申小艾，寧天竹，奚曉偉

（1.深圳市蕾奧規(guī)劃設計咨詢股份有限公司，518000，深圳；

2.中國市政工程西北設計研究院有限公司深圳分院，518000，深圳）

深圳市是我國最具經(jīng)濟活力的城市之一，也是“一帶一路”倡議中的21世紀新海上絲綢之路樞紐城市?！渡钲谑行畔⒒l(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年，深圳市要建成國際一流的信息基礎設施，建成全程全時的公共服務信息化體系，建立現(xiàn)代化的社會治理支撐體系，信息經(jīng)濟創(chuàng)新活躍，建成國家新型智慧城市標桿市。坪山河流域地處深圳市東北部，是深圳“東進戰(zhàn)略”的核心區(qū)域和橋頭堡，但目前尚存在水安全、水環(huán)境等多方面問題。究其原因，既有工程方面的缺失，也有監(jiān)管方面的缺位。在當前以生態(tài)文明理念為指導的城市發(fā)展建設過程中，對坪山河流域進行綜合治理，既是落實國家 “水十條”、《深圳市貫徹國務院水污染防治行動計劃實施治水提質的行動方案》的必然要求，也是促進深圳“東進戰(zhàn)略”落實與和諧發(fā)展強有力的支撐，具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

隨著深圳市智慧城市建設的不斷深入，智慧水務在市政供水等領域獲得良好的應用效果，而在流域治理和綜合管理領域的應用則還處在起步階段。深圳市于2016年編制完成了《龍崗河坪山河兩河流域綜合治理規(guī)劃》，其中坪山河流域綜合治理的規(guī)劃方案除了必要的工程措施之外，還充分考慮了軟件建設，智慧水務建設方案就是軟件建設的核心部分。坪山河流域智慧水務建設是流域治理思路從硬件建設為主向 “軟硬結合”轉變的重要標志，是流域管理方式的一次重大升級，同時作為深圳市建設智慧城市新標桿的重要組成部分，它也是提升城市自身競爭力和主動服務“一帶一路”倡議的必然選擇。

一、坪山河流域現(xiàn)狀分析

1.流域概況

坪山河發(fā)源于三洲田梅花尖，流經(jīng)坪山區(qū)，在兔崗嶺進入惠陽境內，在淡水寮湖匯入淡水河，屬淡水河一級支流。坪山河在深圳市內的流域面積約129.4 km2，占坪山區(qū)總面積的77%。2016年年末坪山區(qū)常住人口40.79萬人，人均生產(chǎn)總值13.25萬元，按2016年平均匯率折算，人均生產(chǎn)總值約為1.99萬美元。依據(jù)目前廣為接受的錢納里工業(yè)化階段理論分析，坪山區(qū)處于后工業(yè)化階段，處于工業(yè)階段的最高水平。

2.存在的主要問題

水安全方面，坪山河干流防洪體系仍待完善，支流堤防達標率偏低，城市內澇形勢依然嚴峻。水環(huán)境方面，沿河污染企業(yè)多，排污監(jiān)管存在盲區(qū)，管理制度建設有待完善；截污系統(tǒng)不完善，支流河道水質差；雨污分流不徹底，污水廠尾水深度處理不足。水生態(tài)方面，大量工業(yè)污染導致水質惡化，河道生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重，河灘及河口位置的天然濕地也存在不同程度的侵蝕和破壞。水資源方面，本地水資源供水能力有限，現(xiàn)有供水功能水庫只能滿足坪山區(qū)約50%的用水需求；對外水依賴程度較高，同時本地再生水未得到充分利用。

堤防建設不達標、雨污分流不徹底等硬件建設問題，可通過相應的工程措施加以解決，而監(jiān)管力度不夠、制度不完善等軟件建設問題則需通過提升管理水平和能力來解決。因此，坪山河流域綜合治理必須將硬件建設和軟件建設兼顧并重，集建設、監(jiān)督和管理“三位一體”，才可能實現(xiàn)綜合效益的最大化。

二、坪山河流域智慧水務建設意義

1.可彌補水務信息化進程中的諸多缺陷

目前，坪山河流域的水務信息化還存在一定欠缺，一是水務薄弱環(huán)節(jié)缺乏有效監(jiān)測，導致不能及時準確完整地掌握必要信息；二是水務信息缺乏共享機制，信息分散在不同的部門，且缺乏互聯(lián)互通手段，造成資源分散，降低了業(yè)務子系統(tǒng)和信息資源的利用率；三是缺乏信息分析工具，發(fā)揮不了數(shù)據(jù)應有的作用。智慧水務建設可使上述問題迎刃而解。

2.是推動公共服務轉型升級的必然選擇

智慧水務建設作為智慧城市的重要組成部分，是體現(xiàn)城市管理智慧化水平的重要標志之一，是水務事業(yè)發(fā)展、行業(yè)管理與服務的重要支撐和保障，關系到城市運行優(yōu)化資源配置、政府職能提升、公共服務完善等各項任務能否順利完成。坪山河流域智慧水務建設將以新技術應用帶動水務信息化技術水平的全面提升，以重點應用系統(tǒng)帶動信息化建設效益的發(fā)揮，為水務管理的精細化、智慧化提供信息化技術支撐，并通過長足發(fā)展，實現(xiàn)水務服務主動化的目標。

3.是實現(xiàn)科學管理和決策的重要手段

智慧水務集管理中心、指揮中心、服務中心等功能于一體，包含智能仿真、智能診斷、智能預警、智能預報、智能調度、智能處置和智能服務等內容,可實現(xiàn)自動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并為決策者提供多種解決方案。水務決策的科學性和應急反應速度將得到有效提升。

三、坪山河流域智慧水務建設目標

1.技術目標

坪山河流域智慧水務平臺利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)等關鍵技術，建設多元立體監(jiān)測體系、多維信息服務平臺、智慧預報調度平臺以及支撐保障環(huán)境體系，涵蓋信息采集、傳輸、處理、存儲、管理、服務、應用等環(huán)節(jié)，并在統(tǒng)一的空間基礎上，對坪山河流域相關歷史、實時數(shù)據(jù)進行多源、多尺度的無縫融合，使空間信息與業(yè)務信息一體化應用真正實現(xiàn)智能感知、智能融合、智慧應用。

2.進度目標

坪山河流域智慧水務建設按照“兩年基本建成，五年基本完善”的總體部署，擬分兩個階段開展實施。第一階段為2016—2017年，基本完成坪山河流域智慧水務建設，初步形成與智慧流域相適應的水務管理能力；第二階段為2018—2020年，基本完善坪山河流域智慧水務建設，真正讓坪山河流域水務管理達到世界先進水平，為智慧深圳的實現(xiàn)提供有力支撐。

四、坪山河流域智慧水務建設方案

1.總體框架

坪山河流域智慧水務總體設計緊緊圍繞至2020年實現(xiàn) “監(jiān)測立體化、決策科學化、管理協(xié)同化、服務主動化、控制自動化”的戰(zhàn)略目標，堅持“民生優(yōu)先、人水和諧”的治水理念，深入分析坪山河流域治理實際需求，提出建設總體框架，如圖1所示。

2.立體監(jiān)測體系

采用空基、天基、地基監(jiān)測網(wǎng)絡組成的空天地一體化方式對坪山河流域的雨量監(jiān)測、水位監(jiān)測、流量監(jiān)測、水質監(jiān)測、視頻監(jiān)測、遙感監(jiān)測等進行建設。

空基監(jiān)測：通過機載監(jiān)測設備，對地觀測水庫蓄水狀況、農作物生長狀況等信息；通過機載雷達對區(qū)域的降雨狀況、暴雨中心進行監(jiān)測。

天基監(jiān)測：通過遙感衛(wèi)星監(jiān)測水土流失情況、濕地面積變化情況等信息；通過北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)對大壩、堤岸的變形情況進行監(jiān)測，可以對關注位置進行實時定位。

地基監(jiān)測：通過設置固定的人工或自動地面雨量站、地面水文站和水位站、地面水質觀測站，測量降雨量、水位、流量、水質等要素；還可以通過移動監(jiān)測站對水源地、水功能區(qū)等區(qū)域的水質情況進行抽樣檢測以及對土壤墑情監(jiān)測進行取樣檢測。

圖1　坪山河流域智慧水務建設總體框架設計

（1）雨量監(jiān)測

雨量監(jiān)測系統(tǒng)可自動監(jiān)測河道水情，管理人員可遠程實時掌握坪山河河道雨量情況。

目前，坪山河流域有2個水庫（三洲田水庫和赤坳水庫）已建雨量計，需新建雨量計14個，配套遙測采集終端（GPRS）14 套。

（2）水位監(jiān)測

水位監(jiān)測系統(tǒng)可自動監(jiān)測河道水情，管理人員可遠程實時掌握坪山河河道水位情況，為河道防汛排澇、引配水決策提供數(shù)據(jù)支持。坪山河流域14個補水斷面及重要的干支流交匯處 （參照歷史潛在洪水發(fā)生地）新建水位計20套，配套遙測采集終端（GPRS）20 套。

（3）流量監(jiān)測

①河道流量監(jiān)測。河道流量監(jiān)測采用水平多普勒流速剖面儀（H-ADCP）進行自動監(jiān)測。H-ADCP是目前自動測流的先進技術，適應不同水力條件，能實現(xiàn)實時在線監(jiān)測、連續(xù)記錄功能。坪山河流域在14個補水斷面新建河道H-ADCP流量計。

②水庫流量監(jiān)測。坪山河流域在16個水庫新建H-ADCP流量計進行水庫入庫流量監(jiān)測，新建30個遙測采集終端。

③入河排污口流量監(jiān)測。對坪山河的入河排污口、工業(yè)排污口、生活排污口進行監(jiān)測，實現(xiàn)對排污口的實時監(jiān)管。排污口監(jiān)測信息包括排污口流量監(jiān)測和視頻監(jiān)測。視頻監(jiān)測納入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在坪山河流域干流排污口新建雷達測速儀、水位計、攝像頭等裝備95套。

④管網(wǎng)流量監(jiān)測。在坪山河流域新建排水管網(wǎng)流量計30套、遙測采集終端30套。

（4）水質監(jiān)測

①交界斷面監(jiān)測。在坪山河流域新建14套CODMn分析儀、NH3-N分析儀、TP/TN分析儀、五參數(shù)分析儀，樣品處理單元14套（含采樣泵，控制閥門，增壓泵，沉砂池、勻質前處理裝置、管路等），清洗除藻單元14套等。

②飲用水水源地水質監(jiān)測。坪山河流域9個飲用水水源地建立浮標體系、常規(guī)五參數(shù)監(jiān)測、葉綠素監(jiān)測、藍綠藻監(jiān)測、NH3-N監(jiān)測、硝酸鹽監(jiān)測、亞硝酸鹽監(jiān)測、磷酸鹽監(jiān)測、COD自動檢測儀等。

③污水處理廠水質監(jiān)測。根據(jù)國家減排要求， 對 COD、NH3-N、TP、TN進行監(jiān)測，要求水質達到標準。安裝COD分析儀、NH3-N分析儀、TP/TN分析儀、pH分析儀、懸浮物濃度分析儀、流量計等。

（5）視頻監(jiān)測

①現(xiàn)地監(jiān)測。視頻監(jiān)控用于監(jiān)視坪山河河道堤防險工險段、非固定污染源（偷排偷盜）、水閘、泵站、排水口以及坪山河片區(qū)的易澇點，為遠程直觀掌握防汛抗?jié)?、水安全防范、景觀管理等情況提供重要依據(jù)。視頻監(jiān)控采用1080P高清攝像頭，所有視頻監(jiān)控信息傳輸至坪山河管委會視頻監(jiān)控平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、調用。

在坪山河流量安裝現(xiàn)地監(jiān)控視頻50臺，主要用于閘壩監(jiān)測和泵站監(jiān)測。

②內澇監(jiān)測。在易澇區(qū)建設水位、視頻監(jiān)測站點，對各低洼地段的積水水位和現(xiàn)場情況進行監(jiān)視，建設重點區(qū)域排水管網(wǎng)的流量監(jiān)測站點，對城區(qū)排水情況進行監(jiān)測，實現(xiàn)內澇的實時監(jiān)測與預警。在坪山河流域17個內澇積水點安裝水位視頻設備17套。

（6）遙感監(jiān)測

①無人機監(jiān)測。配置無人機對坪山河河道進行全方位、無死角巡查，為掌握河道綜合治理情況、河道執(zhí)法巡查提供便捷、有效的信息參考。

②GPS監(jiān)測。通過GPS終端實現(xiàn)對河道巡查人員的實時定位監(jiān)控，對軌跡進行記錄，對巡查任務進行定量考核。要求GPS定位精度優(yōu)于15 m，能采用GPRS實時自動上傳。在坪山河流域配套手持終端15套。

3.智慧應用體系

智慧應用體系以信息資源和基礎設施為依托，根據(jù)水利職能部門的業(yè)務需求，設計智慧水務的應用功能和應用系統(tǒng)架構，實現(xiàn)水務管理的智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預警、智能調度、智能處置、智能控制和智能服務，從而服務于防洪抗旱減災、水資源管理、水生態(tài)管理、水環(huán)境管理等涉水業(yè)務。

（1）功能架構

通過智慧水務應用體系建設，實現(xiàn)對水務全生命周期的“智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預警、智能調度、智能處置、智能控制、智能服務”的一體化管理，為保障防洪安全、水資源安全、水環(huán)境安全、水生態(tài)安全和工程安全提供技術支撐，服務于防洪管理、水資源管理、水環(huán)境管理和水生態(tài)管理四大業(yè)務領域，針對日常狀態(tài)和應急狀態(tài)的情況進行不同反饋，全面支撐水務業(yè)務。坪山河流域智慧水務應用體系功能架構見圖2。

（2）模塊構建

智慧水務應用體系基于云計算的軟件即服務（SaaS）進行設計，將坪山河流域水務業(yè)務通過每個不同的服務模塊進行建設，每個模塊根據(jù)業(yè)務需求特點搭建出符合自身需求的業(yè)務應用，如圖3所示。該建設模式可有效避免系統(tǒng)重復性建設，易于系統(tǒng)升級改造，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性和動態(tài)可持續(xù)發(fā)展。在系統(tǒng)升級改造過程中，只需升級各功能模塊，對于通用模塊進行統(tǒng)一升級即可。

軟件即服務（SaaS）能夠方便地接入各種應用組件，最終以接口方式暴露給用戶調用，同時通過統(tǒng)一門戶、單點登錄、統(tǒng)一認證等技術手段，實現(xiàn)一個入口、多種服務、未來接入的系統(tǒng)也同樣通過服務的注冊實現(xiàn)，快速部署應用。

應用云采取模塊化的建設模式，即水務信息服務模塊、水務業(yè)務管理功能模塊、水務決策支持功能模塊和水務應急管理功能模塊。

圖2　坪山河流域智慧水務應用體系功能架構

圖3　坪山河流域智慧水務應用模塊設計

4.支撐保障體系

（1）數(shù)據(jù)云

智慧水務數(shù)據(jù)云是引入大數(shù)據(jù)技術，在制定標準規(guī)范的基礎上，通過分析數(shù)據(jù)來源，建設集數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)服務為一體的大數(shù)據(jù)管理平臺。數(shù)據(jù)云建設基于充分利舊原則，通過整合、改造和新建的方式實現(xiàn)現(xiàn)有信息資源到智慧水務信息資源的過渡。

智慧水務數(shù)據(jù)云建設包括綜合數(shù)據(jù)庫建設、數(shù)據(jù)倉庫建設、元數(shù)據(jù)庫建設、數(shù)據(jù)資源目錄建設以及數(shù)據(jù)共享交換平臺建設等部分內容，其架構如圖4所示。

（2）設施云

數(shù)據(jù)中心為保證智慧水務功能的發(fā)揮搭建了穩(wěn)定的軟硬件環(huán)境，是保障智慧水務高效運轉的重要支撐平臺。水務數(shù)據(jù)中心通過內網(wǎng)為內部用戶提供共享信息服務，其對公眾用戶的信息服務則經(jīng)由水務門戶網(wǎng)站提供，也可通過內網(wǎng)接口和其他政府部門的專網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，是同深圳市和廣東省水務數(shù)據(jù)中心連接的節(jié)點。以為水務信息應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源環(huán)境和應用服務平臺為總體目標，建成先進實用、安全可靠，集基礎性、全局性的水務信息資源存儲管理，共享與交換，應用服務等功能為一體，匯集內容豐富的全市水務數(shù)據(jù)資源并形成可靠、完整數(shù)據(jù)更新維護機制，具備嚴格的數(shù)據(jù)標準體系和完善的管理體系的水務數(shù)據(jù)中心。

5.方案分析

坪山河流域智慧水務建設方案具有以下幾方面主要特征：

（1）緊扣問題導向，針對性強

水安全問題和水環(huán)境問題一直是坪山河流域治理的重中之重，在完善河道堤防等工程措施的基礎上，實施全方位的實時水文監(jiān)測，通過大數(shù)據(jù)分析可以對可能發(fā)生的洪澇災害做出預判和預警，并通過泵站和閘門等設施的遠程自動控制進行處理，將災害消滅在萌芽狀態(tài)。通過在線監(jiān)測流域水質可以及時發(fā)現(xiàn)水質變化，對流域污染做到及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。通過視頻和遙感監(jiān)測也可以及時發(fā)現(xiàn)和制止破壞河道或偷排污水等行為，消除河道的水安全和水污染等隱患。

圖4　坪山河流域智慧水務數(shù)據(jù)云體系架構

（2）呼應智慧城市，協(xié)調性強

智慧水務建設作為智慧城市建設的一部分，必然要考慮智慧城市建設的整體需求。坪山河流域智慧水務平臺在全面考慮流域自身管理需求的同時，通過完善接口設置融入全市智慧平臺體系的建設。例如，考慮到公眾獲取信息的需求以及其他政府部門信息共享與協(xié)作的需求，平臺設置了公眾接口及部門協(xié)作共享接口；平臺主要由水務部門進行管理和維護，通過設置接口兼顧了深圳市與廣東省水務部門的信息溝通需求。

（3）任務全面細致，實用性強

方案確立了詳細的建設構架以及全面量化的建設任務，如明確了主體框架、模塊設置以及相應功能，也確定了監(jiān)測體系所需的詳細設備及數(shù)量，并且制定了建設智慧水務平臺的具體時間節(jié)點，具有很強的實用性和可操作性。

（4）結構形式靈活，適應性強

流域治理和管理的需求和目標并不是一成不變的，這需要智慧水務平臺根據(jù)實際需求作出相應變化，使其具有一定的適應能力。該平臺采用模塊化結構，在日后使用過程中可隨時根據(jù)新的需求增加新模塊，也可根據(jù)實際需求對現(xiàn)有模塊功能進行調整或升級，具有較強的適應性。

五、結論及問題

1.主要結論

綜上分析，坪山河流域智慧水務建設方案無論是基于問題導向還是目標導向都有極強的針對性，在解決流域現(xiàn)有問題的同時，又將國家新型智慧城市標桿市的建設向前推進了一步。平臺的立體化監(jiān)測體系使流域信息采集更加全面和及時，大數(shù)據(jù)和云計算的應用為管理者科學決策提供了重要支撐，水文預警和自動應急體系則能大大提升城市防災減災水平，模塊化的結構形式便于日后的功能拓展和升級，平臺建成后將大大提升流域管理的能力和效率。

2.問題及建議

（1）海綿城市建設的監(jiān)測問題

近年，海綿城市建設理念的推廣和普及為流域治理提供了更豐富的技術手段，如下凹綠地建設、滲透性鋪裝等。坪山河流域智慧水務建設方案已基本覆蓋了常規(guī)的水文信息監(jiān)測，但對海綿城市相關項目仍存在監(jiān)測盲點，如對下凹綠地、滲透性鋪裝實際滲透能力及面源污染的監(jiān)測等。從目前海綿城市建設發(fā)展現(xiàn)狀來看，其建設目標和指標的控制還主要停留在設計階段，因此智慧水務平臺對建成后的海綿城市進行全面監(jiān)測將存在一定困難，有必要在這方面展開進一步研究，以便根據(jù)實際效果對海綿城市建設措施不斷修正和完善，實現(xiàn)最優(yōu)配置。

（2）外部接口的應用實效問題

《深圳市新型智慧城市頂層設計方案》明確強調，要著力打破信息壁壘，突破信息“部門所有制”藩籬，加快實現(xiàn)各部門和行業(yè)間的信息互聯(lián)互通，構建開放應用、整合通用、打牢共用、好用管用的城市管理治理信息系統(tǒng)。智慧城市由包括智慧水務在內的眾多子系統(tǒng)組成，各子項則由不同的技術公司提供服務，雖然坪山河流域智慧水務建設方案已充分考慮了各種外部接口需求，但由于涉及大數(shù)據(jù)共享及各公司核心知識產(chǎn)權等，各個接口能否實現(xiàn)無縫高效接駁，還需通過實踐來檢驗。建議在全市層面研究建立智慧城市的信息共享機制，使各智慧子系統(tǒng)的必要信息共享制度化，可考慮采用分級分類限定的方式，確保必要的數(shù)據(jù)信息能及時充分流通。

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