城市水资源智慧系统建设探析

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摘要：建立城市水资源智慧系统，加强水资源与水环境的科技化监测管理，在当前“节水优先”的治水思路下，刻不容缓。本文以苏州市构建城市智慧系统为例，对该系统主要核心构架做了介绍，项目实施后，系统运行良好，取得了显著的经济、管理效益，该工程的实施具有一定的推广和借鉴意义。

关键词：城市水资源；监控与管理系统；三条红线

为加强苏州市主要提供集中供水的水源地、地下水、取用水大户、重点江河的排污口、重点水功能保护区、河流县际间断面的在线监测，建立苏州市城市水资源智慧系统势在必行。苏州市城市水资源智慧系统作为服务于城市供水、用水、水资源保护、水资源调配等方面的应用系统，核心任务是建成集信息采集、传输、存储、处理、共享的服务设施，并形成基于城市水资源智慧系统下信息管理机制，实现苏州市城市水资源信息“自动采集、网络传输、数字化存储”的要求，按照“管理现代、决策科学、政务公开”的标准开展城市水资源业务管理，助力苏州市严守水资源“三条红线”，为经济、社会绿色发展提供有力的技术支撑。苏州市城市水资源智慧系统将涵盖以下子系统：采集和传输信息、计算机网络、业务应用和安全［1］。

1信息采集和传输信息系统

1．1信息采集及传输系统结构

信息采集及传输系统结构拓扑图如图1所示。

1．2信息采集与传输系统监控目标

水资源信息采集与传输系统监控的重点是水资源的开发、利用、循环等环节中的要素，即水源、供水、用水、排水。系统核心任务是掌握苏州市各行业供用水情况，作为管理、保护及调度水资源的数据来源和方案依据［2］。为苏州市水资源实时调度决策提供支持。除了重点点位的视频监测外，监测目标还包含水源地、地下水、取用水、河流排污口、水功能区、县级河流。其中，水源地和地下水监测内容除了水位、水质外、地下水监测还应增加水温的监测，其余检测目标的监测内容均为流量和水质。

1．3信息采集方式

信息采集方式，包括自动采集和人工采集两种方式。自动采集的完成依托在线监测站，有些数据采用自动采集产生的费用太高，还有些数据因当前缺少技术支撑不能实现自动采集，针对这些情况，需利用人工采集，主要完成方式为人工巡测。

1．4计算机网络系统

在苏州市及下辖区县的水资源管理相关单位，实现了计算机网络系统的全覆盖。网络组成形式包含广域网、局域网，可根据水资源管理实际情况设置采用何种形式的网络，网络形式选择不仅要根据网络管理的需求，还应考虑水资源管理方面的因素，例如：信息的流程、行政管理的体制。建设任务为依托现有防汛信息网络的基础上，提高网络性能，拓宽传输通道，加强网络的安全性和可靠性，实现数据、视频、语音的传输和信息共享，搭建水资源智慧网络［3］。本系统与省水资源管理系统、市水文局水文信息综合服务系统、市环保局重点污染源在线监测系统进行对接，实现信息的共享和交换。所有对接单位都已经实现了政务网和电信VPN专线的外部网络链路，项目实施时，可以根据具体情况，选择通过政务网或电信VPN实现“互联互通”。

2业务应用系统

苏州市城市水资源业务应用系统，首先对水资源的管理业务市场需求进行深入分析，然后整合组件技术、地理信息系统等高新技术，应用到水资源专项业务管理中，按照技术先进、效率高、易操作的原则，进行系统构建。2．1系统结构系统建设包括水资源日常业务管理和水资源信息相关服务。

2．2水资源信息服务系统

水资源信息服务系统组由三个子信息服务系统构成：三条红线预警、实况监测、信息发布等。该系统以综合数据库和GIS技术为核心，服务对象为水资源管理部门及相关单位，为水资源管理部门的日常管理提供信息支持和服务，如查询、水资源相关信息公开、水资源预警等［4］。2．2．1三条红线监督预警服务子系统。严控“三条红线”，即用水总量、用水效率、水功能区纳污，分别划定为红、黄、蓝、三项指标，其中，若超过黄色和红色的报警临界指标，预警服务启动，预警方式为闪烁报警［5］。2．2．2实时监测信息服务子系统。监测范围主要是苏州市主要流域和行政区划。重点对象为苏州市主要的河流、小型以上规模的水库、水闸、各类监测站、重点水源地和取水口等。系统用户和预警对象包括责任值班人员和相关指挥人员、专家等。该系统除了用户触发模式外，还有系统自动提示模式。不论是用户触发状态下人工检索，或者自动提示模式下系统收到信息，只要此时获得的实时数据、预报数值为报警项时，就立即与系统中的报警门限值比对，选择彩色闪烁、声音、光线等形式，反映相应的实况数据、门限控制值等信息。2．2．3综合信息服务子系统该系统的服务对象为从事水资源管理工作的人员和社会公众，主要原理是利用综合数据库和GIS技术为服务对象构建操作平台，该平台能提供水资源、水环境方面的信息服务，主要有查询、实况监测、统计数据下载，图形服务等。综合信息服务子系统，见图2。2．2．4信息发布子系统。本系统的主要功能是向广大市民提供水资源和水环境的信息发布服务，宣传相关政策和法规，主要形式是互联网站、电视栏目、新闻发布会等。通过增强水资源信息服务，吸纳公众参与到水资源保护和管理的行动中，以提升水资源行政管理单位在处理水资源应急事件和水资源日常管理工作的能力和社会影响［6］。2．2．5交换信息服务子系统。实现苏州市水利局和江西省水利厅之间办公信息快速传达和上报、使苏州市水利系统不同管理部门及苏州市有业务关联的其他部局之间的信息互联互通、苏州市水利单位中的水资源系统可与防汛抗旱应急、水土保持站，水文站、灌区管理单位、水利电子政务等其他本市水利单位完成信息交换和资源共享。交换信息服务子系统是实时监测信息服务子系统、综合信息服务子系统等其他子系统实现的基础，以不同方式从不同渠道获取各类信息，支持各类信息服务，本系统基于应用支撑平台中数据交换子系统开发。

2．3水资源业务管理系统

水资源业务管理系统主要集成省水资源监控系统平台共4个子系统，分别为：2．3．1取用水总量管理系统。对主干河流，编制的水量调配方案进行管理，并编制年度水量计划，审核后，进行传达。2．3．2用水效率监督管理考核系统。主要包括考核方案与指标体系管理，年度目标与工作计划管理，考核与结果管理。主要功能项包括实现考核方案与指标体系管理、实现年度目标与工作计划管理、实现考核与结果管理。2．3．3水资源调配决策支撑系统。水资源部署决策支持系统的技术核心是建立在“3S”技术及水资源调度建模基础上，为方案的编制提供决策支持，方案主要为出水量调度、监督计划这两种，同时，又具备服务于水资源管理的功能，如信息支持，分析、计算、记录结果，综合会商等服务。内容涵盖水资源管理的实时状况评估、预测与预报，规划与分配，年度配置计划，月（旬）调配方案，实时调度、决策与咨询等内容。水资源调配决策支持系统功能结构图见图3。2．3．4水资源突发事件指挥系统。水资源危机发生时，水资源突发事件指挥系统的信息服务、预案管理、调度、会商管理四个专项应急模块启动，进入应急状态下的水资源管理模式，原理是通过水资源信息应急采集和传送、调取备份的数据存储、指挥中心的安控机制，分析突发事件的类型，然后再保证供水安全的前提下，第一时间产生危机处理方案和具体处理措施。水资调应急管理系统结构图见图4。

3安全系统

苏州市城市水资源实时监控与管理系统的安全防护，从系统可靠性和系统安全性两个方面进行建设。系统可靠性主要通过数据、线路、路由、设备的冗余设计，软件可靠性设计，雷电防护和断电措施设计来保证；系统安全性主要从防黑客攻击和安全认证角度进行了网络安全和应用安全设计。固态存储器安装在各个监测站后，监测实时数据可实现精准、自动重传。骨干网络采用光纤专线作为信道，监测站到监控中心的信道采用GPRS（无线测站）作为信道。核心路由器具备双电源、双引擎和模块热插拔等功能核心交换机应配置双电源。网络交换中心必须安装防火墙软件，主干网络路由器配置方式根据路线选择，即OSPF动态路由器设置在主线路上，静态路由器设置在备用线路上。防雷击措施上，监测站建筑物内应设置接地母线，方式为闭合式，重要监测站需在房顶配套设置闭合式均压带，另对所有监测站内的电力和通信线路均实施屏蔽，包括连接传感器的信号线及电话、电源等接线，设置的接地电阻要符合规范要求。野外站点根据情况，可适当降低标准。在市水务局配置1台入侵防御系统，实现对黑客攻击的主动防范和及时报警，并配置1套病毒防护系统，实现对网络病毒的防范。

4结语

项目实施后，增加了水资源时空调配能力，通过实时在线监测和信息化数据传输，提高了数据的实时性，城市水资源在时空配置方面得到有力的信息化保障，促进了水资源专项费用征缴工作的开展，使水资源专项费用全面覆盖各用水户和单位，解决了项目实施前漏征、少征现象。城市智慧水利信息系统建成每年能降低城市用水消耗5000万m3，有力推动了节水型城市的创建，为工农业发展节约出宝贵的水资源，提升了水资源服务经济的能力，通过水利信息化办公的信息高效传递和利用，水利工作办公效率也得以增强，管理经费呈下降趋势。

参考文献：

［1］高芳琴，潘崇伦，邱绍伟．上海市水资源综合管理系统设计与实现［J］．水利信息化，2010（4）：65－69．

［2］索惠霞．城市水资源实时监控管理与集成研究［J］．水资源开发与管理，2017（6）：5－9．

［3］孟凯，马耀光．基于java的城市水管理系统的研究［J］．中国农村水利水电，2013（1）：86－89．

［4］赵璧奎，于子波，孙平，等．城市水源调度管理系统的开发及应用［J］．中国农村水利水电，2014（7）：57－60，63．

［5］代正强．敦煌市城市水资源实时监控与管理信息化系统建设［J］．中国水利，2014（21）：28－29．

［6］张秣湲，韦诚．江苏省水资源管理信息系统建设初探［J］．江苏水利，2008（3）：13－15．

作者:李昱春 刘国平 王海洋 高芳岚 单位:苏州市吴中区水务局 昆山市水务局 江苏海创水保规划设计有限公司 苏州吴中经济技术开发区行政审批局