信息化体系对北运河流域河长制的支撑与探索

郭昊淼，杜军凯，白雪飞，李 杰，梁 普，李济臣

（1.北京市北运河管理处，101101，北京；2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，100038，北京；3.北京水利水电学校，100024,北京）

河长制的实施需要健全的技术标准体系、行政管理体系和政策法规体系保障， 通过几大体系综合发力，将河湖综合治理推向新的高度。 目前针对河长制的研究比较宏观，多从体制机制和工作方案等方面进行分析，在技术体系建设方面的研究还比较欠缺。 同时考虑到落实河长制的典型性需求，因流经或所处区域自然地理环境和经济发展水平存在的差异，导致每个河湖的脆弱程度、所受干扰程度不同，“一河一策”是落实河长制的必由之路，因此开展针对典型流域的典型研究仍然是十分必要的。 本文以北运河流域为例，从信息化体系建设的角度分析该流域落实河长制存在的关键技术问题，探讨相应的信息化保障体系，研究结果可为北运河流域落实河长制提供技术支撑，并可为全国其他区域提供参考和借鉴。

一、北运河流域概况与落实河长制的关键问题

1.流域概况

北运河是在北京市五大水系中唯一发源于本市境内且长年有水的河流，起于燕山南麓，西界永定河,东临潮白河，北关闸以上称温榆河，以下称北运河，在北京市境内干流长90 km，流域面积4 243 km2，包括北京城区全部及昌平、顺义、朝阳和通州大部分区域。 历史上，北运河作为京杭大运河起始端河道,为金、元、明、清四代漕运事业的发展起到重大作用。 随着自然条件和社会经济的变化，北运河的功能和作用因时而异, 目前仍是京津地区防洪除涝的主要通道，承担北京市城区90%的排水任务，同时具有重要的生态、人文和景观功能。

2.落实河长制的关键问题

2017 年7 月北京市委办公厅、市政府办公厅印发《北京市进一步全面推进河长制工作方案》，提出“四查、四清、四治、四管”要求：严查污水直排入河、 严查河湖垃圾乱堆乱倒、严查涉河违法建设、严查饮用水水源保护区；清河岸、清河面、清河底、清饮用水水源保护区； 加强水污染治理、加强水环境治理、加强水生态治理、加强水系循环治理；严格水资源管理、严格河湖岸线管理、严格执法监督管理、严格水利工程设施运行管理。

北运河流域城镇化率大、水问题集中、水治理复杂、社会关注度高，自2008 年以来陆续实施了流域水系综合治理规划、污水治理和再生水利用设施建设两个三年行动方案以及聚焦攻坚加快水环境治理方案，取得了一定成效。 但目前流域仍有以下问题： ①污水直排入河现象仍比较突出，流域现有135 个排污口中尚有朝阳区89 个排污口未完成治理； ②流域内污水收集管网覆盖不全，部分学校、 小区未接入污水管线问题仍然存在；③面源污染压力较大，化肥农药超量使用现象依然存在， 畜禽养殖污染防治配套设施仍不完善； ④部分垃圾中转站存在河道潜在的污染威胁；⑤河湖岸线保护有待加强， 河道内违法建设及岸线乱占滥用现象时有发生；⑥城市防洪压力增大， 随着经济社会快速发展， 特别是通州北京城市副中心的建设， 北运河部分河段难以满足防洪要求，存在较大的防洪安全压力。

二、面向河长制的流域信息体系建设需求

北京市人民政府为北京市北运河河长制的责任主体，其中市水务局北运河管理处作为北运河流域的业务管理处室，承担着北运河流域除十三陵水库、清河、通惠河、凉水河等4条支流流域外的部分，共9 个区县57条河流（截至2018 年6 月）。 北运河河长制相关工作职责，在信息采集体系方面： ①北运河管理处直属各闸、坝及管理所驻所均有雨量站，可自动传输雨量信息，其他机构数据尚未并网， 需要通过电话传真等形式传输；②下辖杨洼闸及北关拦河闸设有水情监测站，杨洼闸通过水文总站报汛系统人工报汛；③流域除北关分洪闸外， 其余几个闸站工情信息均采用人工监测方式；④流域内48 个水功能区断面的水质监测由市水文总站人工采样，监测频率为每月一次；⑤目前共5个闸站布设有视频监控设备， 实现了对各闸站的闸门启闭情况、 河道漂浮物的实时监控。 在业务应用体系方面，北运河管理处可接入全市的水资源配置管理系统、水务应急指挥平台、水务统计管理系统与水资源基础信息管理系统。

图1 北运河水利信息化建设总体架构

图2 北运河流域信息采集体系设计

图3 北运河流域数据资源体系设计

图4 流域水环境智能监管系统设计

分析可知，北运河管理处基础设施较薄弱，信息化水平较低，在信息获取、信息处理、决策制定和实施监管方面无可靠抓手，尚未建立与落实河长制相匹配的基础设施与技术实力，河长制管理缺乏可靠的“眼、手、脑”。 基于落实河长制的实践需求，当前全流域亟须引入先进的技术手段，充分引进吸收物联网、云平台、大数据等高新技术并使其在北运河流域发挥作用，建立全流域、全要素、全天候覆盖的监测和信息传输体系，整合建设跨部门、跨行业、跨区域的信息管理体系，建设支撑流域管理与决策全业务、 全过程的信息服务体系，构建北运河智能化的流域管理信息化环境，实现流域综合管理的信息数字化、展示立体化、业务协同化、控制自动化、决策智能化、服务主动化，夯实信息化基础，全面提升流域水环境监管、防汛预警和社会监督水平，为河长制的顺利实施保驾护航。

三、北运河流域面向河长制的信息化体系构建

立足前述需求，面向河长制的北运河流域信息化体系应由4 个部分组成，即基础设施体系、数据资源体系、 应用系统体系与管理保障体系。其中，基础设施体系是水利业务应用的支撑平台，是水务信息资源共享和业务应用的基础；数据资源体系是水利信息化建设的核心，是数据交换与共享、实现业务协同的关键；应用系统体系以水务业务管理对象为核心，是全面支撑水务业务应用、 政务管理、 公共服务和决策调度的手段；管理保障体系是各项工作得以顺利进行的基本保证。 总体架构见图1。

基础设施体系由信息采集系统、通信与计算机网络、 集控中心等组成，其中信息采集系统由雨情、水情、水量、水质、视频监视五部分组成；数据资源体系实现精准管理的基础，需要对各类数据资源进行分类，建立不同的数据进行存储， 以便于对数据资源实现标准化的存储、 调用、 共享交换、管理和更新；应用系统体系由全景监控云服务平台、 北运河流域防汛综合指挥系统、 水环境与水生态保护系统、水资源配置与调度系统、水政执法管理系统、 水利工程安全管理系统、“流域通” 移动服务系统等内容组成；管理保障体系由水利信息化标准体系、安全体系、建设和运行管理机制、政策、投资和人才队伍等要素构成。

1.信息采集体系设计

图5 防汛智能监测预警系统设计

图6 综合信息服务平台设计

立足流域已有的监测网络，利用卫星技术、通信技术、遥感技术，面向河长制的实施需求，设计了天、空、地一体化信息监测体系。 具体包括：①卫星遥感观测，主要用于大范围的信息获取与面上监测，通过该手段可获取土地利用、植被覆盖、水体水质等信息；②航空遥感观测，用于中小尺度的信息获取，如典型调查、精细测绘、应急监测、监察执法等方面；③地面观测，用于流域内与业务相关的点上的各类涉水信息的获取，如关键断面的水位、流量，重要水功能区的水质状况， 水工建筑物的工况信息等方面；④创新共享交换机制，搭建信息共享交换平台，推动部门间、行业间通过各种契约、 协作等形式来实现各类具有共用属性的有限资源的高效利用。 流域信息采集体系设计见图2。

2.数据资源体系设计

管理数据资源体系的架构包括数据资源层、数据管理平台、数据应用平台、数据共享交换平台、标准规范、安全防护等部分，详见图3。

3.网络传输体系设计

充分利用已有的网络进行构建，形成有线政务专网、 商用无线网、商用有线网和自建光纤高低搭配的格局。 使用政务外网来承载无互联网范围需求、无涉密要求的政务应用系统和数据库系统，对于涉密的政务应用与数据传输则在政务内网运行；同时因水质、水情、雨情等监测终端分布范围广而分散，并且大多设置在环境较恶劣的地区，商用无线网也是网络传输体系的重要补充。 此外，为保障河长管理的时效性，在流域重要断面需要安置一些视频监控站点，为保证沿河流域大量数据的及时上传，需要通过自建光纤保证数据传输效率。

4.业务应用体系设计

业务应用系统突出智能化管理监督特点， 重点建设流域水环境智能监管系统（图4）、防汛智能监测预警系统（图5）与综合信息服务平台（图6）。其中， 水环境智能监管系统由入河排排水口监管、河道水环境监管、预测预警及溯源等模块组成； 防汛智能监测预警系统就会商信息准备、 会商会议支持、会商结果处理、会商环境管理等模块的系统功能、界面风格进行开发、整合、集成和展示；综合信息服务平台由集成信息服务平台、 北运河全景监管平台和社会公众服务平台组成。

四、结 语

全面推行河长制是国家战略，也是新时代流域综合管理的实践需求。 信息实时获取，问题快速发现，方案及时制定，决策科学生成和监督有效执行是落实河长制管理的关键环节，而这些措施的具体实施均离不开信息化体系的支撑。 本研究以北运河流域为例， 分析了流域落实河长制的需求以及不足，提出该流域面向河长制管理的信息化体系重点方向， 可为河长制的贯彻落实提供技术支持。