徐 斌， 莊 巍， 晁建穎， 何 斐， 劉 莊， 解宇峰， 李 建， 杜涵蓓， 李維新

生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042

隨著全球范圍內(nèi)水環(huán)境污染問題的日益突出，水資源稀缺進(jìn)一步加劇，水污染控制受到高度重視[1-2]；水質(zhì)監(jiān)管技術(shù)得到了創(chuàng)新和突破，取得了一定效果. 重視水質(zhì)監(jiān)管，尤其是加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)管，對于改善我國水環(huán)境質(zhì)量及推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[3-4]. 基于污染源與水環(huán)境質(zhì)量間的響應(yīng)關(guān)系，將容量總量控制和水污染控制管理目標(biāo)與水質(zhì)目標(biāo)聯(lián)系起來，是目前較為科學(xué)合理的水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)[5-6]. 近年來，我國在太湖和遼河流域等重點(diǎn)流域開展了針對水質(zhì)目標(biāo)管理的信息化建設(shè)工作，初步實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)、排污許可管理、污染源監(jiān)控及風(fēng)險(xiǎn)評估預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)的突破[7-9]. 然而，在大區(qū)域范圍內(nèi)，水環(huán)境數(shù)據(jù)尚未得到系統(tǒng)集成[10]，各類水環(huán)境管理手段(如流域核查、總量核查等)缺乏現(xiàn)代化信息管理與服務(wù)系統(tǒng)支撐[11]，流域管理模型及參數(shù)的規(guī)范化、本地化不夠，層級數(shù)據(jù)有待進(jìn)一步共享和印證，與整體業(yè)務(wù)化運(yùn)行要求尚有較大差距.

“十三五”以來，中共中央、國務(wù)院高度重視長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，多次對長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作做出重要指示，強(qiáng)調(diào)推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展，理念要先進(jìn)，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，把生態(tài)環(huán)境保護(hù)擺上優(yōu)先地位，涉及長江的一切經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都要以不破壞生態(tài)環(huán)境為前提，共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā). 生態(tài)環(huán)境部也指出，要強(qiáng)化資源整合與共享，制定統(tǒng)一的信息管理與共享平臺，集成規(guī)范統(tǒng)一的“大數(shù)據(jù)”，形成“大平臺”“大共享”“大協(xié)作”，構(gòu)建支撐長江“共抓大保護(hù)”的科技格局.

針對上述問題及現(xiàn)實(shí)需求，該文以長江經(jīng)濟(jì)帶為研究對象，充分利用“十一五”“十二五”國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)成果數(shù)據(jù)資源，結(jié)合國內(nèi)外成熟先進(jìn)的大型面向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)云平臺的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出“五橫兩縱四統(tǒng)一”的平臺架構(gòu)理念，采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)構(gòu)建水質(zhì)目標(biāo)綜合管理平臺. 該平臺對既有管理技術(shù)成果進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化，建立不同任務(wù)單元的數(shù)據(jù)交換、共享與信息化機(jī)制，從而全面促進(jìn)水環(huán)境管理技術(shù)體系的銜接與融合，以期有效提升長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境綜合管理能力.

1 需求分析和平臺總體構(gòu)架

1.1 需求分析

長江經(jīng)濟(jì)帶覆蓋9省2直轄市，面積約205×104km2，橫跨我國東、中、西三大區(qū)域，依托長三角城市群、長江中游城市群和成渝城市群，人口和生產(chǎn)總值占比超過全國的40%，是我國的經(jīng)濟(jì)重心所在，也是我國重要的工農(nóng)業(yè)基地. 當(dāng)前長江經(jīng)濟(jì)帶局部重點(diǎn)區(qū)域面臨著水資源量短缺、飲用水水源風(fēng)險(xiǎn)、湖泊富營養(yǎng)化等方面的壓力[12-15]，水質(zhì)目標(biāo)管理是長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境管理的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)《長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》明確了加強(qiáng)跨部門、跨區(qū)域、跨流域監(jiān)管與應(yīng)急協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制建設(shè)，建立流域突發(fā)環(huán)境事件監(jiān)控預(yù)警與應(yīng)急平臺；針對沿江取水的城市開展水源水質(zhì)生物毒性監(jiān)控預(yù)警建設(shè)；建立省際間統(tǒng)一的危險(xiǎn)品運(yùn)輸信息系統(tǒng)；建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)急大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用與工作平臺等任務(wù). 提高流域水質(zhì)目標(biāo)管理水平，需要進(jìn)一步提升水環(huán)境管理綜合決策技術(shù)手段；推進(jìn)向“以流域?yàn)楣芾韱卧钡墓芾矸绞睫D(zhuǎn)變，需要提高區(qū)域流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)防聯(lián)控. 因此，該研究將科研與地方業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，構(gòu)建業(yè)務(wù)化運(yùn)行的長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺.

1.2 平臺構(gòu)建目標(biāo)

應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建對長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)相關(guān)信息進(jìn)行跟蹤、模擬、結(jié)果分析和三維可視化處理的水質(zhì)目標(biāo)大數(shù)據(jù)綜合管理平臺，以長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境綜合管理的數(shù)據(jù)流為中心，通過統(tǒng)一開放式接口的方式，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)共享“一張圖”，在水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理、數(shù)據(jù)匯交與信息共享、容量總量控制管理、風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警等方面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，能夠有效規(guī)范整合平臺與各子系統(tǒng)成果，實(shí)現(xiàn)全景式水質(zhì)達(dá)標(biāo)形勢研判、一體化風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)防聯(lián)控，有效提升長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境綜合管理能力.

1.3 平臺總體架構(gòu)

該平臺以面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)和模塊化設(shè)計(jì)為支撐，遵循“五橫兩縱四統(tǒng)一”的設(shè)計(jì)思路，“五橫”自底向上依次為基礎(chǔ)設(shè)施層、云數(shù)據(jù)中心層、服務(wù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層，各層均通過統(tǒng)一的服務(wù)接口為上一層提供服務(wù)；“兩縱”分別為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全保障體系，主要面向“五橫”提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和安全保障；“四統(tǒng)一”即從設(shè)施、數(shù)據(jù)、服務(wù)資源的統(tǒng)一調(diào)度與管控、平臺的統(tǒng)一搭建到門戶網(wǎng)站的統(tǒng)一身份管理，最后依托統(tǒng)一門戶網(wǎng)站為用戶提供“一站式”服務(wù). 該平臺架構(gòu)(見圖1)可有效提高設(shè)施資源、數(shù)據(jù)資源、平臺資源的共享、重用、集成和擴(kuò)展性.

圖1 平臺總體架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層采用云計(jì)算服務(wù)器，通過Spark實(shí)現(xiàn)分布式并行計(jì)算，并通過YARN進(jìn)行集群統(tǒng)一的資源管理、調(diào)度與分配，提供海量大數(shù)據(jù)的存儲與大規(guī)模運(yùn)算，支撐水質(zhì)目標(biāo)管理平臺的軟硬件運(yùn)行. 云數(shù)據(jù)中心層搭建大數(shù)據(jù)管理平臺，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸交換、管理監(jiān)控、共享開放、分析挖掘等基本功能，支撐分布式計(jì)算、流式數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、趨勢分析、空間分析等. 服務(wù)層以服務(wù)的形式為水質(zhì)目標(biāo)管理業(yè)務(wù)化應(yīng)用的開發(fā)提供支持，包括一系列服務(wù)組件的模塊化集成調(diào)用. 應(yīng)用層由數(shù)據(jù)匯交與信息共享系統(tǒng)、水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理系統(tǒng)、容量總量控制管理系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，可供用戶獨(dú)立使用，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行自主訂閱. 表現(xiàn)層即系統(tǒng)的展示形式，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為BS結(jié)構(gòu)，針對不同的用戶提供內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)訪問門戶，給予不同的用戶權(quán)限. 平臺通過統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一搭建、統(tǒng)一管控、統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)，從平臺的基礎(chǔ)搭建到整體資源的使用與分配情況的監(jiān)控與調(diào)度、性能監(jiān)管、安全監(jiān)管方面全面保證系統(tǒng)的通用性、高彈性、擴(kuò)展性、安全性等.

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是保障整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施成功的軟性因素，包括技術(shù)、管理等各方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范. 在整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過程中嚴(yán)格遵循國際、國家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范. 信息安全保障體系涉及系統(tǒng)各個(gè)層面的安全技術(shù)和措施，為整個(gè)系統(tǒng)提供鑒別、訪問控制、抗抵賴和數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性、可控性等安全服務(wù)，形成集防護(hù)、檢測、響應(yīng)、恢復(fù)于一體的安全防護(hù)體系.

平臺網(wǎng)絡(luò)包括外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)，考慮到數(shù)據(jù)安全性，內(nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)為涉密網(wǎng)絡(luò)；外網(wǎng)服務(wù)器通過防火墻連接互聯(lián)網(wǎng)，對互聯(lián)網(wǎng)信息進(jìn)行爬取過濾后，通過單向網(wǎng)閘單向傳輸?shù)缴婷芫W(wǎng)絡(luò)中. 涉密網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器包括Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器等，各個(gè)主機(jī)通過內(nèi)網(wǎng)連接至內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器.

2 長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺總體設(shè)計(jì)

基于長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)，兼顧不同類別水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的協(xié)調(diào)性、銜接性和適應(yīng)性，應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)模塊化及數(shù)字化，建立不同類別的數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識庫，構(gòu)建水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理系統(tǒng)、容量總量控制管理系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯交與信息共享系統(tǒng)，形成長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺.

2.1 數(shù)據(jù)資源體系

2.1.1數(shù)據(jù)庫資源

長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺通過HDFS+Hbase實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)管理，通過Spark實(shí)現(xiàn)分布式并行計(jì)算，通過YARN進(jìn)行集群統(tǒng)一的資源管理、調(diào)度與分配，整體上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)與計(jì)算節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)添加，同時(shí)保證計(jì)算效率與數(shù)據(jù)安全.

平臺通過整合多來源數(shù)據(jù)信息，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、整合、處理，建立結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲模式，對各類基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置文件等進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范化的管理. 平臺集成的主要數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、水環(huán)境數(shù)據(jù)庫、知識庫、元數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫等，囊括長江經(jīng)濟(jì)帶58個(gè)駐點(diǎn)城市593個(gè)控制單元、長江干流、105條一級支流和重點(diǎn)湖庫、284個(gè)國控?cái)嗝? 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包括長江經(jīng)濟(jì)帶重點(diǎn)區(qū)域精度為2 m的高清遙感影像、空間分辨率為30 m的高精度DEM、行政區(qū)劃、道路、地名、長江干流、一級支流、重點(diǎn)湖庫等地理信息數(shù)據(jù)，以及流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的發(fā)展規(guī)劃、土地利用、土壤構(gòu)成分布、人口、經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)總產(chǎn)值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料；水環(huán)境數(shù)據(jù)庫包括水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、污染源數(shù)據(jù)、水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)數(shù)據(jù)、水文氣象數(shù)據(jù)等；知識庫包括專利、標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)、文獻(xiàn)資源、科技成果、專家?guī)斓?；元?shù)據(jù)庫描述基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水環(huán)境數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)等的屬性；系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫用于存儲系統(tǒng)用戶、權(quán)限、身份認(rèn)證、日志等和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)有關(guān)的信息. 長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺數(shù)據(jù)庫資源實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)、跨數(shù)據(jù)庫、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)匯集及交換共享，解決了長江經(jīng)濟(jì)帶海量、異構(gòu)的大數(shù)據(jù)存儲與管理. 通過對多源采集手段獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以及有效性、完整性、一致性等方面的數(shù)據(jù)審核，保障數(shù)據(jù)符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可被業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用. 經(jīng)數(shù)據(jù)分析、處理、再加工后形成核心業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)，然后發(fā)布到平臺，最終提供長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理應(yīng)用.

2.1.2模型庫資源

模型庫是將眾多模型按一定的結(jié)構(gòu)形式組織起來，通過模型庫管理系統(tǒng)對各個(gè)模型進(jìn)行有效地管理和使用[16]. 在“十一五”“十二五”國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)已有模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化提升，根據(jù)上、中、下游不同的區(qū)域特征及水質(zhì)目標(biāo)管理需求，篩選適用于長江經(jīng)濟(jì)帶復(fù)雜水系特征的水環(huán)境數(shù)學(xué)模型庫[17]，包括流域面源污染模型、河流水質(zhì)模型、湖庫水質(zhì)模型、流域生態(tài)流量模型等，通過建立統(tǒng)一的模型庫實(shí)現(xiàn)適用于長江經(jīng)濟(jì)帶計(jì)算方案和計(jì)算模型的統(tǒng)一管理. 模型庫以長江流域干流和一級支流為主，對不同尺度模型進(jìn)行嵌套，對污染源、模型邊界條件進(jìn)行更新，優(yōu)化模型參數(shù).

2.2 模塊化的系統(tǒng)功能集成

水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)是對水污染物總量控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，強(qiáng)調(diào)以“分區(qū)、分級、分類、分期”理念為指導(dǎo)，是以流域水生態(tài)功能保護(hù)為核心、以水環(huán)境質(zhì)量改善為目標(biāo)、以容量總量控制為主線的管理技術(shù)體系[16]. 長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺系統(tǒng)圍繞水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理、容量總量控制管理、風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警和數(shù)據(jù)匯交與信息共享集成流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系[18-21]，通過對各管理技術(shù)的分析，以排污許可證管理為主要目標(biāo)實(shí)現(xiàn)各技術(shù)間的有機(jī)銜接，以水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過容量總量控制技術(shù)確定長江流域各地區(qū)指標(biāo)，以此作為排污許可證的發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)，在排污許可證發(fā)放過程中以風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警技術(shù)作為監(jiān)督，同時(shí)與水污染治理技術(shù)進(jìn)行相互支撐(見圖2).

圖2 長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)銜接關(guān)系

2.2.1水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理系統(tǒng)

長江流域范圍遼闊，地形地貌氣候復(fù)雜多變，從西往東跨越我國大陸地勢三級階地和4個(gè)氣候帶，流域內(nèi)具有高原、山地、丘陵、盆地、河谷、平原等各種地貌；長江上、中、下游不同的區(qū)域特征決定了不同的區(qū)域發(fā)展和生態(tài)問題. 為全面反映水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的形成機(jī)制，從陸域驅(qū)動(dòng)要素和水域結(jié)構(gòu)功能兩個(gè)方面開展分區(qū)，其中陸域驅(qū)動(dòng)要素是水域生態(tài)功能的形成基礎(chǔ)，根據(jù)陸域?qū)λ鷳B(tài)功能的驅(qū)動(dòng)機(jī)制劃分一級區(qū)和二級區(qū)，根據(jù)水域內(nèi)的生態(tài)功能特征劃分三級區(qū).

為更好地評估水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)水質(zhì)的達(dá)標(biāo)情況，水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理系統(tǒng)選取長江干流及一級支流的國控監(jiān)測點(diǎn)位，包括國控水質(zhì)斷面(284個(gè))、跨省界水質(zhì)監(jiān)控?cái)嗝?、重點(diǎn)飲用水源地取水口斷面，完成了面向長江經(jīng)濟(jì)帶593個(gè)控制單元水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的評估工作，并基于GIS平臺實(shí)現(xiàn)了水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的管理和查詢[22-23]，包括分區(qū)管理、分區(qū)統(tǒng)計(jì)、空間關(guān)聯(lián)分析、水質(zhì)目標(biāo)管理業(yè)務(wù)流程分析等模塊.

2.2.2容量總量控制管理系統(tǒng)

容量總量控制管理是以達(dá)到控制單元的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，以水環(huán)境問題診斷、污染源評價(jià)、水質(zhì)目標(biāo)確定、污染源-水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系分析、容量總量分配、排污許可管理、治理績效評估為核心的全過程管理. 污染物總量控制和減排是長江水環(huán)境污染治理的核心任務(wù)之一[24-25].

容量總量控制管理系統(tǒng)功能包括水環(huán)境數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、水環(huán)境數(shù)據(jù)交換、水環(huán)境總量核算及排污許可管理、系統(tǒng)配置管理等. 在水環(huán)境數(shù)學(xué)模型構(gòu)建方面，系統(tǒng)以氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)為主要計(jì)算指標(biāo)，并綜合考慮湖泊型、山區(qū)水庫型、平原河網(wǎng)型、感潮河段型等控制單元水環(huán)境特征，圍繞數(shù)學(xué)模型管理、模型輸入輸出設(shè)置、水動(dòng)力水質(zhì)水生態(tài)耦合模型運(yùn)行、模型結(jié)果后處理、水環(huán)境容量結(jié)果查詢展示等方面開展工作；在水環(huán)境數(shù)據(jù)交換方面，系統(tǒng)主要集成區(qū)域環(huán)境自動(dòng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和污染源普查數(shù)據(jù)；在水環(huán)境總量核算及排污許可管理方面，系統(tǒng)集成通量測算及監(jiān)控體系，集成基于容量總量核算的排污許可，實(shí)現(xiàn)流域重點(diǎn)控制斷面污染物通量尤其是入長江污染物通量和斷面通量地準(zhǔn)確核算；在系統(tǒng)配置管理方面，系統(tǒng)配備數(shù)據(jù)更新編輯維護(hù)工具、系統(tǒng)發(fā)布管理工具等.

2.2.3風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警系統(tǒng)

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測預(yù)警技術(shù)是針對環(huán)境污染事件的風(fēng)險(xiǎn)場時(shí)空特征，集成可反映風(fēng)險(xiǎn)事件對長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)、水源地、敏感水生生物影響的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)并直觀展示區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)分布.

風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警系統(tǒng)可為水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供直接信息，從而為水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)支持[26-29]. 該系統(tǒng)包括水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估、突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測預(yù)警、累積風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢分析、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對方案選擇等，其計(jì)算核心涉及一系列水環(huán)境模型，包括累積性日常水質(zhì)模型、突發(fā)事故應(yīng)急模型、溢油模型、水環(huán)境容量計(jì)算模型等. 系統(tǒng)整合污染事故應(yīng)急處置決策功能，能夠在水污染事故發(fā)生后快速預(yù)報(bào)風(fēng)險(xiǎn)事故影響范圍、程度及發(fā)展趨勢，針對風(fēng)險(xiǎn)事故的不同風(fēng)險(xiǎn)等級判別結(jié)果，響應(yīng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案對策，生成水環(huán)境污染事故的應(yīng)急處置方案，并于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布相關(guān)信息. 根據(jù)建立的相關(guān)應(yīng)急預(yù)案知識庫，結(jié)合專家咨詢意見，為突發(fā)環(huán)境事件提供指導(dǎo)流程和輔助決策支持方案，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)展態(tài)勢和應(yīng)急處置效果做出及時(shí)反饋，對輔助決策方案進(jìn)行相關(guān)調(diào)整和優(yōu)化.

2.2.4數(shù)據(jù)匯交與信息共享系統(tǒng)

數(shù)據(jù)匯交與信息共享是指匯集長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境、水文、氣象等各部門單位和駐點(diǎn)城市相關(guān)成果，以及流域水文、水質(zhì)、生態(tài)、管理、統(tǒng)計(jì)等多源數(shù)據(jù)和環(huán)境模型，建立共享數(shù)據(jù)集，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源目錄，建立數(shù)據(jù)交互共享機(jī)制，確定數(shù)據(jù)共享的權(quán)限劃分與業(yè)務(wù)化運(yùn)行規(guī)則，同時(shí)制定相關(guān)保密制度，確保數(shù)據(jù)安全. 最終，以此建設(shè)數(shù)據(jù)匯交與共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級分層共享，促進(jìn)各部門信息交流共享.

數(shù)據(jù)匯交與信息共享系統(tǒng)功能包括支撐平臺三維展示、水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)匯交、水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)挖掘、水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)共享等. 在支撐平臺三維展示方面，系統(tǒng)采用EV-Globe 5.0作為三維展示平臺，支持基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、通用GIS數(shù)據(jù)、常見模型數(shù)據(jù)的加載、展示與顯隱控制，通過對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合與集成，用三維場景真實(shí)再現(xiàn)長江經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域地理環(huán)境；在水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)匯交方面，系統(tǒng)在統(tǒng)一集成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范下，基于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，疊加水功能分區(qū)、水源地分布、水質(zhì)監(jiān)控點(diǎn)、水質(zhì)斷面、監(jiān)控?cái)嗝?、污染源、水文氣象站等專題數(shù)據(jù)，從流域、控制單元等多視角實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)水質(zhì)目標(biāo)“一張圖”展現(xiàn)[30]；在水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)挖掘方面，系統(tǒng)針對國家及地方管理部門對水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用與信息共享需求，運(yùn)用關(guān)聯(lián)分析、時(shí)間序列分析等方法，完成水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)挖掘與分析，通過數(shù)據(jù)挖掘模塊，可以進(jìn)行地區(qū)植被變化信息、土地利用變化信息、水質(zhì)變化信息地挖掘；在水質(zhì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)共享方面，系統(tǒng)通過對大數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)地理、水質(zhì)監(jiān)控等信息的抽取、共享、發(fā)布，為長江經(jīng)濟(jì)帶駐點(diǎn)城市提供上下游一體的水質(zhì)達(dá)標(biāo)形勢研判、風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)防聯(lián)控?cái)?shù)據(jù)支持服務(wù).

2.3 討論

目前關(guān)于水質(zhì)目標(biāo)管理平臺的研究側(cè)重于實(shí)際突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的控制、管理與應(yīng)用，鮮見針對特定流域級的業(yè)務(wù)化水質(zhì)目標(biāo)管理平臺. 筆者開展的長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺構(gòu)建的研究，以長江經(jīng)濟(jì)帶為研究對象，在水質(zhì)目標(biāo)管理信息化工作上進(jìn)行了探索和應(yīng)用. 在“流域-區(qū)域-控制單元-污染源”水環(huán)境管理層次體系下，以流域總量控制為基礎(chǔ)，立足于控制單元，面向污染源，兼顧了行政區(qū)劃和流域特點(diǎn)，克服了單一區(qū)域水質(zhì)目標(biāo)管理的局限性，為其他重要流域水質(zhì)目標(biāo)管理提供了信息化工作參考，可將平臺框架、數(shù)據(jù)、功能等多個(gè)層面進(jìn)行推廣應(yīng)用. 平臺已在國家長江生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)聯(lián)合研究中心進(jìn)行業(yè)務(wù)化運(yùn)行，將有效提升長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境綜合管理能力.

長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺圍繞水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理、容量總量控制管理、風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警和數(shù)據(jù)匯交與信息共享集成流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系，是長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境、水文、氣象等各部門數(shù)據(jù)共享機(jī)制的嘗試，旨在打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)資源共享. 但由于各部門數(shù)據(jù)存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致、部門利益沖突等問題，平臺接入的外部數(shù)據(jù)仍不夠全面，對實(shí)際的業(yè)務(wù)化運(yùn)行產(chǎn)生了一定影響，今后應(yīng)繼續(xù)健全數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，兼容并接入更多部門數(shù)據(jù)，使水質(zhì)目標(biāo)管理平臺能夠更好地服務(wù)于長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境保護(hù)工作.

3 結(jié)論

a) 基于長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)，兼顧不同類別水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的協(xié)調(diào)性、銜接性和適應(yīng)性，應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，對水質(zhì)目標(biāo)管理相關(guān)信息進(jìn)行跟蹤、模擬、分析和三維可視化表達(dá)，構(gòu)建長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺.

b) 平臺構(gòu)建遵循“五橫兩縱四統(tǒng)一”的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施、數(shù)據(jù)、服務(wù)資源的統(tǒng)一調(diào)度與管控、平臺的統(tǒng)一搭建、門戶網(wǎng)站的統(tǒng)一身份管理，最后依托統(tǒng)一門戶網(wǎng)站為用戶提供“一站式”服務(wù).

c) 長江經(jīng)濟(jì)帶水質(zhì)目標(biāo)管理平臺構(gòu)建的研究可為其他重要流域水質(zhì)目標(biāo)管理提供信息化工作參考，將有效提升長江經(jīng)濟(jì)帶水環(huán)境綜合管理能力.