高原湖泊环境综合管理决策控制技术上取得多项突破
慧聪水工业网滇池作为国家重点治理“三湖”之一的高原湖泊，数年来备受关注。有着“高原明珠”美誉的滇池一直是云南省昆明市百姓赖以生存的重要水源，但从20世纪80年代开始，随着滇池地区人口增加和社会经济的不断发展，生产和生活污水排放量增加与滇池自净力减弱的矛盾日益突出，致使滇池水体饱受污染之苦。滇池的治理关系着当地生态环境的修复，也将为其他江河湖泊治理提供宝贵的经验。
记者了解到，“十二五”期间，国家水体污染控制与治理科技重大专项湖泊主题的滇池流域水污染治理与富营养化综合控制技术及示范项目设置了“滇池流域水环境综合管理支撑技术研究与平台建设”课题(2010ZX07102-006)，由中国环境监测总站承担，中央财政划拨资金1619.38万元，参与单位包括北京大学、北京科技大学、云南省环境监测中心站、昆明市环境科学研究院、昆明市环境监测中心和昆明市环境监控中心。
课题在整合流域水环境多源异构数据信息和集成“十一五”滇池项目成果的基础上，突破了滇池流域水环境综合管理决策控制支撑技术，构建了滇池流域水环境综合管理技术支撑平台并实现业务化运行，创新了流域水环境监管模式，实现了流域水环境管理智能化，为“高原明珠”重获新颜提供了有利的科技支撑。
近日，记者就滇池的污染防治及取得的成果，采访了国家水体污染控制与治理科技重大专项有关负责人。
■构建现代流域综合管理体系是滇池污染防治的关键
据这位负责人介绍，滇池是重污染湖泊的典型代表，经历多年污染治理，水质恶化趋势虽然得到遏制，但未根本好转。从经济发展和环境保护角度分析，滇池流域水污染防治滞后于经济增长，污染物排放量远超环境容量，特别是流域环境监管方式与水污染防治的要求已不相适应，环境保护需求与当地社会经济发展之间的矛盾日益突出。
从环境监管方面看，滇池流域水环境监测网络和评价技术不能满足流域环境管理的要求。水环境数据分散在多个部门、多个单位，形成数据孤岛，水环境信息不完整、利用率低、传输滞后。所以迫切需要优化流域监测网络，优选流域水质评价指标，提升流域水环境质量表征能力，整合流域不同来源的水环境信息，建设流域水环境数据库，搭建流域水环境监控信息系统。
此外，缺乏有效的信息共享机制和数据平台也是滇池流域污染治理的一个重要问题。原有管理方法和手段不能适应水环境保护的要求，迫切需要建设一个以现代流域综合管理理论为基础、以先进的理念和信息化技术整合、分析、评估与应用滇池流域水环境信息，整合多部门、多源数据的共享基础平台和技术服务平台，并在此基础上初步构建一个对滇池流域水环境进行实时监控、对滇池水体水质进行长期预测预警、对具体治理项目进行评估，并能与流域其他管理部门进行信息交流与共享的技术支撑平台。
■把水环境监测技术体系和评价体系建设作为重中之重
水专项有关负责人表示，“十二五”期间，根据污染防治管理的需要，水专项充分发挥了国家重大专项的优势，集中创新、研究和实践了一系列科技成果。其创新成果之一，就是突破水环境表征指标筛选、监测与评估技术，构建监测技术体系和评价体系，有效提升了水环境监测数据的完整性和时空代表性。
他说，课题首次对滇池流域各级别控制的监测点位采用加密监测数据结果与历史数据相结合，与环境管理的实际需要相结合，对滇池湖体、出入湖河流、流域湖库的85个监测断面进行筛选，优化了滇池流域水环境监测网络，全面客观地反映滇池流域水环境质量状况，增强了监测数据的代表性，为实际监测业务工作提供参考，为流域水环境综合治理和管理决策提供科学支持。
在滇池流域关键特征指标优选方面，课题组针对流域内同一条河流中的国控、省控和市控断面因功能要求不同，监测断面的监测指标不统一，各属性监测断面水质无法用统一标准进行比较分析的问题，采用多元逐步回归优化模型，以综合污染指数、水质指数、富营养化指数等为多目标参数，优选出7项滇池流域污染的特征指标和10项流域内湖库污染的特征指标，使其更能代表流域特征污染状况，有利于对河流间、湖库间的水质情况进行对比分析，对管理部门的污染控制与治理具有指导作用。同时，课题组研究探讨了水环境变化与浮游藻类群落变化的对应关系，明确提出了适用于滇池蓝藻水华不同发生阶段的生物表征指标。
在构建滇池流域水环境监测技术体系方面，课题组梳理了国内外水环境监测分析方法现状，补充完善藻密度测定方法，研究并验证了《水质藻密度的测定对角线法》，获得了完整的实验室内和实验室间的技术指标。据了解，该方法已在国家环境保护标准制修订项目中立项。同时，课题组还开拓研究了藻密度自动检测技术，研发了藻密度自动检测仪样机并获得两项发明专利；研发了水质安全预警仪，实现了传统藻类生物毒性的自动化测试；研究建立适合滇池水体的蓝藻荧光快速检测法，并把该方法应用于整个滇池水体的例行及应急监测。以流域为单元，优化断面为基础，人工采样及实验室分析为主，现场快速应急检测为辅，从例行、仲裁、服务、应急等四个方面构建了滇池流域水环境监测技术体系。
在建立滇池流域多层次水环境评价体系方面，针对目前滇池流域水质评价方法单一、缺乏沉积物和生物评价方法等问题，课题组根据滇池湖体、出入湖河流、流域内湖库的不同特点及污染特征，确定了评价指标分级标准，提出以滇池综合水质指数为主的水质评价方法和以潜在生态风险指数为主的水体中沉积物评价方法以及基于层次分析法的水环境综合评价方法；并且将水环境和沉积物这两个既相互独立又相互联系的体系纳入到同一个评价体系，建立了包括水质、沉积物及整个水体生态环境多层次水环境评价体系，解决了高原重污染湖泊水环境综合评价的管理需求。
■流域水环境信息数字化建设为环境统一监管提供了有效的信息支持
滇池课题的另一个创新成果，是突破了滇池流域水环境多元数据采集传输、融合共享及动态表征技术，构建了滇池流域水环境信息系统，实现了流域水环境信息数字化，为滇池流域水环境统一监管提供信息支持。
针对滇池流域水环境信息分散、采集重复、缺乏有效的数据传输通道等问题，课题组通过多项技术创新，完成了滇池流域不同来源的水环境数据信息的采集，实现了流域多元环境数据可靠传输和异构数据库无缝连接，以及分布异构数据源系统的流域各类多元数据采集与传输。
这位负责人说，过去滇池水环境信息分散于多部门而形成数据孤岛、缺乏统一高效的环境信息共享平台，这是过去滇池环境管理中存在的又一个问题。针对这一问题，课题组在整合滇池流域水环境多元数据基础上，建立了兼顾多个部门、多个单位安全性、时效性、操作灵活性和访问效率的异构数据交换系统，具备了环保、统计、国土、规划、水文、水利、城建、农业等不同部门，多种类、多格式、多标准的水环境质量、水质自动监测、饮用水水源地、水污染源、蓝藻监测，以及各类涉滇基础数据的交换与共享的功能。
而针对水环境信息表征单一、不直观、信息利用程度低等问题，课题组研究采用在传统数据库基础上的融合空间信息仿真和模拟及表征技术，搭建流域水环境质量和污染源的实时监控、入湖污染物总量动态监控、水环境质量预测预报、污染治理项目评估的滇池流域水环境综合管理技术支撑平台，实现了涉滇基础信息、点位信息、水环境质量及污染源、水质预测预报、应急事故模拟分析及预测等内容的动态展示，从而为滇池流域水环境综合管理提供了可视化决策依据。
■在高原湖泊多目标复杂环境综合管理决策控制技术上取得突破
据这位负责人介绍，“十二五”期间滇池课题的另一个创新，是突破了高原湖泊流域多目标复杂环境综合管理决策控制技术，构建滇池流域水环境综合管理专家支持系统，实现流域水环境管理智能化，为流域水环境管理供科学、全面和综合的决策支持。
也就是说，通过数据模型，集成现有的文献知识和专家意见，研发滇池流域污染源与水质动态实时监控、入湖通量与污染物总量、水质预测预报、治理项目评估、应急决策管理等重点模块，形成专家支持系统的推理机制，构建了流域水环境综合管理专家支持系统，实现了流域水环境信息的自动采集、动态监测、系统分析、整合及虚拟再现等多层次和多目标的复杂环境综合管理决策。
课题组攻克了高原湖泊流域多目标复杂环境综合管理决策控制技术。在数据流和信息流支撑下通过模型驱动，完成从总量控制到湖体水质预测的流域水环境管理控制技术集成，实现流域污染物从源头产生量、途中输送迁移到入湖水质响应的全过程数值模拟计算。使29条主要入湖河流各监测断面的总磷、总氮等特征污染物通量和入湖总量做到心中有数，并且通过滇池湖体总磷、总氮、叶绿素a等迁移、沉积、营养化与生化过程模拟，实现了滇池入湖河流和湖体短时间水质预测、长时间水质模拟、突发事故水质预测。并将多元环境数据的模型数据通过远程可靠传输和异构数据库无缝连接，实现流域水环境预测预报各类多元数据的可视化共享。
这位负责人说，为了使决策更加科学、规范和及时，课题组还建成了滇池流域水环境专家决策支持系统。这个专家决策支持系统整合了已有滇池水环境和相关基础信息，集成现有的文献知识和专家判断，形成流域水环境综合管理模型和方法库。
专家决策支持系统通过构建滇池流域污染源与水质动态实时监控模块，实现滇池流域水环境监测数据超标预警设备运行状况监控以及监测数据查询、对比分析、报表制作等功能的统一管理。
通过构建滇池流域入湖通量与污染物总量监控模块，实现河道总量模拟和流域排放监控、总量控制；构建滇池流域水环境预测预报模块，实现滇池流域水质短期、中长期和突发预测。
通过构建滇池流域应急决策模块，实现流域水环境突发事件的应急决策、动态模拟和仿真。
通过构建滇池流域水污染治理项目评估模块，完成了30个流域规划项目的评估，实现规划项目执行目标考核任务落实情况、监督管理、保障措施等五个方面的评估。
通过构建滇池流域专家评估模块，实现滇池流域水污染治理项目的结果结论、报表分析、项目基础信息、水质指标计算、总量指标计算、项目完成指标计算、项目投资计算、监督保障指标计算和项目信息管理等的评估。滇池流域水环境专家决策支持系统的建设，实现了流域水环境的总量管理、预测预报、水污染治理项目评估和应急决策的科学性、系统性和有效性。
■在综合管理技术平台的研发和建设上不断创新
记者了解到，滇池流域水污染防治综合管理技术平台包括信息数字化、支持多元化、管理智能化等系统。“十二五”期间，水专项滇池课题构建了以“数据中心——业务系统——信息发布”为主要功能的滇池流域水环境综合管理技术支撑平台，实现水环境管理信息数字化、支持多元化、管理智能化。
据水专项滇池课题负责人介绍，课题组通过数据共享机制，可将环境数据与水务、气象、国土、滇管等部门数据库对接，实现涉滇部门间异构数据的分级管理和交换共享。同时，制定了数据采集、传输、存储、交换、整合的标准和流程，建立部门间数据交换机制，接入水环境质量数据、水质自动监测、饮用水水源地、水污染源、蓝藻监测和知识模型方法数据，以及水文、气象、土地利用等涉滇基础数据，具备异构数据的分级管理和交换共享，形成了滇池流域水环境数据中心。
同时，课题还建立了流域水环境大数据的可视化分析管理业务系统，实现水质监控预警、蓝藻天地一体化监测、流域污染总量管理、水质预测预报、治理项目评估和应急决策支持的等功能，大幅提升了滇池流域水环境管理的决策判断能力。
据介绍，滇池流域水质监控预警系统负责地表水自动监测数据的管理，包括数据采集入库，数据自动、人工审核，数据综合查询，数据图表分析，统计报表生成，数据报警预警，数据导入导出等主要功能。
滇池流域蓝藻天地一体化监测平台主要功能包括手工数据录入，浮标站数据采集，卫星遥感数据入库，数据综合查询，数据图形对比，数据统计分析，每周简报生成，蓝藻GIS演示等。
滇池流域水环境信息系统将两个系统和水质常规监测子系统合并组装，可实时说清滇池流域水环境质量、开展滇池蓝藻水华监测与预警。
记者在采访中了解到，课题组于2015年2月10日顺利通过了云南省水专项办对课题所建设实施的两项示范工程的第三方评估。在实际示范应用过程中，滇池流域的水环境综合管理技术支撑平台打破了长期困扰滇池流域水环境管理的“信息孤岛”的现象，实现了流域水环境信息的实时共享。
平台将项目其他课题的“滇池流域入湖通量、污染物总量与水质预测预报”等研究成果进行了集成，形成具有动态实时监控、入湖总量模拟、治理项目评估、应急决策管理等的专家支持功能。业务化运行的平台每年为昆明市环保局及涉滇监管部门提供150余份等各类报告、报表，并与监察部门形成联动监管机制。该平台达到了国内同行业集成创新应用先进水平。其整体的理念、规范和设计技术在国内首次使用，对今后我国流域水环境信息综合管理、决策支持平台建设具有极大参考指导价值，其中技术和数据方面的标准、规范为国家相关标准规范的制定奠定了基础。
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