?shù)匾呀ǖ奶旖蚴蟹姥纯购抵笓]系統(tǒng)一期工程等通訊設(shè)施，統(tǒng)籌考慮。以實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，充分利用多媒體技術(shù)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，建立城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)流量、水質(zhì)、水位等各項(xiàng)水文信息的自動(dòng)采集、傳輸、處理、發(fā)布，同時(shí)開展資源共享，進(jìn)而全面實(shí)現(xiàn)水資源信息數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化、處理的標(biāo)準(zhǔn)化和分析的科學(xué)化。

2.2 設(shè)計(jì)原則

（1）系統(tǒng)先進(jìn)可靠、功能實(shí)用、組網(wǎng)合理、維護(hù)方便。

（2）系統(tǒng)采用國際主流技術(shù)和漢化中文平臺(tái)，以適應(yīng)系統(tǒng)的擴(kuò)展，使系統(tǒng)具有良好的縱向和橫向兼容性，具有中文對(duì)話框提示功能，便于用戶使用。

（3）系統(tǒng)設(shè)備可方便地通過添加模塊，為將來系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和接入新的分中心提供網(wǎng)絡(luò)接口，利于數(shù)據(jù)共享。

（4）系統(tǒng)采用自報(bào)式通信方式，報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)采用230MHz超短波通信 （或GSM/GPRS、無線網(wǎng)絡(luò)）方式，能夠做到隨時(shí)查詢和更新信息，極大地滿足用戶需要。

（5）測站采取無人值守自動(dòng)采集方式。

2.3 建設(shè)內(nèi)容

系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括信息采集與傳輸、通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐平臺(tái)、水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用、監(jiān)控中心等。

信息采集與傳輸主要將水源、取水、輸水、用水、排水的供水水源地、取用水口、排水站點(diǎn)、入河排污口、地下水水源地、自來水水廠、污水處理、水質(zhì)監(jiān)測等水質(zhì)水量的監(jiān)測信息進(jìn)行采集，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到市水情中心。

通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以現(xiàn)有的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照水資源管理需求，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)充和完善，建設(shè)各級(jí)水務(wù)管理部門間的信息連接。

數(shù)據(jù)資源是分析本市水文站網(wǎng)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源，依據(jù)水資源管理的業(yè)務(wù)需要，新建和補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)庫資料，完成水資源監(jiān)測信息數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

應(yīng)用支撐平臺(tái)的作用是支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用和管理數(shù)據(jù)資源。為服務(wù)于水務(wù)信息化綜合體系，應(yīng)用支撐平臺(tái)采用與國家防汛指揮系統(tǒng)和水利電子政務(wù)系統(tǒng)相同的框架。

業(yè)務(wù)應(yīng)用是面向天津市水資源管理，對(duì)水質(zhì)水量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和預(yù)測，為水資源利用、保護(hù)、管理和對(duì)公眾發(fā)布信息等業(yè)務(wù)提供信息支持和分析管理工具，主要包括水資源信息服務(wù)、水資源業(yè)務(wù)服務(wù)、水資源調(diào)配決策支持、水資源應(yīng)急管理等。

監(jiān)控中心是水資源管理部門運(yùn)行和運(yùn)用系統(tǒng)的重要場所，主要包括監(jiān)控室和會(huì)商室。監(jiān)控中心在現(xiàn)有的防汛會(huì)商室的基礎(chǔ)上，根據(jù)天津市水資源管理需求和有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行補(bǔ)充完善。

2.4 基本組成

系統(tǒng)以供水水源地、取用水口、排水站點(diǎn)、入河排污口、地下水水源地、自來水水廠、污水處理、水質(zhì)監(jiān)測等水質(zhì)水量的監(jiān)測信息為信息源，以水資源信息數(shù)據(jù)分析為處理渠道，根據(jù)各部分的不同功能可分為中心站系統(tǒng)、測站系統(tǒng)。

中心站系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和軟件兩大部分組成。硬件設(shè)備主要包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、調(diào)度工作站、磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、大屏幕、打印機(jī)及后備電源等設(shè)備；軟件主要由操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件、決策系統(tǒng)軟件等組成。

測站系統(tǒng)主要是安裝在現(xiàn)場的遙測終端與信息采集設(shè)備傳感器采用電纜連接，遙測終端通過無線MODOM及通信電臺(tái)以定時(shí)自報(bào)的方式將所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)一級(jí)音頻中繼后傳輸?shù)街行恼?。水文自?dòng)測報(bào)系統(tǒng)的工作方式采用自報(bào)式，遙測終端站為無人值守，定期巡查。

2.5 建設(shè)注意事項(xiàng)

（1）在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，必須統(tǒng)一規(guī)劃，嚴(yán)格論證，并與有關(guān)部門和單位協(xié)調(diào)合作，以充分發(fā)揮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并注意節(jié)約投資。

（2）水資源站網(wǎng)點(diǎn)多面廣，發(fā)展遙測站點(diǎn)可以省人、省錢和有利于彌補(bǔ)駐測站網(wǎng)的不足，測站建設(shè)以無人值守的遙測站點(diǎn)為主。

（3）要求系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定、性能可靠并在惡劣氣候條件下保持正常工作。

（4）站點(diǎn)處于野外環(huán)境，要求保證電源、避免雷擊和做好防盜設(shè)施。

2.6 運(yùn)行維護(hù)管理

天津市城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工程的建設(shè)，將大大提高天津市水文水資源監(jiān)測、管理、服務(wù)水平。但經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)工程能否長期、穩(wěn)定地發(fā)揮其服務(wù)功能，主要取決于是否有良好運(yùn)行管理機(jī)制和完整的規(guī)章制度。所以，系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)機(jī)構(gòu)的選定至關(guān)重要。

系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定和行業(yè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，交市水行政主管部門負(fù)責(zé)，由其直屬的水文機(jī)構(gòu)組織實(shí)施管理，采取加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)、完善自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行管理的相應(yīng)規(guī)章制度等多種措施，動(dòng)態(tài)或定期地對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。

3 系統(tǒng)可行性分析

3.1 技術(shù)方面

我國水利行業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)方面的研究和應(yīng)用起步較早，特別是信息技術(shù)如自動(dòng)化監(jiān)測、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)模擬仿真、GIS技術(shù)等已經(jīng)在洪水預(yù)警、預(yù)報(bào)、調(diào)度和水資源聯(lián)合調(diào)度、供排水管網(wǎng)、水環(huán)境管理等各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮了重要作用，獲得了巨大的效益。

在水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方面，天津市先后建設(shè)了廣域網(wǎng)實(shí)時(shí)水情信息系統(tǒng)、天津市水情計(jì)算機(jī)報(bào)汛信息系統(tǒng)、永定河泛區(qū)水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)、天津市防汛指揮系統(tǒng)和國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)天津市水情分中心，并發(fā)揮了較好的效益。信息技術(shù)的應(yīng)用及其對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的變革已成為當(dāng)今水利行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，成熟的信息技術(shù)為城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

3.2 經(jīng)濟(jì)方面

解決水資源供需矛盾最經(jīng)濟(jì)、最有效、最現(xiàn)實(shí)的途徑是通過加強(qiáng)對(duì)水資源的有效管理來實(shí)現(xiàn)。通過加強(qiáng)用水的定向管理來對(duì)水資源優(yōu)化配置，提高水資源的利用效率。而對(duì)水資源的優(yōu)化配置、高效利用，則需要通過建立城市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)建設(shè)效益巨大，其發(fā)生的費(fèi)用與效益相比微不足道。

3.3 管理方面

天津市水務(wù)局近年來建設(shè)完成的多套水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)施先進(jìn)、運(yùn)行良好，積累了豐富的建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)，也培養(yǎng)了專業(yè)人才，鍛煉了隊(duì)伍，能夠勝任新建系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)行管理工作。

4 結(jié)語

天津市作為國際港口城市、北方經(jīng)濟(jì)中心和生態(tài)城市的建設(shè)，濱海新區(qū)的開發(fā)開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要水文水資源信息的支持。水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，將大大提高本市水資源管理水平，對(duì)天津市的水資源實(shí)施統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合治理、合理開發(fā)、優(yōu)化配置、全面節(jié)約和有效保護(hù)發(fā)揮巨大的作用。