河长制水生态环境修复监控管理平台的探讨

吴宸晖，姜翠玲，鞠茂森

（1.河海大学水文水资源学院，南京210098；2.河海大学河长制研究与培训中心，南京210098）

自2016年国家全面推行河长制实施三年多以来，已经取得了非常显著的阶段性成果，已处于稳定实施阶段［1］，我国水治理指数持续提升［2］，河湖水环境得到明显改善。但也要看到，河湖长制在实践运行中体制、机制与技术三者匹配程度较低［3］，治理信息层面仍存在着碎片化困境［4］，现有考核机制流于形式［5］，又由于河湖的水环境污染［6］、岸线侵占［7］、水生态退化［8］等许多问题具有长期性和累积性，因此河湖治理和管理保护中还存在不少薄弱环节，尤其是在水生态环境保护和修复方面，难以摆脱“局部改善、整体恶化”的被动局面［9］，实质是治水模式的问题［10］，与河长制湖长制的要求还有很大差距，任重道远。目前，对河长制水生态环境修复问题的研究还处于起步探索阶段，我国尚无统一的区域或流域水生态环境监控管理平台，缺少对河长制水生态修复问题及处理的统一监管，在一定程度上制约了河长制的高效推行，难以适应和满足新时期生态环境保护工作需求。因此，加强水生态修复监控管理平台的研究和建设是河湖管理以及生态修复实施成效评估的关键。

1 加强水生态环境修复监控管理研究的必要性

河长制的六大任务包括水资源保护、水域岸线管理、水污染防治、水环境治理、水生态修复、执法监督六个方面［11］。河湖水环境治理和水生态修复是河长制的基本要求和长期任务。河湖水环境问题，表现在水体，根源在区域，包括从污染物的产生、迁移转化、汇入水体、自我净化、水环境改善、水生态修复等整个过程，涉及水体、土壤、植物、大气、底泥、水生生物等媒介，是一个多元复杂的系统。国际生态修复学会（SER）于2004年最新定义，生态修复是协助已遭受退化、损伤或破坏的生态系统恢复的过程［12］，该定义明确了生态修复是对生态的整体性、系统性的恢复，河湖水环境改善、水生态系统恢复是多要素综合作用、逐渐转化优化的结果，是河湖全生命周期的管理过程。

水环境治理和水生态修复涉及的范围广、投入高、见效慢。想要从根本上解决河湖问题，必须在严格贯彻执行河长制基本原则的基础上，从大尺度流域考虑整体生态修复［13］，加强水污染防治、水环境治理和水生态修复，流域生态修复项目前后长期的数据收集工作至关重要［14］，强监管又是维护河湖健康的现实需要［15，16］，故政府管理部门必须打破部门和地域的分割［17］，建立一个综合管理平台，实时监控河湖水域及岸线状态、区域污染状况、河湖水环境变化动态、生态系统演变趋势等，严判生态环境治理的成效和合规性，预测水生态环境突发事故，充分发挥监督管理作用，防范生态环境责任风险［18］。

目前，各地组织开发了河长制管理信息系统，但大多数还是停留在一般信息的收集和发布［19］、简单的巡河和任务派单［20］，在水生态环境知识业务协同和信息资源开发利用方面水平低，综合支撑和公众服务能力弱［21］，对河湖的全生命周期管理能力弱，虽然已有不少学者运用大数据促进生态环境改革［22-27］，有学者基于云服务设计河湖长制综合信息管理平台［28］，有学者应用物联网技术于河长制工作中［29］，有学者基于区块链技术应用于河长制水质信息管理领域［30］，有学者基于TOPSIS模型构建定量化的河长制绩效评价模式［31］，有学者基于大数据生命周期方法提出了城市平台环境开放数据评价框架［32］，也有不少城市已经开发了生态环境监控预警平台［33，34］，但在河长制背景下生态环境修复的执行面临着复杂性和约束性，多数平台不涉及河长制的相关要求，且涵盖功能不全，难以实际应用。为了提高河长制的管理效率，促进河湖水环境治理能力的全面提升，同时响应国家“山水林田湖草”生态环境修复与建设、大数据管理及应用的指导要求，借鉴国外一些成熟的生态环境修复大数据管理经验［35-38］，结合河长制应用管理需求，构建我国河长制水生态环境修复监控管理平台意义重大，以科学地应对水生态环境修复工作中所遇到的瓶颈与挑战。该平台可以实现河湖监管工作的高效性、便捷性、溯源性、全面性、实效性、合规性，为河长制管理模式的推行和落实保驾护航，从而推动河湖生态环境保护与修复，全面改善河湖水生态环境，促进经济社会与生态环境的协调发展。

2 河长制水生态环境修复的关注点及其监控管理平台的内容

河湖水环境治理和生态修复是一项复杂而长期的系统工程，也是一个包括流域的原始监测数据、治理和修复的技术数据、工程数据、财务数据、合规数据等相互影响的动态过程，河长湖长、有关政府部门、设计施工单位、河湖管护企业等都是参与主体。在这个过程中，河湖治理修复的监管人、责任人和投资人最为关注以下几个方面：①如何在投入巨资后，真正达成合规性及符合技术的治理修复效果，从而有效降低承担的环境安全责任；②如何保证治理修复项目能按时保质完成，有效控制财务风险；③如何降低治理修复成本；④明确未来仍然持续存在的环境责任。

要做到水生态环境治理修复的过程及成本风险可控，需要基于大数据，搭建一个河湖环境保护和生态修复综合治理的河长平台。该平台应以数据为基础，以流程为核心，以财务风险控制为目标，寻求最佳综合治理修复方案。从流域基础数据的采集到数据分析评价、生态修复工程实施、生态环境变化预测到财务管理，在每个治理修复环节中实现数据共享、流程自动化和标准化，决策有据、风险可控，从而最大限度降低项目实施的盲目性，提高科学性和成功率。平台的内容至少需要以下几个方面的信息。

2.1 流域（河湖）生态环境背景调查

收集河湖所在区域（或流域）各种生态环境监测资料，包括污染源（点源和面源）、地表水环境、地下水环境、土壤环境、大气环境、生物（陆生动物植物、水生动物植物）、水土流失、人群健康、敏感目标、珍稀生物、保护区等监测数据、评价结果、已采取的治理和修复措施、技术方案、经费预算等，作为水生态环境生命周期管理的背景值。平台可以实现对历史和现状各种生态环境监测点、监测数据的详细记录和追踪溯源，为后期水环境改善、水生态演变趋势的评估提供背景参考。但生态修复过程往往由政府、企业、研究机构等多方共同参与，涉及大量且不同格式的数据源［39］，平台能从项目最初的规划阶段到最终交付阶段的全过程中，所有涉及的数据都能在系统中被系统化和优化存储，使项目管理者能够有效地监控风险和跟进项目进度及表现，同时确保过程合乎标准法规进行。

2.2 流域生态环境现状监测和评价

整合现有的和规划增加的监测系统，将监测断面、监测点、实验室和自动监测数据和平台进行对接。对区域（或流域）正在实施或计划实施的水资源保护、岸线管控、水污染防治、水环境治理、水生态修复进行全过程的跟踪监测。具体要素包括：

（1）河湖状况：位置、面积、支流、水利工程、水功能等。

（2）水文水质监测：流速、流量、水温、泥沙、氨氮、总磷等。

（3）水生态监测：浮游动植物、鱼类和珍稀水生动植物、底栖生物等。

（4）陆地生态监测：森林资源、陆生植物、陆生动物等。

（5）污染源监测：工业、农业、生活、船舶、重点排污口等。

（6）湿地生态监测：河湖滨岸带、河口生态环境等。

（7）典型区生态环境监测：饮用水水源地、生态保护区、典型城镇、典型小流域等。

平台对各类数据进行加工、优化存储，并根据监测结果，评估区域（或流域）存在的生态环境问题，分析评价产生的原因和主要影响因子。

2.3 生态环境修复技术的选择

生态环境修复是一个长期、多变的过程，由于气候、水情、地质地貌等条件的不同，需制定生态环境修复项目的可行性研究方案，因地制宜选择合适的生态环境修复技术，必要时结合多专业的多种修复技术，要理论与实践相结合，对不同性质的区域（或流域）采取有针对性的修复技术手段。平台针对需要预测的指标，将相应数据输入至对应模型，模拟预测各种修复方案实施后的预期效果。

在不断积累成功的修复案例后，平台本身也是在不断自我学习的过程，以为未来不同区域但相似的问题多一种技术上的选择。

2.4 技术效果评估和合规性检验

各类修复技术模拟结果需根据水功能区目标，依据相关的国家、行业、地方标准，根据监测指标采取相应的评价方法，筛选切实可行的方案，在保证修复效果的前提下尽可能降低承担的环境安全责任，最终选择最优的修复（组合）技术，并为每一项修复活动制定最终的设计规范，包括实施的计划、营运、维护、监控、采样、绩效评估、报告等。

（1）利用国家、行业、地方的相关标准进行定量分析，如地表水环境质量标准、地下水环境质量标准、生活饮用水卫生标准、渔业水质标准、土壤环境质量标准、污水综合排放标准、城镇污水处理厂污染物排放标准等。

（2）利用国家、行业、地方的法规、政策、技术规范、指南、导则等进行定性判断（合规还是不合规），如环境保护法、水污染防治法、水污染防治行动计划、环境影响评价技术导则、建设项目环境风险评价技术导则等。

在生态环境领域，我国有各种国家、行业、地方的标准、政策、法规、导则等，并且我国的标准、法规等正在以很快的速度发生变化。我国自2014年以来陆续修订了环境保护法、环境影响评价法、水污染防治法、大气污染防治法、地下水质量标准等，40 多项生态文明建设和环境保护具体改革方案审议通过，另外，对破坏生态环境的执法监管将越来越严格，非法排污、捕捞、养殖、采砂、围垦、侵占水域岸线等的实体诉讼和生态补偿可能性增加。平台将拥有项目、数据、文件和决策的完整文档，是应对即将到来的更严格的法规、制度、标准、生态补偿等监管政策的根据。

2.5 风险分析及预警预报

随着项目营运所造成的生态环境问题而对责任人或监管者产生的风险，被称作环境业务风险，包括环境风险、人类和生态健康风险、监管风险、财务风险等。风险评估首先需要识别风险因子，确定风险控制阈值，实施风险预警预报，采取环保和生态修复措施，降低项目的环境风险。在区域水污染防治、生态环境修复过程中，对水体、大气、声污染、生物、土地、人体健康以及能源资源消耗方面开展环境风险因素识别，依据污染来源、产生量、影响程度、环保法律法规以及能源资源消耗量与节约程度等筛选出重要环境风险因素，制定各项环境风险的管理策略。

2.6 财务流程和策略

平台应能对河湖生态环境管理和修复项目提供完整的财务流程管理，结合政府机构及企业现有的资源计划系统（ERP），系统有效地测算和控制与生态环境修复相关的复杂的政府机构及企业财务数据、交易信息和业务工作流程等，以实现预算和经费管理，形成对生态环境修复和生态建设项目资金的合理分配及使用，在保证修复效果的前提下尽可能降低治理修复成本。生态修复的财务流程包括环境准备金信息、长期财务规划、分期财务规划、财务年度规划、绩效信息、生态修复工程的工作授权、生态修复仪器设备的采购、支付、人员、采购订单、更改订单等。将财务、生态环境及合规性的数据整合在一起，实现追踪、监控、管理、评估和预测报告等相关工作，这些数据将在营运中可视化呈现，为河长等相关管理者提供全面的修复开支管理方案及详细的项目控制方案。

3 河长制水生态环境修复监控管理平台框架

在借鉴国内外有关生态环境修复研究的基础上，提出了河长制水生态环境修复监控管理平台框架（图1）。该平台可以实现对采集的所有空间数据、监测数据、多媒体数据、水文数据、生态环境数据等进行自动化管理，确保各项数据信息的准确性、一致性和价值性，后根据大数据应用情境与决策需求，选择合适的数据分析技术，主要应用情境包括领导门户、公众门户、教育展示中心、行政管理中心、数据共享中心、监测预警中心、应急指挥中心、治理修复中心等，其中例如针对监测预警中心可内嵌MIKE21工程软件包，其中的水动力学模块、水质和环境评价模块、泥沙传输模块等可用于模拟河流、湖泊的水流、泥沙及环境，通过对数据进行分析、挖掘等一系列流程处理，自动形成预警预报信息及各类商务智能报告，河长、河长办等管理用户可通过河长制水生态环境修复监控管理平台与地理信息系统（GIS）结合，集电子地图和各种要素数据于一体以统揽全局，实现对生态环境和修复项目可视化的实时监察、统计分析和绩效评估，或通过手机终端和门户网站与平台互动，完成环境数据及业务数据输入输出，而标准规范、信息安全、运行维护三大体系贯穿整个水生态环境监控管理过程，是不可或缺的组成部分。该平台的应用能使各部门节约成本、提高效率、防控生态环境和财务风险，实现水环境治理和水生态修复全生命周期管理、生态环境责任的实时和量化管理、生态环境风险的预测与管控、生态环境财务的预决算管理等功能，从而制定最佳的水生态环境修复方案。

图1 河长制水生态环境修复监控管理平台框架Fig.1 The framework of monitoring and management platform for water eco-environment restoration of the River Chief System

4 结 语

河长制在全国推广以来取得了重要的阶段性成果，河湖水生态环境得到了明显的改善，但也要看到，水生态环境修复是一项长期任务，更是一项复杂的系统工程，我国水生态环境修复所面临的任务依然十分艰巨。河长制水生态环境修复监控管理平台的应用能优化存储大量且不同格式的数据源，支撑和实现全生命周期的监测、跟踪和管理需求，能模拟预测针对不同区域所采取的各类修复技术的有效性和经济性，从而选择最佳修复方案，规范化的流程管理在高效完成水生态环境修复工作的基础上，大大提高了河长、河长办等相关管理者的决策及时性、灵活性和科学性，并有效降低了水生态环境修复的技术和商业风险。