太湖流域（浙江片区）水环境综合管理平台的设计思路

叶新辉　张　磊　方莹萍　李慎华　黄　健　刘莹冰

（浙江省环境信息中心浙江杭州310012）

太湖流域（浙江片区）水环境综合管理平台的设计思路

叶新辉张磊方莹萍李慎华黄健刘莹冰

（浙江省环境信息中心浙江杭州310012）

总体设计水环境综合管理平台，使之业务化运行，辅助太湖流域（浙江片区）五水共治管理。根据管理平台的建设要求，确定技术路线，集成有关技术，以实现跨界及出入太湖通量管理、总量减排绩效评估体系和决策支持、排污许可证管理决策支持、流域累积风险评估和预警等功能。

太湖；水环境；管理；信息化；设计

1　建设目标

以数学模型组件为计算核心，利用先进的计算机科学、地理信息系统（GIS）、网络通信以及数据库等技术，建立水环境综合管理平台，进行业务化运行。平台应集成模型数据输入管理和可视化展示等功能，可实现跨界及出入太湖通量管理、总量减排绩效评估体系和决策支持、排污许可证管理决策支持、流域累积风险评估和预警等功能，提高太湖流域（浙江片区）水环境管理能力，辅助区域五水共治管理。

2　总体设计

2.1界面设计

系统用户界面风格与主系统界面风格保持一致，为用户提供一致的、方便操作的用户界面。

用户界面能够适应不同水平的人员操作使用，让操作者能在较短时间内熟悉和掌握各种功能的使用方法，使他们能轻松简便的工作。

2.2功能设计

功能模块的设计遵循正确、可靠、高效以及可维护、可扩展、可开放等原则，实现各种业务信息数据的传输、维护、查询、计算、统计、显示等应用需求。采用面向对象的程序设计方法，遵循软件工程的标准，设计开发系统各功能模块程序。

主系统划分采用组合分类方法：即各子系统根据业务“信息流”的思想进行划分；子系统中各模块根据信息处理性质和业务处理的逻辑顺序进行划分。系统采用组合分类方法，具有逻辑清晰、可修改性好、可靠性高等优点。

2.3逻辑架构

综合建设需求，太湖流域（浙江片区）水环境综合管理平台逻辑结构如图1所示（完善已有功能，新增红线部分功能）：

图1　系统逻辑结构图

整个太湖流域（浙江片区）水环境综合管理平台系统，采用分层架构，分为数据层、核心中间层、应用表现层三层。系统的开发和构建，顺应软件工程的最新发展趋势，采用数据建模、对象建模、组件等当前软件工程中的主流技术。

数据管理引擎主要着重于大系统内部相关业务的分析和建模，采用组件方式进行组合。通过这种管理模式，整合相关业务，形成系统运行的一个共同的数据访问接口。对于不同的系统，可以通过不同的组件结合，形成新的业务体系结构。

2.4技术路线

结合本系统体系结构、GIS平台等诸多因素，可采取如下的技术路线：采用C/S和B/S相结合结构、基于面向服务的体系架构（SOA）、基于元数据的内容管理技术、基于XML的信息共享与数据交换技术、基于WEBGIS地图技术。

其中考虑到专业数学模型的数据复杂性和系统载荷，以及系统中大量同步交换的数据需要处理的工作，与MIKE模型软件相关的技术操作采用CS方式进行展示。而与数据查询、数据分析、结果展示相关的内容采用BS方式进行展示。

2.5用户权限设计

系统中涉及到的应用模块节点主要包括各类外部数据接入、各应用子模块、不同角色的用户等。系统集成各子模块，统一分配管理各模块节点的用户角色。

3　数据库设计

数据库软件选型：采用已有的SQLServer。

模型设计：环境监测数据库按数据属性分为部件数据、事件数据、基础地理数据、管理相关数据和元数据五大类；按业务性质设计分为查询统计数据、风险评估数据、风险预警数据、基础地理数据、社会经济数据和元数据、其它数据等7类数据；按数据来源分为内部数据和外部数据两类。

4　平台功能设计

4.1公用模块

本模块为系统各个模块的公用部分，模块内包含的功能用例为系统各个业务模块所调用。公用模块包含地图操作、查询与统计、数据输出。

4.2首页模块

首页设置报警信息提示，内容包括最近三天的水质自动监测站的水质数据和自动监测的工业点源水质数据的超标报警，一般权限用户可以查阅报警信息。考虑到当出现超标严重的自动报警信息后，为方便用户进一步进行水质预警计算（对应工业点源排放超标）和溯源分析模块驱动模型计算并分析，界面上设置提示信息提醒高级管理用户可以分别进入以上两个模块。

4.3基础数据模块

基础数据是一个基本数据查询统计模块，主要分为构建流域水环境动态管理数据库和对该数据库数据信息实现查询统计功能两部分。根据需求，各类数据如表1所示。

表1　基础数据查询统计模块

4.4跨界及出入太湖通量管理模块

本模块包括在线通量监控和跨界区域通量两个功能。

在线通量监控主要是利用自动监测站中跨界断面监测点的水质、流量和流向监测数据来计算实测通量值和实测超标通量值，展现形式设定为站名名称、河道名称、跨界说明的“日-月-年”分级展示。

关于模型运算，在CS系统中使用两种方案管理模式来提供计算服务：一是定在每个月初提取上个月相关数据自动驱动模型计算；二是客户可以手动设置模拟时间，对自动导入的边界条件进行调整后驱动模型计算。不管哪类方案，模型计算结果均按时间和点位信息存储在本地日常模型计算结果数据库中供BS系统调用。

4.5总量减排实时评估模块

本模块包括总量核定、污染源信息管理、污染物入河量计算、污染物允许入河量计算等四个功能。总量核定主要是静态展示针对水功能区划已经核算好的每个县市的水环境容量，以TMML（每月总污染负荷量）的形式展现。

4.6排污许可权（证）管理模块

本模块分为以下两块内容。（1）以示范区已有排污许可证管理系统数据为依托，在线获取示范区数据后根据客户需要做相应展示。展示内容中增加各企业年允许排污量数据，便于与当前审核批准的排污量进行对比，高级权限用户根据对比分析，可以针对整改对象向示范区环保局相关部门以发邮件或其他形式进行通告(系统可为高级权限用户提供相关链接)。（2）各企业年允许排污量计算，该功能模块由高级权限用户（管理员）计算操作。

4.7累积风险评估与预警模块

本模块分为风险等级判定、水质预警、溯源分析等三块内容。

风险等级判定功能根据风险等级判定指标体系，展示评价区域、指标体系、权重及方法。在前端界面，由用户选择时间段，实现风险评估结果查询、展示和导出功能。

水质预警功能主要针对高风险工业点源的超标排放报警，根据超标排放信息驱动水污染事故预警模型来计算超标排放污染物对周边河道水质状况的影响，以CS形式展示。

溯源分析功能主要针对敏感的控制断面水质超标报警，根据相关超标信息对可能引起水质超标的排放口进行综合分析，对污染源进行溯源分析，以BS形式展示。

4.8流域水生态分区管理模块

本模块分为水生态功能分区、生态保护红线、生态功能区划、环境功能区划（备选）、水环境功能区划等四到五个功能。其中，水生态功能分区功能主要展示水生态功能分区的科研成果，从一级分区到四级分区，分别展示水生态健康评估（图表）、水生态保护目标（文字或表格）、重点源分布（地图服务和表格）。

4.9系统管理模块

本模块根据系统的使用对象以用户、用户组和角色组等类别进行划分。每一个用户组、角色组都包含了自己的用户，用户在继承所属用户组所拥有的访问权限和所属角色组所拥有的功能权限以外，还可以拥有自己所特有的访问权限和功能权限。

5　系统接口设计

为了满足系统平台的数据支持，本系统需要提供Oracle数据库接口和Webservice数据接口。

5.1与工业源数据接口

通过后台程序访问工业点源Oracle数据库提取数据的方法，实现工业点源Oracle数据源与本系统之间工业点源数据的获取入库集成。

5.2与饮用水源地数据接口

通过后台程序访问饮用水源地Oracle数据库提取数据的方法，实现饮用水源地Oracle数据源与本系统之间饮用水源地数据的获取入库集成。

5.3与地表水数据接口

通过后台程序访问地表水站点以Webservice方式提取需要的地表水站点数据的方法，实现地表水数据源与本系统之间地表水数据的获取录入数据库集成。

6　建设展望

按照上述设计思路和架构进行开发实施，平台将能较快的实现，可满足跨界及出入太湖通量管理、总量减排绩效评估体系和决策支持、排污许可证管理决策支持、流域累积风险评估和预警等功能要求，能够为水环境合理开发、综合管理和科学决策提供技术依据和手段，提高太湖流域（浙江片区）水环境管理能力，辅助区域五水共治管理。

[1]叶新辉.太湖流域（浙江片区）水环境综合管理信息化的探讨.环境污染与防治2014,5增刊1:128.

叶新辉（1969—），男，汉，本科，工程师，环境管理信息化。