河長制管理信息平臺(tái)在水環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用*

(四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

江河湖泊是地球的血脈、生命的源泉、文明的搖籃，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)支撐。江河湖泊作為主要的蓄水場所，具有重要的資源功能、生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)功能[1]。近年來，“水多、水少、水臟、水渾”等水問題日益突出，嚴(yán)重影響人民的生產(chǎn)、生活以及生態(tài)安全，因此，亟需一種新的河湖管護(hù)體制來解決日益突出的水資源配置問題[2]。2016年12月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于全面推行河長制的意見》，創(chuàng)新性地提出了河長制，為水資源保護(hù)、水污染防治、水環(huán)境改善、水生態(tài)修復(fù)、水治理執(zhí)法監(jiān)管，以及構(gòu)建責(zé)任明確、協(xié)調(diào)有序、監(jiān)管嚴(yán)格、保護(hù)有力的河湖管理保護(hù)機(jī)制提供了制度保障。

水環(huán)境監(jiān)管是河長制的重要任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)河湖健康永續(xù)發(fā)展的必經(jīng)環(huán)節(jié)[3]，而水質(zhì)評(píng)價(jià)是水環(huán)境監(jiān)管的基礎(chǔ)，為水環(huán)境監(jiān)管提供支撐和依據(jù)。河長制管理信息平臺(tái)可以使水環(huán)境監(jiān)管環(huán)節(jié)透明化、公開化，優(yōu)化了環(huán)保治理的剛性流程，能顯著提升水環(huán)境治理質(zhì)量與效率。本文基于遂寧市河長制管理信息系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)其在水環(huán)境監(jiān)管中水質(zhì)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的全流程進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)治水、管治合一的綜合河湖監(jiān)督治理模式，為全面推行河長制工作提供實(shí)施思路。

1 遂寧市河長制管理信息平臺(tái)的總體框架

遂寧市河長制管理信息平臺(tái)以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念為引領(lǐng)，以實(shí)用性、可行性、合理性、規(guī)范性、兼容性為設(shè)計(jì)原則，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)構(gòu)架，有效提升了遂寧市河長制信息化工作。

該平臺(tái)以實(shí)際需求為導(dǎo)向、以業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心，按照完善基礎(chǔ)感知體系、深化信息資源開發(fā)利用與共享、強(qiáng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用與高新技術(shù)深度融合、優(yōu)化運(yùn)行保障環(huán)境的總體思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，總體構(gòu)架主要包括采集層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、用戶層等組成部分，架構(gòu)體系如圖1所示。

(1)采集層：是河長制實(shí)現(xiàn)信息化管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，依托相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的采集，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和公眾投訴建議等；同時(shí)，依托現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)快速實(shí)時(shí)地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

圖1 河長制管理信息平臺(tái)總體架構(gòu)

(2)數(shù)據(jù)層：是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)圍繞數(shù)據(jù)庫提供信息服務(wù)。數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫和多媒體數(shù)據(jù)庫等。

(3)服務(wù)層：包括系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐與數(shù)據(jù)服務(wù)等，其中數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括與省平臺(tái)對(duì)接的數(shù)據(jù)接口以及與其他平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口；系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐服務(wù)主要包括統(tǒng)一認(rèn)證、地圖服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、監(jiān)測預(yù)警等。

(4)業(yè)務(wù)層：包括河長制信息化管理涉及的相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括PC端系統(tǒng)、河長制APP和微信公眾平臺(tái)三方面。其中河長制PC端系統(tǒng)主要包括綜合首頁、基礎(chǔ)信息圖表檢索、河長管理、任務(wù)考核、統(tǒng)計(jì)分析、智能考核等應(yīng)用功能，為各級(jí)河長、河長辦提供河長制涉及到的河湖監(jiān)管信息、治河專題信息及視頻監(jiān)控等信息查詢服務(wù)及業(yè)務(wù)辦公流程服務(wù)。河長制APP主要包括首頁、信息查詢、工作辦理、個(gè)人設(shè)置等功能，為各級(jí)河長、巡查員等用戶提供移動(dòng)辦公服務(wù)。微信公眾平臺(tái)主要包括信息公示、河長履職、公眾參與三個(gè)一級(jí)菜單，以及河湖信息、河長治水、微信舉報(bào)等二級(jí)菜單。

(5)用戶層：主要包括河長制辦公室用戶、河長用戶、業(yè)務(wù)部門用戶、巡查員用戶與公眾用戶五個(gè)方面。

2 水環(huán)境監(jiān)管在河長制信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

河長制是水環(huán)境監(jiān)管體系的重大突破，給水環(huán)境治理工作帶來了新的生機(jī)和活力，為了實(shí)現(xiàn)水環(huán)境問題在河長制管理信息平臺(tái)中全流程閉合處理，可分為數(shù)據(jù)收集、水質(zhì)評(píng)價(jià)、協(xié)同處理三個(gè)環(huán)節(jié)來進(jìn)行分析。

2.1 數(shù)據(jù)收集

水質(zhì)數(shù)據(jù)包括水質(zhì)監(jiān)測站基本信息、水功能區(qū)基本信息、地下水水質(zhì)監(jiān)測站信息、地表水水質(zhì)監(jiān)測站信息、大氣降水水質(zhì)監(jiān)測站信息、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄、重點(diǎn)水功能區(qū)預(yù)警指標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)測等數(shù)據(jù)，水質(zhì)信息的收集依托共享交換的理念，對(duì)接環(huán)保已建監(jiān)測斷面、重點(diǎn)水域、江河源頭、飲用水源地、排污口、生態(tài)保護(hù)區(qū)等自動(dòng)化水質(zhì)監(jiān)測站，以獲取實(shí)時(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測斷面主要分為地表水監(jiān)測斷面、飲用水源斷面、交接斷面以及“水十條”斷面，具體位置須能反映所在區(qū)域環(huán)境的污染特征，盡可能以最少的斷面獲取有足夠代表性的環(huán)境信息，同時(shí)還須考慮實(shí)際采樣時(shí)的可行性和方便性。

2.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)方法種類繁多，主要包括指數(shù)評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法以及主成分分析法等[4，5]，其中指數(shù)評(píng)價(jià)法由于能對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，并能指出當(dāng)前水環(huán)境中的首要污染因子，因此，應(yīng)用較為廣泛。指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)計(jì)算方法以及評(píng)價(jià)對(duì)象的類型可分為單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法，內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是綜合污染指數(shù)法中較為常用的一種。

(1)單因子評(píng)價(jià)法

單因子污染指數(shù)法是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中規(guī)定的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，是將某種污染物實(shí)測濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法。即將每個(gè)水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)與其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定水質(zhì)類別，最后選擇其中最差的水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別來確定所測區(qū)域水體綜合水質(zhì)類別，而弱化其他因子的作用[6]。通過單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)可確定水體中的主要污染因子。

水質(zhì)的單因子污染指數(shù)Pi的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ci為第i種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測濃度；Csi為第i種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

單因子評(píng)價(jià)指數(shù)是最簡單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，能夠直觀地反映某參數(shù)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值的污染程度，但由于單因子指數(shù)法僅考慮單一污染指標(biāo)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響，各種監(jiān)測指標(biāo)全部實(shí)行“一刀切”，分析角度較為片面，難以科學(xué)、客觀地反映地表水環(huán)境質(zhì)量水平或其具有的環(huán)境功能[7]。

(2)內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是一種突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，兼顧了單因子污染指數(shù)的極值與均值，強(qiáng)調(diào)了污染指數(shù)最大的污染物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響和作用，反映了水體被污染的程度。內(nèi)梅羅指數(shù)法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為[8，9]：

(2)

(3)

式中：I為內(nèi)梅羅指數(shù)；Imax為參與評(píng)價(jià)的最大單因子指數(shù)；Iave為參與評(píng)價(jià)的單因子指數(shù)的均值；Ii為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為第i種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測濃度，Csi為第i種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法具有數(shù)學(xué)過程簡單、運(yùn)算方便和原理清晰等優(yōu)點(diǎn)，但指標(biāo)未充分考慮各個(gè)因子的重要性，可能會(huì)降低環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的靈敏度，改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法考慮了各污染因子在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的比重，能更為客觀地反映斷面水質(zhì)狀況。改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為[8，10]：

(4)

(5)

(6)

(7)

2.2.2 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法在遂寧市河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

本文選取了遂寧市安居區(qū)麻子灘水庫(105°12′50″，30°25′34″)、蓬溪縣赤城湖水庫(105°41′1″，30°48′10″)以及大英縣寸塘口水庫(105°10′58″，30°32′43″)三個(gè)水庫監(jiān)測斷面，對(duì)遂寧市地表水水質(zhì)有一定的代表性，以2018年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮廴咎攸c(diǎn)，選取化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、氟化物(F-)7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。

表1 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)與水質(zhì)類別對(duì)應(yīng)

表2 監(jiān)測斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1中分析可知，麻子灘水庫監(jiān)測斷面除在2月和8月外，其余4個(gè)監(jiān)測時(shí)段水質(zhì)均達(dá)標(biāo)，且在6月水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)；赤城湖水庫在4個(gè)監(jiān)測時(shí)段水質(zhì)均達(dá)標(biāo)，且均為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)；寸塘口水庫水質(zhì)情況較其他兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)差，水質(zhì)狀況波動(dòng)較大，上半年水質(zhì)尚佳，而下半年出現(xiàn)了水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，均呈Ⅳ類水。

遂寧市河長制管理信息平臺(tái)的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型即選取評(píng)價(jià)較為客觀、考慮因子較為全面的改進(jìn)后的內(nèi)梅羅指數(shù)法，在明確國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下的河流水質(zhì)目標(biāo)值，獲取目標(biāo)值下COD、BOD5、NH3-H、TN、TP、F-、高錳酸鉀指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上，然后在流程化設(shè)計(jì)模式下智能化獲取COD、BOD5、NH3-H、TN、TP、F-、高錳酸鉀指數(shù)的實(shí)測值，通過上述模型算法，計(jì)算污染物綜合指數(shù)級(jí)別并對(duì)水質(zhì)等級(jí)做出評(píng)價(jià)。

2.3 協(xié)同處理

2.3.1 協(xié)調(diào)機(jī)制

遂寧市河長制管理信息平臺(tái)關(guān)于河湖水環(huán)境問題的處理采用協(xié)調(diào)機(jī)制，即問題處理過程以問題為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)以人為本，通過對(duì)人的管制與約束，建立人對(duì)河湖問題的監(jiān)管保護(hù)機(jī)制，達(dá)到保障河湖健康的目的。在河長制管理中，以各級(jí)河長為領(lǐng)導(dǎo)與組織建立了縱向協(xié)調(diào)機(jī)制，以各相關(guān)責(zé)任部門為輔助參與建立了縱向協(xié)調(diào)機(jī)制，形成全省河長運(yùn)行管理“一張網(wǎng)”，確保全省河湖管理工作“一盤棋”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)河湖的共同管理和保護(hù)。河長制管理協(xié)調(diào)機(jī)制如圖2所示。

2.3.2 處理流程

(1)橫向協(xié)調(diào)機(jī)制處理

橫向協(xié)調(diào)機(jī)制立足于斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果及河長在巡河等過程中發(fā)現(xiàn)的水環(huán)境問題，以河長為主要責(zé)任人，協(xié)同水利、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、國土、住建、發(fā)改、交通、公安等相關(guān)部門進(jìn)行綜合辦公，針對(duì)不同的水環(huán)境問題采取相對(duì)應(yīng)的方法及措施，并交由基層執(zhí)行人員進(jìn)行水環(huán)境問題的治理與維護(hù)，形成河長制水環(huán)境問題的左右聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

圖2 河長制管理的協(xié)調(diào)機(jī)制

(2)縱向協(xié)調(diào)機(jī)制處理

縱向協(xié)調(diào)機(jī)制強(qiáng)調(diào)省、市、縣、鄉(xiāng)、村級(jí)河長及相關(guān)協(xié)同部門的五級(jí)管理，通過信息的上傳及任務(wù)的下達(dá)形成上下聯(lián)動(dòng)機(jī)制，使信息在五級(jí)部門之間及時(shí)有效地傳遞，河長為整個(gè)縱向協(xié)調(diào)機(jī)制的發(fā)起者與執(zhí)行者，承擔(dān)領(lǐng)導(dǎo)與組織的責(zé)任，使水環(huán)境問題的流程與目標(biāo)清晰化，并讓解決問題的任務(wù)能夠分解到位，對(duì)各相關(guān)部門在問題解決的過程中有了相應(yīng)的責(zé)任分工與任務(wù)。

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)功能在平臺(tái)中的實(shí)現(xiàn)

遂寧市河長制管理信息平臺(tái)基于遂寧市各區(qū)縣水質(zhì)斷面數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及各級(jí)河長巡河過程中發(fā)現(xiàn)的各類水質(zhì)問題，以改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法為評(píng)價(jià)方法，以橫縱向聯(lián)動(dòng)的協(xié)調(diào)機(jī)制為水質(zhì)問題基本處理思路，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)水質(zhì)評(píng)價(jià)信息的可視化展現(xiàn)，為各級(jí)河長、河長辦以及相關(guān)業(yè)務(wù)部門處理河湖水質(zhì)問題提供了直接、清晰、簡潔的數(shù)據(jù)來源。

圖3、圖4分別為河長制管理信息平臺(tái)河湖水質(zhì)總覽界面及斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)查看界面，水質(zhì)數(shù)據(jù)在采集和計(jì)算評(píng)價(jià)之后，在界面生成總體的統(tǒng)計(jì)信息，各行政區(qū)劃范圍的水質(zhì)監(jiān)測達(dá)標(biāo)率及達(dá)標(biāo)情況總覽信息，對(duì)于每一個(gè)監(jiān)測斷面，還可查詢具體的水質(zhì)評(píng)價(jià)信息，納入所屬河長的日?？己嗽u(píng)價(jià)體系之中，作為監(jiān)督考核河長制工作的重要一環(huán)。

圖3 河湖水質(zhì)總覽界面

圖4 斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)查看界面

4 結(jié)語

遂寧市河長制管理信息系統(tǒng)以推進(jìn)遂寧市河長長效管護(hù)為重要目標(biāo)，運(yùn)用信息化手段，建立監(jiān)管部門主導(dǎo)、河長包干負(fù)責(zé)、公眾廣泛參與的市縣二級(jí)通用河長制管理信息平臺(tái)，形成動(dòng)態(tài)治水、管治合一的綜合河湖監(jiān)督治理模式。水質(zhì)評(píng)價(jià)是水環(huán)境監(jiān)管體制中的重要環(huán)節(jié)，遂寧市河長制管理信息系統(tǒng)針對(duì)采集的斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，將水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果反映的水環(huán)境問題及河長巡河過程中發(fā)現(xiàn)的問題相結(jié)合，利用上下聯(lián)通，左右互動(dòng)的協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行水環(huán)境問題的處理解決，實(shí)現(xiàn)河湖的共同管理和保護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)治水、管治合一的綜合河湖監(jiān)督治理模式。