农村污水管网信息化建设初探

王 军，应晓铃，戴庭曦，陈新国

（1.浙江水利水电学院，浙江 杭州 310018；2.台州市区委区政府农村工作办公室，浙江 黄岩 318020）

农村污水管网信息化建设初探

王 军1，应晓铃2，戴庭曦2，陈新国2

（1.浙江水利水电学院，浙江 杭州 310018；2.台州市区委区政府农村工作办公室，浙江 黄岩 318020）

农村生活污水治理是“五水共治”及新农村建设的重点，而污水管网信息化是农村生活污水治理出实效、达长效的基本保障。在农村生活污水治理中，农村污水管网信息化建设仍然空白。城市污水管网信息化的经验表明，借助先进信息技术，实现“一张图”式GIS管理是污水管网信息化的必要手段。通过借鉴城市污水管网信息化的研究成果，总结农村污水管网特点，探讨了农村污水管网信息化建设的主要内容，提出了推进农村生活污水管网信息化建设的若干建议。

农村污水治理；污水管网；GIS

1 问题的提出

近年来，农村在城乡一体化进程的推动下发生了翻天覆地的变化，然而传统的污水处理系统使农村卫生环境日益恶劣，成为农村的重大安全隐患。据《2012环境统计年报》统计，截至2012年，全国城市污水处理率达到82%，其中县城为60%，建制镇小于20%，村庄为7%。可见，虽然我国城市污水治理已基本达到欧美发达国家80%处理率的水平，但农村污水处理仍然处于起步阶段，因此农村的污水治理更能明显地提升我国的污水治理整体水平，改善农村生活环境，推进城镇化进程和城乡一体发展。

在新农村建设及中央农村环境综合整治项目中，农村生活污水治理都是重点内容之一[1]。农村生活污水管网是新农村建设重要的基础设施，是农村生活污水治理的主要载体。污水管网不只是由排污、集污管道形成的狭义网络，而是由污水收集、处理、排放/回用设施组成的广义网络结构，包含管道、检查井、处理终端等设备。根据城市经验，四通八达、纵横交错的污水管网的细微事故均可能导致环境污染、卫生条件恶化，或者导致局部内涝，严重影响居民日常生活，因此，农村生活污水管网的先期建设投入很重要，建成后的管理维护更重要。目前农村生活污水治理主要集中于建设施工、管网建设及设备安装等，据中宜环科环保产业李昂的研究，2013年全国农村生活污水处理项目中，建设施工类项目占项目总数的61% ，管网建设类项目占29%，设备安装类项目占10%，3类项目的资金占比分别为58%，36%，6%。

目前农村生活污水治理工作的全面展开，如果污水管网缺乏有效的监管维护手段[2]，污水处理系统的运行、管网的管理与维护等将举步维艰，有关部门需及早认识到农村生活污水管网信息化的重要性和紧迫性，尽快开展相关研究和建设。我国农村生活污水管网信息化起步较晚、基础薄弱，但有明显的后发优势，可以充分借助成熟的信息技术与管理手段，吸收发达国家城市生活污水管网管理的经验，保障农村生活污水治理规划合理、建设到位、运行顺畅、维护及时。然而，当前农村生活污水治理关注与研究的焦点为现状分析[3 - 4]、治理模式[5 - 6]、处理技术[1，7]、工程与管理[8 - 9]等，鲜有农村生活污水管网信息化的相关研究。借鉴城市污水管网信息化成功经验，开展农村生活污水管网信息化研究具有理论与现实意义。

密布的污水管网不但要建好，更要保证运行良好。由于污水管网结构复杂、品目繁多，而且深埋地下，藏污纳垢，人工管理困难。借助信息化手段通过数字化、智能化、“一张GIS图”式管理，可以方便地实现污水管网的科学高效管理与服务。运用地理信息系统（GIS）空间管理工具，将空间数据、属性数据与数据库、可视化、物联网、定位等技术相结合，实现目标对象、地理位置、信息管理的三位一体管理已成为国内外城市管网管理的有效手段。如此，可变被动响应为主动预警，变不可见风险为可预测、可感知风险[10]，加快现代化建设步伐，并逐步成为科学决策重大问题和突发性事件的现代化手段[11]。

王丛聪和马飞飞[12]、马骏和刘兴坡[13]、张琼等[14]从系统设计与开发的角度总结探索了构建管网GIS系统，物联网、云计算等新兴IT技术的应用增强了管网的自我感知和信息反馈能力，提高了管网管理的实时性与准确性，如王威[15]、陈南玲[16]、陈惠英[17]等的研究。随着信息基础设施建设的完成，污水管网信息化的重点逐步转向水质、水文、生态、管道养护及优化等污水处理业务，如管网流量计算和水质分析[18]、GIS与管道生态模型整合[19]、爆管预警[20]等。

城市经验表明，污水管网信息化是污水管网现代化管理的基础，制约着管网正常运转乃至市政规划与实施，将建设、管理、维护有机结合才能真正发挥预期功效。目前各类农村生活污水的治理迫切需要将管网信息化建设提上日程，但农村与城市的巨大差异决定了农村生活污水管网建设不能照搬城市经验，需要充分结合农村的发展和实际需求。

2 农村污水管网信息化建设主要内容

长期二元经济体制下的巨大城乡差异决定了农村污水管网建设的特点不同于城市：①农村面积远超城镇，污水管网覆盖范围广；②农村居住相对分散，总体稀疏而局部密集，管网密度严重不均；③农村通常多山、多林、多水、多田、多沟，管网受到地形、地势、地理、空间等多方约束，布局不规范；④因地制宜的污水处理方式导致在模式（并网进厂处理、集中终端处理、分散个别处理等）、技术、规范、标准等方面差异较大；⑤各市、县、区的农村污水处理工程通常由不同级别、不同层次的设计单位、施工单位、监理单位负责实施，规范化管理差异较大。

农村生活污水管网的网络结构、构成等复杂，管理维护工作面广、量大、难度高。因此，农村生活污水管网的信息化建设应与乡情、民情等地方特色结合，不能套用城市标准，不能在方案、产品、技术等方面一刀切，但是在信息系统业务处理、功能方面具有较大共性，农村生活管网信息化建设应首先明确其实现内容、实现途径、需要注意的问题。

内容上污水管网信息化建设可分为管网信息基础设施建设、管网信息集成平台建设、管网智能信息服务建设3个主要部分（见图1）。其中管网信息基础设施建设包括管网数字化、档案电子化和感知实时化等，是整个管网信息化建设的基础和主要信息来源；管网信息集成平台建设将与管网相关的各类信息进行集成，为各类应用系统提供统一的数据；爆管预警、堵塞预警、老化预警等以应用为导向的各种智能服务，均建立在统一的信息集成平台上。

图1 污水管网信息化建设图

限于人力、技术、资本、地理等条件，在具体的信息化建设上，农村污水管网信息化建设应首先解决有无问题，一般应集中进行管网和档案电子化等基础工作、信息集成平台的规划建设工作，以满足农村生活污水治理的当前需要。随着管网工程的竣工、信息系统的数据累积，会逐步出现应用及服务需求，基于智能信息服务的内容将逐步增加。

2.1 农村污水管网信息基础设施建设

2.1.1 管网数字化

在“空间时代”进行数字化即结合图纸设计，通过测绘、定位等技术获取管网各部件的准确地理位置信息，将其存储到空间数据库，并形象地展现在计算机系统的模拟世界里。管网数字化使管理、技术人员足不出户就能遍访方圆数百公里“管网”的每一个角落，全方位掌握管网的结构、组成、布局等信息，可随时从多种元器件中查阅特定部件的型号、厂商、安装日期、设计寿命等信息。管网数字化建设的关键是保证信息的准确和实时，一旦数据与现实偏差，信息化将不被用户信任，失去价值，因此在数字化建设期需要投入大量的人力、物力，逐一对所有元器件精确定位、录入信息，建成后仍然需要专人负责更新维护。

2.1.2 档案电子化

农村生活污水治理工程通常以乡、村为单位，作为相对独立的工程段，每个工程段均包含大量的分析、设计、施工、监理、维护等重要的图、文、影、音等档案资料，且随着时间的推移不断增加，从而导致管理、查阅不便，容易造成重要资料丢失。借用数据库技术可以将这些档案和GIS系统结合，不但具有传统数据库管理的各项优势，还能与地理信息充分结合，将文档信息直观地绑定到GIS图中，可以随时调阅，方便又快捷，同时也可以根据需要进行各种查询和统计，拓展了管理维度。

2.1.3 感知实时化

借助物联网技术可实现对管网自身及周边环境信息的实时反馈，使管理者随时掌握管网运行的最新状况，这对管网日常维护、污水治理和突发事故应急处理具有重要作用。通过固定或移动传感设备，获取管网及其所属环境相关指标的实时数据，借助有线或无线网络更新到网络数据库，从而分析实时指标数据，提供各种统计、分析及预警、决策支持等智能服务。

2.2 农村污水管网信息集成平台建设

由于行政隶属、业务领域的不同，管网信息化各项基础设施的设计、建设、运行及维护部门通常不一样，极易形成“信息孤岛”。由于污水管网信息化起步较晚，应充分发挥后发优势，少走弯路，在顶层设计、总体设计中纳入信息集成平台建设规划，用以指导、规范、协调各项信息基础设施建设工作。充分整合管网信息基础设施可以避免重复建设、各自为阵的现象，真正发挥信息化在信息服务、科学管理和决策支持方面的潜力与优势。一方面信息集成平台统一进行各种管网信息资源的集成、整合和处理；另一方面是各种信息服务唯一的、权威的数据来源（见图2）。

图2 污水管网信息集成平台示意图

2.3 农村污水管网智能信息服务建设

污水管网庞大、复杂，隐蔽工程多，有腐蚀、渗漏、爆管、堵塞等现象，污水处理完全依靠人工，难以实时监测、管理。可借助先进IT技术和设备，综合运用人工智能技术、算法和模型的各种智能服务，进行信息实时采集、数据分析、趋势与预测、风险评估等，从而有效弥补传统管理手段的不足，并为科学管理和决策提供辅助支持。需在统一规划下，基于统一、集成的信息服务GIS平台进行各种服务组件式开发，经统一入口，为不同部门、不同用户提供个性化智能信息服务。

3 结论与建议

在农村生活污水治理工作全面展开之际，充分借鉴城市污水管网信息化管理的经验教训，结合农村实际，积极开展污水管网信息化建设研究与实践，对城镇化和新农村建设具有重要的理论及现实意义。信息化是一个持续的、不断深化的、无限逼近的过程，所采用的设备、技术也在不断更新，须将其作为一项长期建设、不断完善工作。

经验表明，信息化不仅是单纯的技术或工程问题，更是管理问题。各地应将农村生活污水管网信息化作为一个复杂的系统工程，充分考虑并认识到其长期性、复杂性，结合当地实际，在管理和技术方面下足功夫。

需形成统一的、专门的、强有力的政府职能部门，将农村生活污水管网信息化与整个城市的信息化规划及建设结合起来，全面负责农村生活污水管网信息化的组织、沟通、协调工作；制定统一的短、中、长期发展规划，有计划、有步骤、有重点地推进管网信息化；培育一支跨学科、跨领域的专业队伍，尤其是基层的管网信息化建设队伍，涵盖管网管理、实施、维护和智能服务，提高污水管网信息化的管理及服务水平。实施中系统建设切忌过大过全，功能以够用、实用为主；界面简洁，操作简易，需多以直观图形象展现数据结果；系统建设采用大平台小组件一体化模式，充分预留扩展接口。

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（责任编辑 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 军(1978 - )，男，副教授，博士，主要从事信息化研究工作。E-mail：swiftome@163.com