農村污水管網信息化建設初探

王 軍，應曉鈴，戴庭曦，陳新國

（1.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018；2.臺州市區(qū)委區(qū)政府農村工作辦公室，浙江 黃巖 318020）

農村污水管網信息化建設初探

王 軍1，應曉鈴2，戴庭曦2，陳新國2

（1.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018；2.臺州市區(qū)委區(qū)政府農村工作辦公室，浙江 黃巖 318020）

農村生活污水治理是“五水共治”及新農村建設的重點，而污水管網信息化是農村生活污水治理出實效、達長效的基本保障。在農村生活污水治理中，農村污水管網信息化建設仍然空白。城市污水管網信息化的經驗表明，借助先進信息技術，實現“一張圖”式GIS管理是污水管網信息化的必要手段。通過借鑒城市污水管網信息化的研究成果，總結農村污水管網特點，探討了農村污水管網信息化建設的主要內容，提出了推進農村生活污水管網信息化建設的若干建議。

農村污水治理；污水管網；GIS

1 問題的提出

近年來，農村在城鄉(xiāng)一體化進程的推動下發(fā)生了翻天覆地的變化，然而傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)使農村衛(wèi)生環(huán)境日益惡劣，成為農村的重大安全隱患。據《2012環(huán)境統(tǒng)計年報》統(tǒng)計，截至2012年，全國城市污水處理率達到82%，其中縣城為60%，建制鎮(zhèn)小于20%，村莊為7%?？梢?，雖然我國城市污水治理已基本達到歐美發(fā)達國家80%處理率的水平，但農村污水處理仍然處于起步階段，因此農村的污水治理更能明顯地提升我國的污水治理整體水平，改善農村生活環(huán)境，推進城鎮(zhèn)化進程和城鄉(xiāng)一體發(fā)展。

在新農村建設及中央農村環(huán)境綜合整治項目中，農村生活污水治理都是重點內容之一[1]。農村生活污水管網是新農村建設重要的基礎設施，是農村生活污水治理的主要載體。污水管網不只是由排污、集污管道形成的狹義網絡，而是由污水收集、處理、排放/回用設施組成的廣義網絡結構，包含管道、檢查井、處理終端等設備。根據城市經驗，四通八達、縱橫交錯的污水管網的細微事故均可能導致環(huán)境污染、衛(wèi)生條件惡化，或者導致局部內澇，嚴重影響居民日常生活，因此，農村生活污水管網的先期建設投入很重要，建成后的管理維護更重要。目前農村生活污水治理主要集中于建設施工、管網建設及設備安裝等，據中宜環(huán)科環(huán)保產業(yè)李昂的研究，2013年全國農村生活污水處理項目中，建設施工類項目占項目總數的61% ，管網建設類項目占29%，設備安裝類項目占10%，3類項目的資金占比分別為58%，36%，6%。

目前農村生活污水治理工作的全面展開，如果污水管網缺乏有效的監(jiān)管維護手段[2]，污水處理系統(tǒng)的運行、管網的管理與維護等將舉步維艱，有關部門需及早認識到農村生活污水管網信息化的重要性和緊迫性，盡快開展相關研究和建設。我國農村生活污水管網信息化起步較晚、基礎薄弱，但有明顯的后發(fā)優(yōu)勢，可以充分借助成熟的信息技術與管理手段，吸收發(fā)達國家城市生活污水管網管理的經驗，保障農村生活污水治理規(guī)劃合理、建設到位、運行順暢、維護及時。然而，當前農村生活污水治理關注與研究的焦點為現狀分析[3 - 4]、治理模式[5 - 6]、處理技術[1，7]、工程與管理[8 - 9]等，鮮有農村生活污水管網信息化的相關研究。借鑒城市污水管網信息化成功經驗，開展農村生活污水管網信息化研究具有理論與現實意義。

密布的污水管網不但要建好，更要保證運行良好。由于污水管網結構復雜、品目繁多，而且深埋地下，藏污納垢，人工管理困難。借助信息化手段通過數字化、智能化、“一張GIS圖”式管理，可以方便地實現污水管網的科學高效管理與服務。運用地理信息系統(tǒng)（GIS）空間管理工具，將空間數據、屬性數據與數據庫、可視化、物聯網、定位等技術相結合，實現目標對象、地理位置、信息管理的三位一體管理已成為國內外城市管網管理的有效手段。如此，可變被動響應為主動預警，變不可見風險為可預測、可感知風險[10]，加快現代化建設步伐，并逐步成為科學決策重大問題和突發(fā)性事件的現代化手段[11]。

王叢聰和馬飛飛[12]、馬駿和劉興坡[13]、張瓊等[14]從系統(tǒng)設計與開發(fā)的角度總結探索了構建管網GIS系統(tǒng)，物聯網、云計算等新興IT技術的應用增強了管網的自我感知和信息反饋能力，提高了管網管理的實時性與準確性，如王威[15]、陳南玲[16]、陳惠英[17]等的研究。隨著信息基礎設施建設的完成，污水管網信息化的重點逐步轉向水質、水文、生態(tài)、管道養(yǎng)護及優(yōu)化等污水處理業(yè)務，如管網流量計算和水質分析[18]、GIS與管道生態(tài)模型整合[19]、爆管預警[20]等。

城市經驗表明，污水管網信息化是污水管網現代化管理的基礎，制約著管網正常運轉乃至市政規(guī)劃與實施，將建設、管理、維護有機結合才能真正發(fā)揮預期功效。目前各類農村生活污水的治理迫切需要將管網信息化建設提上日程，但農村與城市的巨大差異決定了農村生活污水管網建設不能照搬城市經驗，需要充分結合農村的發(fā)展和實際需求。

2 農村污水管網信息化建設主要內容

長期二元經濟體制下的巨大城鄉(xiāng)差異決定了農村污水管網建設的特點不同于城市：①農村面積遠超城鎮(zhèn)，污水管網覆蓋范圍廣；②農村居住相對分散，總體稀疏而局部密集，管網密度嚴重不均；③農村通常多山、多林、多水、多田、多溝，管網受到地形、地勢、地理、空間等多方約束，布局不規(guī)范；④因地制宜的污水處理方式導致在模式（并網進廠處理、集中終端處理、分散個別處理等）、技術、規(guī)范、標準等方面差異較大；⑤各市、縣、區(qū)的農村污水處理工程通常由不同級別、不同層次的設計單位、施工單位、監(jiān)理單位負責實施，規(guī)范化管理差異較大。

農村生活污水管網的網絡結構、構成等復雜，管理維護工作面廣、量大、難度高。因此，農村生活污水管網的信息化建設應與鄉(xiāng)情、民情等地方特色結合，不能套用城市標準，不能在方案、產品、技術等方面一刀切，但是在信息系統(tǒng)業(yè)務處理、功能方面具有較大共性，農村生活管網信息化建設應首先明確其實現內容、實現途徑、需要注意的問題。

內容上污水管網信息化建設可分為管網信息基礎設施建設、管網信息集成平臺建設、管網智能信息服務建設3個主要部分（見圖1）。其中管網信息基礎設施建設包括管網數字化、檔案電子化和感知實時化等，是整個管網信息化建設的基礎和主要信息來源；管網信息集成平臺建設將與管網相關的各類信息進行集成，為各類應用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數據；爆管預警、堵塞預警、老化預警等以應用為導向的各種智能服務，均建立在統(tǒng)一的信息集成平臺上。

圖1 污水管網信息化建設圖

限于人力、技術、資本、地理等條件，在具體的信息化建設上，農村污水管網信息化建設應首先解決有無問題，一般應集中進行管網和檔案電子化等基礎工作、信息集成平臺的規(guī)劃建設工作，以滿足農村生活污水治理的當前需要。隨著管網工程的竣工、信息系統(tǒng)的數據累積，會逐步出現應用及服務需求，基于智能信息服務的內容將逐步增加。

2.1 農村污水管網信息基礎設施建設

2.1.1 管網數字化

在“空間時代”進行數字化即結合圖紙設計，通過測繪、定位等技術獲取管網各部件的準確地理位置信息，將其存儲到空間數據庫，并形象地展現在計算機系統(tǒng)的模擬世界里。管網數字化使管理、技術人員足不出戶就能遍訪方圓數百公里“管網”的每一個角落，全方位掌握管網的結構、組成、布局等信息，可隨時從多種元器件中查閱特定部件的型號、廠商、安裝日期、設計壽命等信息。管網數字化建設的關鍵是保證信息的準確和實時，一旦數據與現實偏差，信息化將不被用戶信任，失去價值，因此在數字化建設期需要投入大量的人力、物力，逐一對所有元器件精確定位、錄入信息，建成后仍然需要專人負責更新維護。

2.1.2 檔案電子化

農村生活污水治理工程通常以鄉(xiāng)、村為單位，作為相對獨立的工程段，每個工程段均包含大量的分析、設計、施工、監(jiān)理、維護等重要的圖、文、影、音等檔案資料，且隨著時間的推移不斷增加，從而導致管理、查閱不便，容易造成重要資料丟失。借用數據庫技術可以將這些檔案和GIS系統(tǒng)結合，不但具有傳統(tǒng)數據庫管理的各項優(yōu)勢，還能與地理信息充分結合，將文檔信息直觀地綁定到GIS圖中，可以隨時調閱，方便又快捷，同時也可以根據需要進行各種查詢和統(tǒng)計，拓展了管理維度。

2.1.3 感知實時化

借助物聯網技術可實現對管網自身及周邊環(huán)境信息的實時反饋，使管理者隨時掌握管網運行的最新狀況，這對管網日常維護、污水治理和突發(fā)事故應急處理具有重要作用。通過固定或移動傳感設備，獲取管網及其所屬環(huán)境相關指標的實時數據，借助有線或無線網絡更新到網絡數據庫，從而分析實時指標數據，提供各種統(tǒng)計、分析及預警、決策支持等智能服務。

2.2 農村污水管網信息集成平臺建設

由于行政隸屬、業(yè)務領域的不同，管網信息化各項基礎設施的設計、建設、運行及維護部門通常不一樣，極易形成“信息孤島”。由于污水管網信息化起步較晚，應充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，少走彎路，在頂層設計、總體設計中納入信息集成平臺建設規(guī)劃，用以指導、規(guī)范、協(xié)調各項信息基礎設施建設工作。充分整合管網信息基礎設施可以避免重復建設、各自為陣的現象，真正發(fā)揮信息化在信息服務、科學管理和決策支持方面的潛力與優(yōu)勢。一方面信息集成平臺統(tǒng)一進行各種管網信息資源的集成、整合和處理；另一方面是各種信息服務唯一的、權威的數據來源（見圖2）。

圖2 污水管網信息集成平臺示意圖

2.3 農村污水管網智能信息服務建設

污水管網龐大、復雜，隱蔽工程多，有腐蝕、滲漏、爆管、堵塞等現象，污水處理完全依靠人工，難以實時監(jiān)測、管理?？山柚冗MIT技術和設備，綜合運用人工智能技術、算法和模型的各種智能服務，進行信息實時采集、數據分析、趨勢與預測、風險評估等，從而有效彌補傳統(tǒng)管理手段的不足，并為科學管理和決策提供輔助支持。需在統(tǒng)一規(guī)劃下，基于統(tǒng)一、集成的信息服務GIS平臺進行各種服務組件式開發(fā)，經統(tǒng)一入口，為不同部門、不同用戶提供個性化智能信息服務。

3 結論與建議

在農村生活污水治理工作全面展開之際，充分借鑒城市污水管網信息化管理的經驗教訓，結合農村實際，積極開展污水管網信息化建設研究與實踐，對城鎮(zhèn)化和新農村建設具有重要的理論及現實意義。信息化是一個持續(xù)的、不斷深化的、無限逼近的過程，所采用的設備、技術也在不斷更新，須將其作為一項長期建設、不斷完善工作。

經驗表明，信息化不僅是單純的技術或工程問題，更是管理問題。各地應將農村生活污水管網信息化作為一個復雜的系統(tǒng)工程，充分考慮并認識到其長期性、復雜性，結合當地實際，在管理和技術方面下足功夫。

需形成統(tǒng)一的、專門的、強有力的政府職能部門，將農村生活污水管網信息化與整個城市的信息化規(guī)劃及建設結合起來，全面負責農村生活污水管網信息化的組織、溝通、協(xié)調工作；制定統(tǒng)一的短、中、長期發(fā)展規(guī)劃，有計劃、有步驟、有重點地推進管網信息化；培育一支跨學科、跨領域的專業(yè)隊伍，尤其是基層的管網信息化建設隊伍，涵蓋管網管理、實施、維護和智能服務，提高污水管網信息化的管理及服務水平。實施中系統(tǒng)建設切忌過大過全，功能以夠用、實用為主；界面簡潔，操作簡易，需多以直觀圖形象展現數據結果；系統(tǒng)建設采用大平臺小組件一體化模式，充分預留擴展接口。

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（責任編輯 姚小槐）

A Preliminary Study on the Main Contents of Informatization of Pipe Network Management in Rural Sewage Treatment

WANG Jun1；YING Xiao - ling2；DAI Ting - xi2；CHEN Xin - guo2

（1.Zhejiang University of Water Resource & Electric Power，Hangzhou 310018，Zhejiang，China；2.Rural Work Office of Taizhou city Huangyan District Government，Huangyan 318020，Zhejiang，China）

The “Rural Sewage Treatment” is the key of “Five Water Treatment” and the “New Rural Construction”, and the informatization of sewage pipe network is the fundamental guarantee of actual and persistent running effect. It is proposed that the informatization of rural sewage pipe network，almost in a blank now，should be taken into agenda as soon as possible，while other projects of rural sewage treatment all in full swing. It is proved that the GIS management in “one map” based on advanced information technologies is the essential means，according to city experiences. The main contents of informatization of sewage pipe network management are concluded based on reviewing related literature and summarizing characters of rural sewage pipe network，with some advice in management and technology for promoting the construction of informatization of rural sewage pipe network management at last.

rural sewage treatment；Informatization of pipe network；GIS

TU823.3

A

1008 - 701X(2016)06 - 0064 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2016.06.020

2016-04-19

王 軍(1978 - )，男，副教授，博士，主要從事信息化研究工作。E-mail：swiftome@163.com