上海地处长江入海口、太湖流域东缘, 有着丰富的水资源, 从20世纪80年代开始在黄浦江和长江先后设立水源保护区, 建立集中式饮用水源取水口, 但随着上海及周边城市的发展, 河流水质逐渐恶化, 城市供水水源面临威胁, 这些水污染包括常规污染和突发污染, 常规污染主要是指生活污水、工业废水及农业面源污染;突发污染主要为事故排放、危化品泄漏、船舶溢油及暴雨径流等污染。

　　 长江口三大水库均属于高敏感环境风险受体, 其中东西风沙水库居于青草沙水库、陈行水库上游, 其主要风险来源于两方面:①长江口区域工业企业污染源, 主要风险事件类型为企业事故性泄漏排放;②航运船舶, 主要风险事件类型为船舶事故性溢油泄漏^[1]。对黄浦江水源地按《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) 评价, 其水质基本为IV类, 个别指标有时只有V类甚至劣于V类, 部分水质指标不能满足国家标准规定的集中式水源地的Ⅲ类水质要求。

　　 黄浦江水源污染风险源分为3大类:点源、面源、移动源。点源是指黄浦江水源保护区及周边工厂、企业直排点源, 其中, 企业事故性泄漏排放是工业风险源的主要风险事件;面源包括水源保护区内农业面源和居民生活污水排放, 黄浦江上游水源保护区内面源污染排放负荷情况见表1;移动源是指水域航运船舶和水源保护区沿线交通运输车辆等移动源, 对于黄浦江水源地而言, 由货运车辆事故造成的水源突发性污染风险性相对较小, 威胁黄浦江水源地水质的主要风险源之一是航运船舶, 且船舶突发性溢油泄漏事件已经成为较为突出的风险事件。总体而言, 水源保护区内农业面源和农村分散生活污染负荷所占比重已大大超过工业企业等直排点源负荷1.5~6倍不等。上游跨界来水水质不达标和上游保护区内的农业面源、农村生活污染和航运油污染是造成黄浦江上游水源保护区水源水质污染的主要原因。

　　 近年来上海通过水务、环保等部门对水源地保护区加强了水质监测, 并对附近的面源与点源进行了综合治理。面源污染逐渐减少, 点源污染得以控制, 关停、搬迁了一批高污染排放企业, 并对一些关键区域进行水质检测和在线预警。但是随着固定风险源的降低, 移动风险源污染逐渐成为黄浦江和长江取水口应急污染事件的主要原因。

　　 《上海交通港航行业发展报告》指出, 2013年, 上海港实际进港货物吞吐量46 977.9万t, 出港货物吞吐量30 596.6万t, 其中, 危险品货物吞吐量4 382.9万t。据全年内河船舶进出港统计, 2014年水上进出港危险品船舶数量已达13 274艘次, 危险品总载质量已达到30 757万t。一旦在水源地附近水域发生重大事故, 将对水源地构成直接威胁。

　　 以黄浦江为例, 1984~2005年, 发生因船舶事故而引起的突发性水污染事件共830起, 累计泄漏污染物1 423t。《2015年上海现代航运报告》显示2014年上海海事局在册登记的船舶单船平均吨位为8 221t/船, 较2013年增加242t/船, 船舶大型化总体趋势明显。据上海港码头管理中心提供的统计数据显示, 2015年内河货运量2 554.2万t, 比2014年增长201万t。巷道通行, 船舶货运量的与日俱增对取水口造成了严重的威胁。

　　 除此以外突发性污染事故也影响着供水企业及政府管理部门的快速决策和处置效率。一旦在水源地附近水域发生重大污染事故, 将对饮用水源构成直接威胁, 影响千百万市民的日常生活, 威胁城市的公共安全。因此迫切需要建立一个具备多部门信息共享平台实现风险预警信息的支撑。

　　 供水涉及国计民生, 长期以来, 市委、市政府及相关部门都十分重视饮用水源保护工作, 但受到管理体制、处罚力度、补偿机制以及水源地条件先天不足等多种复杂原因限制, 成效不够显著。除此以外管理部门间信息资源不对称外, 无法做到信息的及时发布、快速协同处置也是重要的影响因素。近年来发生的水源突发污染事件, 反映了这一管理的复杂性和重要性。而只有依靠多部门信息联动、齐抓共管, 才能发挥各部门间的优势, 管好水源地, 保护好水环境。因此建立信息共享平台可以加强各部门间信息沟通, 使各单位协调工作, 提高水源地管理效率。

　　 水务部门作为水行政管理部门责任重大。近年来, 供水企业及水务管理部门通过建设和完善在线仪表和预警系统, 初步实现了对取水口水质的预警监测, 但预警范围较小, 缺少外围信息支持, 尚无法形成全方位立体化监控网络, 对突发事件只能做到水质报警, 无法及时掌握原因, 管理较为被动, 处置措施也较为单一。通过信息共享、资源整合、数据挖掘, 可实现对水源地进行分段监测、风险识别、综合预警, 提前掌握污染扩散变化趋势, 做好应急处置措施, 更好地保障水源地供水安全, 降低对水源地的影响。

　　 目前供水企业与相关管理部门根据水源地管理要求, 已相继建设和完善了各自的监控网络或系统, 如供水企业在取水口安装了水质在线仪表;水务部门在黄浦江和长江断面建设了水文监测站, 定期检测河流水质;环保部门在污染源排放口加强采样监管;交港海事部门建立了船舶监控的AIS系统, 实现了对危险品船舶的在线跟踪与货运监测。这些信息系统的建设为信息共享平台的组建提供了基础数据和管理应用经验。

　　 上海在2006年建立了政务外网, 实现政府各部门间信息交互。2009年市供水调度监测中心完成了供水调度专网的建设, 实现了与各供水企业调度生产数据的共享。平台可以通过市供水调度监测中心这个网络节点, 整合供水企业与政府职能的信息资源, 实现双方数据的共享。

　　 目前供水行业管理部门除了不断完善在线监控系统外, 还先后完成了行业基础数据库、供水管网地理信息系统、管网水力模型及潮动力模型的建设, 为共享平台的预警应用提供了技术储备。

　　 随着社会进步和经济发展, 人们的环保和健康意识也在不断增强, 对饮用水的关注度也越来越高。同时随着现代信息化技术的快速发展, 各供水企业及相关政府管理部门也在不断完善自身的监测网络, 拓展监测广度与深度。在此基础上, 各单位及部门可统筹资源, 利用现代通信与计算机技术实现跨部门协作, 通过信息联网、数据共享实现对水源地水质及污染源的综合预警监测。

　　 平台的总体目标是通过多部门预警信息的联网, 构建上海水源地风险预警信息共享平台, 加快应急响应速度, 为水源地取水安全多部门联动提供信息保障。

　　 平台的建设应依托现代信息化技术, 通过对在线监测信息及多部门共享信息的集成, 拓展水源地动态监控的范围与内容, 完善水源地的监测预警网络, 形成水源地多元立体预警体系, 同时整合目前已有的在线水质监测、生物、油污预警分析、风险源共享与识别、潮动力模型等技术内容, 实现对水源地水质的快速预警、风险源的识别及污染扩散的预警评估。

　　 平台还应建立预报警响应等级, 为后续的多部门联动及应急处置提供依据。预报警等级建议设置三级以上, 并形成统一的颜色标识, 可以借鉴气温、台风等灾害性天气的预警等级来分类定义。图1是水源地预警技术分布效果。

　　 根据平台建设的可行性及技术路线, 其建设内容需包含:预警监测信息的共享、支撑系统、预警功能模块及信息发布。其中预警监测信息的共享由各供水企业及政府行业管理部门按管理职能提供, 通过市供水调度监测中心的网络资源优势, 将预警监测数据传送至共享平台, 同时还需要与快速检测 (水质应急检测车检测) 及实验室检测相结合, 为最终的状况确定提供支撑。支撑系统和支撑功能主要通过整合现有信息化系统功能或通过与现有应用系统交互, 实现预警信息共享平台对风险源数据的展示、预警、地理信息查询、智能分析评估等功能。通过GIS系统、管网模型系统、潮动力模型系统、SCADA系统及AIS系统的综合应用, 结合现有供水管网体系, 对预警信息进行分析, 对风险源进行识别, 对水质状况及污染扩散状况进行评估, 从而预测污染物扩散的趋势与影响范围, 形成预警等级, 生成最为合适的应急预案, 将水源地受到的影响降低最小, 保障取水安全。信息发布是对系统预警等级及分析结果与相关职能部门及供水企业共享, 为多部门联合快速处置创造条件。

　　 平台总体设计坚持数据、管理、服务和应用相互分离的架构思想, 采用分层结构和模块化的方式进行组建, 平台框架自下而上由系统基础设施、数据层、应用服务层、系统应用层和用户层等5个具有内在联系、结构分明的层次有机组成。在现有数据中心基础上, 供水调度监测中心利用现有网络基础资源, 实现与各预警监测网络的互联互通, 实现多源信息共享。通过服务层提供的数据集成服务、数据交换服务、应用集成服务、web服务、GIS服务等, 构建链接数据与功能之间的纽带;供水调度监测中心业务人员借助平台提供的风险源评估功能, 识别当前水质及风险状态, 并进行等级评估, 根据评估等级进行快速处置及上报;在水质状态的分析后, 为相关供水企业及职能单位提供最新最及时的信息, 便于其开展相应的应急保障措施。平台总体架构和拓扑结构分别如图2、图3所示。

　　 信息共享平台的建设需要多源信息的支撑, 有些数据可通过跨单位部门获取, 另一些数据则需要通过基础应用系统获得, 甚至将多源信息综合分析应用后获得预警信息。为此, 本次信息共享平台涉及的关键技术有以下几个。

　　 在本次平台建设中利用GIS技术实现对取水口、监测点空间分布展示、对移动风险源 (船舶) 的实时动态查看以及对突发事件的事前评估分析, 可实现信息的可视化管理, 同时通过GIS技术快速定位污染源位置, 可大大提高管理者的工作效率和工作成效, 可大大提高水资源安全^[2]。

　　 利用SCADA在线监测技术, 可以获取取水口实时监测的水质数据, 帮助掌握水质的动态情况, 在信息共享平台中将SCADA监测数据与其他相关数据进行信息交互为后续的数据分析及预警提供基础数据。

　　 AIS (Automatic Identification System) 是船舶自动识别系统的简称, 通过AIS技术可实时掌握经过水域或停留在水域的船舶基础信息及航行状态, 在共享平台中将发挥识别移动风险源的重要作用, 平台通过信息共享将船舶监测信息传送至共享平台, 利用AIS技术将这些信息根据预警的应用进行筛选, 如筛选出在水源地一级保护区内的装载有危险品的货轮, 一旦该船舶发生了突发事件, 可以利用AIS的GPS坐标快速定位, 分析对取水口的影响, 做到第一时间掌握信息^[3]。

　　 水力动态模型技术是本次平台决策支持功能的重要组成部分, 通过该技术可模拟出污染事件的受影响范围以及污染的级别等, 辅助管理人员制定可行的应急处置方案。

　　 利用潮动力模型技术可对在线监测数据、共享信息及水文潮汐等数据进行分析, 模拟突发污染事件时污染物从污染发生地到取水口的时间、到达时的浓度及持续时间等对取水有影响的关键因素, 并最终反馈到监测终端, 为预警分析评估提供依据。

　　 在信息共享平台中将提供风险源数据的展示功能, 展示的内容主要包括上海电子海图、船舶分布、船舶轨迹等信息, 如图4、图5所示, 实现风险源数据的可视化管理。

　　 平台设计提供对各取水口水质信息、风险源实时监控信息、船舶信息以及通航设施的查询功能, 实现对平台涉及数据的快速获取, 同时实现多源信息的联动与共享。

　　 平台预警功能的设计依据主要有两部分:一是根据水质监测范围, 可对水源地所属河流进行分段监测, 实时掌握从省界至取水口各主要断面的水质状况, 用于分析上游来水水质变化状况及突发污染事件的发生;二是根据风险源监测的范围, 将点源、面源、移动风险源纳入预警监测, 其中点源污染源预警信息应由环保部门负责提供, 移动风险源预警信息由交港海事部门提供, 并通过网络共享给供水管理部门, 如图6所示。

　　 随着上海城市经济、社会的发展, 一些突发事件难以避免, 因此保护上海水源地安全需要多部门协调管理, 对内通过供水行业一网调度、多源互补确保供水平稳有序, 对外则需要加强与环保、海事等部门联络, 协同管理, 确保水源地安全。同时, 共享平台建成后能否高效、长效运行, 关键在于完善平台建设与运维管理机制, 形成平台领导和管理及平台建设与运行管理两级机构。根据应用的主体, 领导和管理机构应为系统行政主管部门, 由市水务局负责信息共享平台的规划与设计, 并协调其他政府管理部门参与实施。建设与运行管理参照“谁主管、谁建设、谁运行、谁维护”的原则。各在线监测网由各相关供水企业及政府管理单位进行建设与维护。共享平台主体部分由政府行业管理单位市供水调度监测中心负责建设及运行。

　　 本文主要总结当前在水源地安全保障中遇到的问题, 提出建立多部门水源地风险预警信息共享平台, 其核心是加强多部门协作, 优化管理, 通过建立和完善现场快速监测技术和方法, 做到实时动态的监测与污染物的跟踪, 及时发布预报警等级信息, 并采取应对措施, 保障供水安全, 提升上海水源地的管理水平。目前市供水管理部门已经实现了与水文、气象、海事等部门的信息联网, 上海水源地风险预警信息共享平台的实现迈出了坚实的一步。