天津城市水资源实时监控系统建设构想

蔡 旭，田翠荣，徐 嘉

（1.天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061；2.天津市中水科技咨询有限责任公司，天津 300170）

水资源既是人类赖以生存的自然资源，也是支撑经济发展的重要战略资源，直接影响经济社会的发展速度和水平。加强水资源水量监测是水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护的基础。

天津市是我国环渤海经济带的中心，也是华北、西北等广大地区重要的出海口，为经济发达地区之一，在全国经济发展格局中有着重要的战略地位。但另一方面，天津市又是我国水资源最为紧缺的地区，人口密集、水资源供需矛盾尖锐，多年平均人均水资源量仅为160 m3，加上入境和外调水量，人均占有量也不过370 m3。长期以来，水资源一直是制约天津市社会经济发展的瓶颈，天津城市发展和滨海新区开发开放势必带来用水量的快速增加和用水需求的进一步提高，今后水资源情势将更为严峻。水资源的供需矛盾日益尖锐，已成为水资源问题的核心和焦点。

采用现代化的采集方式、传输手段，应用信息技术、计算机技术、地理信息系统技术等，建立天津城市水资源实时监控系统，可以加强天津市城市化水文效应、城市水资源量、城市供水量、城市节水等的水资源监控、调查与分析工作，提高监测站网的管理水平，提高信息采集的准确性、信息传输的时效性，延长预见期，提高预测报精度，实现水资源管理信息化，促进水资源的合理开发、高效利用，切实提高水资源管理综合能力和管理水平。

1 系统监控内容及项目分析

1.1 监测站网现状

市水文部门现有可监控水资源要素、行使水资源监测功能的基本水文测站28处（水文中心测站18处、水文中心巡测站5处，海河处1处，引滦各管理处4处），其中9处站为国家重要水文站。水位站2处、雨量站28处、地下水站515处、水质站约236处。水文站网（地表水部分）按测验项目划分：流量48处、水位71处、降水量49处、潮水位4处、蒸发量7处、泥沙20处、水温11处、固定点冰厚13处、辅助气象11处。天津市境内另有3处引滦输水专用站。

已建成的永定河泛区水情信息测报系统增设6处水位、降水量遥测站点，国家防汛指挥系统天津市防汛指挥系统信息系统增设站点9处（包括14个水位、8个降水量遥测站点），国家防汛指挥系统一期工程天津市水情分中心增设站点1处。信息采集项目为水位、雨量等，这对天津市的防汛抗旱、水资源管理有重要作用。

上述测站多建立于上世纪六七十年代，是在以防洪为重点的工程水文模式下建设的，承担着全市防汛抗旱、水利工程运行、水资源管理保护、供水调度等水文监测任务。站点按照《水文站网规划技术导则》布设，着眼于宏观控制，现在已远远满足不了水资源分配调度、分析、开发、监控的需求，对于水资源管理的社会需求形成制约。为克服这一弊端，必须对现有监测站网重新进行规划设计。

1.2 亟需开展的监测内容及项目分析

水资源可持续利用将是经济和社会发展的战略问题。市水务局成立于2009年5月8日，标志着天津市水利管理体制已向水务管理体制推进。水务体制改革对加强水资源的科学管理、节约，提高水资源的承载能力和利用效率，努力建设节水型城市，加强水资源的统一管理，探索水权、水市场理论，促进水资源的优化配置有重要作用。新的管理体制克服了过去供水、用水、排水等部门职能交叉，难以统筹调度、优化配置区域水资源等弊端。

市水务局和区（县）水务部门都承担着水资源配置、用水管理、水资源保护、水污染监控、防洪减灾及抗旱的工作任务，负责水源、取水、输水、用水、排水整个城市水务链各个环节的管理，服务范围广，涉及领域多，需要大量的水文水资源监测信息支撑工作的开展。为此，迫切要求运用网络、通信、GIS等先进的技术和手段建设城市水资源实时监控系统，以提供及时准确的水资源信息。监测内容应包含自来水、海水淡化、地下水源、污水处理和再生水利用等多方面涉水信息。

2 系统建设构想

2.1 总体思路

系统建设要充分利用国家和本市已有的信息公共基础设施和相关行业的信息资源，结合当地已建的天津市防汛抗旱指挥系统一期工程等通讯设施，统筹考虑。以实时水情数据库结构为基础，充分利用多媒体技术和动态网页技术，建立城市水资源实时监控系统，实现流量、水质、水位等各项水文信息的自动采集、传输、处理、发布，同时开展资源共享，进而全面实现水资源信息数据采集的自动化、传输的网络化、处理的标准化和分析的科学化。

2.2 设计原则

（1）系统先进可靠、功能实用、组网合理、维护方便。

（2）系统采用国际主流技术和汉化中文平台，以适应系统的扩展，使系统具有良好的纵向和横向兼容性，具有中文对话框提示功能，便于用户使用。

（3）系统设备可方便地通过添加模块，为将来系统规模扩大和接入新的分中心提供网络接口，利于数据共享。

（4）系统采用自报式通信方式，报汛网络采用230MHz超短波通信 （或GSM/GPRS、无线网络）方式，能够做到随时查询和更新信息，极大地满足用户需要。

（5）测站采取无人值守自动采集方式。

2.3 建设内容

系统建设内容包括信息采集与传输、通信与计算机网络、数据资源、应用支撑平台、水资源业务应用、监控中心等。

信息采集与传输主要将水源、取水、输水、用水、排水的供水水源地、取用水口、排水站点、入河排污口、地下水水源地、自来水水厂、污水处理、水质监测等水质水量的监测信息进行采集，并通过通讯网络将信息传送到市水情中心。

通信与计算机网络是以现有的广域网、局域网为基础，按照水资源管理需求，对现有网络设施进行补充和完善，建设各级水务管理部门间的信息连接。

数据资源是分析本市水文站网现有的数据资源，依据水资源管理的业务需要，新建和补充完善数据库资料，完成水资源监测信息数据中心建设。

应用支撑平台的作用是支撑业务应用和管理数据资源。为服务于水务信息化综合体系，应用支撑平台采用与国家防汛指挥系统和水利电子政务系统相同的框架。

业务应用是面向天津市水资源管理，对水质水量进行分析评价和预测，为水资源利用、保护、管理和对公众发布信息等业务提供信息支持和分析管理工具，主要包括水资源信息服务、水资源业务服务、水资源调配决策支持、水资源应急管理等。

监控中心是水资源管理部门运行和运用系统的重要场所，主要包括监控室和会商室。监控中心在现有的防汛会商室的基础上，根据天津市水资源管理需求和有关技术要求进行补充完善。

2.4 基本组成

系统以供水水源地、取用水口、排水站点、入河排污口、地下水水源地、自来水水厂、污水处理、水质监测等水质水量的监测信息为信息源，以水资源信息数据分析为处理渠道，根据各部分的不同功能可分为中心站系统、测站系统。

中心站系统主要由硬件设备和软件两大部分组成。硬件设备主要包括应用服务器、数据库服务器、调度工作站、磁盘阵列、网络交换机、路由器、大屏幕、打印机及后备电源等设备；软件主要由操作系统软件、数据库系统软件、决策系统软件等组成。

测站系统主要是安装在现场的遥测终端与信息采集设备传感器采用电缆连接，遥测终端通过无线MODOM及通信电台以定时自报的方式将所采集的数据经一级音频中继后传输到中心站。水文自动测报系统的工作方式采用自报式，遥测终端站为无人值守，定期巡查。

2.5 建设注意事项

（1）在进行系统建设时，必须统一规划，严格论证，并与有关部门和单位协调合作，以充分发挥系统的经济效益和社会效益，并注意节约投资。

（2）水资源站网点多面广，发展遥测站点可以省人、省钱和有利于弥补驻测站网的不足，测站建设以无人值守的遥测站点为主。

（3）要求系统能够长期稳定、性能可靠并在恶劣气候条件下保持正常工作。

（4）站点处于野外环境，要求保证电源、避免雷击和做好防盗设施。

2.6 运行维护管理

天津市城市水资源实时监控系统工程的建设，将大大提高天津市水文水资源监测、管理、服务水平。但经验表明，系统工程能否长期、稳定地发挥其服务功能，主要取决于是否有良好运行管理机制和完整的规章制度。所以，系统的运行维护机构的选定至关重要。

系统维护应根据国家有关规定和行业业务特点，交市水行政主管部门负责，由其直属的水文机构组织实施管理，采取加强相关技术培训、完善自动测报系统运行管理的相应规章制度等多种措施，动态或定期地对系统的运行情况进行检查。

3 系统可行性分析

3.1 技术方面

我国水利行业现代化技术方面的研究和应用起步较早，特别是信息技术如自动化监测、计算机网络、计算机模拟仿真、GIS技术等已经在洪水预警、预报、调度和水资源联合调度、供排水管网、水环境管理等各个领域广泛应用并发挥了重要作用，获得了巨大的效益。

在水文水资源监测系统建设方面，天津市先后建设了广域网实时水情信息系统、天津市水情计算机报汛信息系统、永定河泛区水文自动测报系统、天津市防汛指挥系统和国家防汛抗旱指挥系统天津市水情分中心，并发挥了较好的效益。信息技术的应用及其对传统业务的变革已成为当今水利行业发展的大趋势，成熟的信息技术为城市水资源实时监控系统的建设提供了强大的技术支撑。

3.2 经济方面

解决水资源供需矛盾最经济、最有效、最现实的途径是通过加强对水资源的有效管理来实现。通过加强用水的定向管理来对水资源优化配置，提高水资源的利用效率。而对水资源的优化配置、高效利用，则需要通过建立城市水资源实时监控系统来实现。系统建设效益巨大，其发生的费用与效益相比微不足道。

3.3 管理方面

天津市水务局近年来建设完成的多套水文水资源监测系统，设施先进、运行良好，积累了丰富的建设管理经验，也培养了专业人才，锻炼了队伍，能够胜任新建系统的建设运行管理工作。

4 结语

天津市作为国际港口城市、北方经济中心和生态城市的建设，滨海新区的开发开放和经济发展，需要水文水资源信息的支持。水资源实时监控系统的建设，将大大提高本市水资源管理水平，对天津市的水资源实施统筹规划、综合治理、合理开发、优化配置、全面节约和有效保护发挥巨大的作用。