王 軍，應(yīng)曉鈴，戴庭曦，陳新國

（1.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.臺州市區(qū)委區(qū)政府農(nóng)村工作辦公室，浙江 黃巖 318020）

農(nóng)村污水管網(wǎng)信息化建設(shè)初探

王 軍1，應(yīng)曉鈴2，戴庭曦2，陳新國2

（1.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.臺州市區(qū)委區(qū)政府農(nóng)村工作辦公室，浙江 黃巖 318020）

農(nóng)村生活污水治理是“五水共治”及新農(nóng)村建設(shè)的重點，而污水管網(wǎng)信息化是農(nóng)村生活污水治理出實效、達(dá)長效的基本保障。在農(nóng)村生活污水治理中，農(nóng)村污水管網(wǎng)信息化建設(shè)仍然空白。城市污水管網(wǎng)信息化的經(jīng)驗表明，借助先進(jìn)信息技術(shù)，實現(xiàn)“一張圖”式GIS管理是污水管網(wǎng)信息化的必要手段。通過借鑒城市污水管網(wǎng)信息化的研究成果，總結(jié)農(nóng)村污水管網(wǎng)特點，探討了農(nóng)村污水管網(wǎng)信息化建設(shè)的主要內(nèi)容，提出了推進(jìn)農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化建設(shè)的若干建議。

農(nóng)村污水治理；污水管網(wǎng)；GIS

1 問題的提出

近年來，農(nóng)村在城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的推動下發(fā)生了翻天覆地的變化，然而傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)使農(nóng)村衛(wèi)生環(huán)境日益惡劣，成為農(nóng)村的重大安全隱患。據(jù)《2012環(huán)境統(tǒng)計年報》統(tǒng)計，截至2012年，全國城市污水處理率達(dá)到82%，其中縣城為60%，建制鎮(zhèn)小于20%，村莊為7%。可見，雖然我國城市污水治理已基本達(dá)到歐美發(fā)達(dá)國家80%處理率的水平，但農(nóng)村污水處理仍然處于起步階段，因此農(nóng)村的污水治理更能明顯地提升我國的污水治理整體水平，改善農(nóng)村生活環(huán)境，推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和城鄉(xiāng)一體發(fā)展。

在新農(nóng)村建設(shè)及中央農(nóng)村環(huán)境綜合整治項目中，農(nóng)村生活污水治理都是重點內(nèi)容之一[1]。農(nóng)村生活污水管網(wǎng)是新農(nóng)村建設(shè)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是農(nóng)村生活污水治理的主要載體。污水管網(wǎng)不只是由排污、集污管道形成的狹義網(wǎng)絡(luò)，而是由污水收集、處理、排放/回用設(shè)施組成的廣義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含管道、檢查井、處理終端等設(shè)備。根據(jù)城市經(jīng)驗，四通八達(dá)、縱橫交錯的污水管網(wǎng)的細(xì)微事故均可能導(dǎo)致環(huán)境污染、衛(wèi)生條件惡化，或者導(dǎo)致局部內(nèi)澇，嚴(yán)重影響居民日常生活，因此，農(nóng)村生活污水管網(wǎng)的先期建設(shè)投入很重要，建成后的管理維護(hù)更重要。目前農(nóng)村生活污水治理主要集中于建設(shè)施工、管網(wǎng)建設(shè)及設(shè)備安裝等，據(jù)中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)李昂的研究，2013年全國農(nóng)村生活污水處理項目中，建設(shè)施工類項目占項目總數(shù)的61% ，管網(wǎng)建設(shè)類項目占29%，設(shè)備安裝類項目占10%，3類項目的資金占比分別為58%，36%，6%。

目前農(nóng)村生活污水治理工作的全面展開，如果污水管網(wǎng)缺乏有效的監(jiān)管維護(hù)手段[2]，污水處理系統(tǒng)的運行、管網(wǎng)的管理與維護(hù)等將舉步維艱，有關(guān)部門需及早認(rèn)識到農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化的重要性和緊迫性，盡快開展相關(guān)研究和建設(shè)。我國農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，但有明顯的后發(fā)優(yōu)勢，可以充分借助成熟的信息技術(shù)與管理手段，吸收發(fā)達(dá)國家城市生活污水管網(wǎng)管理的經(jīng)驗，保障農(nóng)村生活污水治理規(guī)劃合理、建設(shè)到位、運行順暢、維護(hù)及時。然而，當(dāng)前農(nóng)村生活污水治理關(guān)注與研究的焦點為現(xiàn)狀分析[3 - 4]、治理模式[5 - 6]、處理技術(shù)[1，7]、工程與管理[8 - 9]等，鮮有農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化的相關(guān)研究。借鑒城市污水管網(wǎng)信息化成功經(jīng)驗，開展農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化研究具有理論與現(xiàn)實意義。

密布的污水管網(wǎng)不但要建好，更要保證運行良好。由于污水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品目繁多，而且深埋地下，藏污納垢，人工管理困難。借助信息化手段通過數(shù)字化、智能化、“一張GIS圖”式管理，可以方便地實現(xiàn)污水管網(wǎng)的科學(xué)高效管理與服務(wù)。運用地理信息系統(tǒng)（GIS）空間管理工具，將空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫、可視化、物聯(lián)網(wǎng)、定位等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)目標(biāo)對象、地理位置、信息管理的三位一體管理已成為國內(nèi)外城市管網(wǎng)管理的有效手段。如此，可變被動響應(yīng)為主動預(yù)警，變不可見風(fēng)險為可預(yù)測、可感知風(fēng)險[10]，加快現(xiàn)代化建設(shè)步伐，并逐步成為科學(xué)決策重大問題和突發(fā)性事件的現(xiàn)代化手段[11]。

王叢聰和馬飛飛[12]、馬駿和劉興坡[13]、張瓊等[14]從系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的角度總結(jié)探索了構(gòu)建管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新興IT技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了管網(wǎng)的自我感知和信息反饋能力，提高了管網(wǎng)管理的實時性與準(zhǔn)確性，如王威[15]、陳南玲[16]、陳惠英[17]等的研究。隨著信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完成，污水管網(wǎng)信息化的重點逐步轉(zhuǎn)向水質(zhì)、水文、生態(tài)、管道養(yǎng)護(hù)及優(yōu)化等污水處理業(yè)務(wù)，如管網(wǎng)流量計算和水質(zhì)分析[18]、GIS與管道生態(tài)模型整合[19]、爆管預(yù)警[20]等。

城市經(jīng)驗表明，污水管網(wǎng)信息化是污水管網(wǎng)現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，制約著管網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)乃至市政規(guī)劃與實施，將建設(shè)、管理、維護(hù)有機(jī)結(jié)合才能真正發(fā)揮預(yù)期功效。目前各類農(nóng)村生活污水的治理迫切需要將管網(wǎng)信息化建設(shè)提上日程，但農(nóng)村與城市的巨大差異決定了農(nóng)村生活污水管網(wǎng)建設(shè)不能照搬城市經(jīng)驗，需要充分結(jié)合農(nóng)村的發(fā)展和實際需求。

2 農(nóng)村污水管網(wǎng)信息化建設(shè)主要內(nèi)容

長期二元經(jīng)濟(jì)體制下的巨大城鄉(xiāng)差異決定了農(nóng)村污水管網(wǎng)建設(shè)的特點不同于城市：①農(nóng)村面積遠(yuǎn)超城鎮(zhèn)，污水管網(wǎng)覆蓋范圍廣；②農(nóng)村居住相對分散，總體稀疏而局部密集，管網(wǎng)密度嚴(yán)重不均；③農(nóng)村通常多山、多林、多水、多田、多溝，管網(wǎng)受到地形、地勢、地理、空間等多方約束，布局不規(guī)范；④因地制宜的污水處理方式導(dǎo)致在模式（并網(wǎng)進(jìn)廠處理、集中終端處理、分散個別處理等）、技術(shù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等方面差異較大；⑤各市、縣、區(qū)的農(nóng)村污水處理工程通常由不同級別、不同層次的設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位負(fù)責(zé)實施，規(guī)范化管理差異較大。

農(nóng)村生活污水管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、構(gòu)成等復(fù)雜，管理維護(hù)工作面廣、量大、難度高。因此，農(nóng)村生活污水管網(wǎng)的信息化建設(shè)應(yīng)與鄉(xiāng)情、民情等地方特色結(jié)合，不能套用城市標(biāo)準(zhǔn)，不能在方案、產(chǎn)品、技術(shù)等方面一刀切，但是在信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理、功能方面具有較大共性，農(nóng)村生活管網(wǎng)信息化建設(shè)應(yīng)首先明確其實現(xiàn)內(nèi)容、實現(xiàn)途徑、需要注意的問題。

內(nèi)容上污水管網(wǎng)信息化建設(shè)可分為管網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、管網(wǎng)信息集成平臺建設(shè)、管網(wǎng)智能信息服務(wù)建設(shè)3個主要部分（見圖1）。其中管網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括管網(wǎng)數(shù)字化、檔案電子化和感知實時化等，是整個管網(wǎng)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)和主要信息來源；管網(wǎng)信息集成平臺建設(shè)將與管網(wǎng)相關(guān)的各類信息進(jìn)行集成，為各類應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)；爆管預(yù)警、堵塞預(yù)警、老化預(yù)警等以應(yīng)用為導(dǎo)向的各種智能服務(wù)，均建立在統(tǒng)一的信息集成平臺上。

圖1 污水管網(wǎng)信息化建設(shè)圖

限于人力、技術(shù)、資本、地理等條件，在具體的信息化建設(shè)上，農(nóng)村污水管網(wǎng)信息化建設(shè)應(yīng)首先解決有無問題，一般應(yīng)集中進(jìn)行管網(wǎng)和檔案電子化等基礎(chǔ)工作、信息集成平臺的規(guī)劃建設(shè)工作，以滿足農(nóng)村生活污水治理的當(dāng)前需要。隨著管網(wǎng)工程的竣工、信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)累積，會逐步出現(xiàn)應(yīng)用及服務(wù)需求，基于智能信息服務(wù)的內(nèi)容將逐步增加。

2.1 農(nóng)村污水管網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2.1.1 管網(wǎng)數(shù)字化

在“空間時代”進(jìn)行數(shù)字化即結(jié)合圖紙設(shè)計，通過測繪、定位等技術(shù)獲取管網(wǎng)各部件的準(zhǔn)確地理位置信息，將其存儲到空間數(shù)據(jù)庫，并形象地展現(xiàn)在計算機(jī)系統(tǒng)的模擬世界里。管網(wǎng)數(shù)字化使管理、技術(shù)人員足不出戶就能遍訪方圓數(shù)百公里“管網(wǎng)”的每一個角落，全方位掌握管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、組成、布局等信息，可隨時從多種元器件中查閱特定部件的型號、廠商、安裝日期、設(shè)計壽命等信息。管網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的關(guān)鍵是保證信息的準(zhǔn)確和實時，一旦數(shù)據(jù)與現(xiàn)實偏差，信息化將不被用戶信任，失去價值，因此在數(shù)字化建設(shè)期需要投入大量的人力、物力，逐一對所有元器件精確定位、錄入信息，建成后仍然需要專人負(fù)責(zé)更新維護(hù)。

2.1.2 檔案電子化

農(nóng)村生活污水治理工程通常以鄉(xiāng)、村為單位，作為相對獨立的工程段，每個工程段均包含大量的分析、設(shè)計、施工、監(jiān)理、維護(hù)等重要的圖、文、影、音等檔案資料，且隨著時間的推移不斷增加，從而導(dǎo)致管理、查閱不便，容易造成重要資料丟失。借用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以將這些檔案和GIS系統(tǒng)結(jié)合，不但具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理的各項優(yōu)勢，還能與地理信息充分結(jié)合，將文檔信息直觀地綁定到GIS圖中，可以隨時調(diào)閱，方便又快捷，同時也可以根據(jù)需要進(jìn)行各種查詢和統(tǒng)計，拓展了管理維度。

2.1.3 感知實時化

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)對管網(wǎng)自身及周邊環(huán)境信息的實時反饋，使管理者隨時掌握管網(wǎng)運行的最新狀況，這對管網(wǎng)日常維護(hù)、污水治理和突發(fā)事故應(yīng)急處理具有重要作用。通過固定或移動傳感設(shè)備，獲取管網(wǎng)及其所屬環(huán)境相關(guān)指標(biāo)的實時數(shù)據(jù)，借助有線或無線網(wǎng)絡(luò)更新到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，從而分析實時指標(biāo)數(shù)據(jù)，提供各種統(tǒng)計、分析及預(yù)警、決策支持等智能服務(wù)。

2.2 農(nóng)村污水管網(wǎng)信息集成平臺建設(shè)

由于行政隸屬、業(yè)務(wù)領(lǐng)域的不同，管網(wǎng)信息化各項基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計、建設(shè)、運行及維護(hù)部門通常不一樣，極易形成“信息孤島”。由于污水管網(wǎng)信息化起步較晚，應(yīng)充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，少走彎路，在頂層設(shè)計、總體設(shè)計中納入信息集成平臺建設(shè)規(guī)劃，用以指導(dǎo)、規(guī)范、協(xié)調(diào)各項信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作。充分整合管網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施可以避免重復(fù)建設(shè)、各自為陣的現(xiàn)象，真正發(fā)揮信息化在信息服務(wù)、科學(xué)管理和決策支持方面的潛力與優(yōu)勢。一方面信息集成平臺統(tǒng)一進(jìn)行各種管網(wǎng)信息資源的集成、整合和處理；另一方面是各種信息服務(wù)唯一的、權(quán)威的數(shù)據(jù)來源（見圖2）。

圖2 污水管網(wǎng)信息集成平臺示意圖

2.3 農(nóng)村污水管網(wǎng)智能信息服務(wù)建設(shè)

污水管網(wǎng)龐大、復(fù)雜，隱蔽工程多，有腐蝕、滲漏、爆管、堵塞等現(xiàn)象，污水處理完全依靠人工，難以實時監(jiān)測、管理?？山柚冗M(jìn)IT技術(shù)和設(shè)備，綜合運用人工智能技術(shù)、算法和模型的各種智能服務(wù)，進(jìn)行信息實時采集、數(shù)據(jù)分析、趨勢與預(yù)測、風(fēng)險評估等，從而有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)管理手段的不足，并為科學(xué)管理和決策提供輔助支持。需在統(tǒng)一規(guī)劃下，基于統(tǒng)一、集成的信息服務(wù)GIS平臺進(jìn)行各種服務(wù)組件式開發(fā)，經(jīng)統(tǒng)一入口，為不同部門、不同用戶提供個性化智能信息服務(wù)。

3 結(jié)論與建議

在農(nóng)村生活污水治理工作全面展開之際，充分借鑒城市污水管網(wǎng)信息化管理的經(jīng)驗教訓(xùn)，結(jié)合農(nóng)村實際，積極開展污水管網(wǎng)信息化建設(shè)研究與實踐，對城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)具有重要的理論及現(xiàn)實意義。信息化是一個持續(xù)的、不斷深化的、無限逼近的過程，所采用的設(shè)備、技術(shù)也在不斷更新，須將其作為一項長期建設(shè)、不斷完善工作。

經(jīng)驗表明，信息化不僅是單純的技術(shù)或工程問題，更是管理問題。各地應(yīng)將農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，充分考慮并認(rèn)識到其長期性、復(fù)雜性，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，在管理和技術(shù)方面下足功夫。

需形成統(tǒng)一的、專門的、強(qiáng)有力的政府職能部門，將農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化與整個城市的信息化規(guī)劃及建設(shè)結(jié)合起來，全面負(fù)責(zé)農(nóng)村生活污水管網(wǎng)信息化的組織、溝通、協(xié)調(diào)工作；制定統(tǒng)一的短、中、長期發(fā)展規(guī)劃，有計劃、有步驟、有重點地推進(jìn)管網(wǎng)信息化；培育一支跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的專業(yè)隊伍，尤其是基層的管網(wǎng)信息化建設(shè)隊伍，涵蓋管網(wǎng)管理、實施、維護(hù)和智能服務(wù)，提高污水管網(wǎng)信息化的管理及服務(wù)水平。實施中系統(tǒng)建設(shè)切忌過大過全，功能以夠用、實用為主；界面簡潔，操作簡易，需多以直觀圖形象展現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果；系統(tǒng)建設(shè)采用大平臺小組件一體化模式，充分預(yù)留擴(kuò)展接口。

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（責(zé)任編輯 姚小槐）

A Preliminary Study on the Main Contents of Informatization of Pipe Network Management in Rural Sewage Treatment

WANG Jun1；YING Xiao - ling2；DAI Ting - xi2；CHEN Xin - guo2

（1.Zhejiang University of Water Resource & Electric Power，Hangzhou 310018，Zhejiang，China；2.Rural Work Office of Taizhou city Huangyan District Government，Huangyan 318020，Zhejiang，China）

The “Rural Sewage Treatment” is the key of “Five Water Treatment” and the “New Rural Construction”, and the informatization of sewage pipe network is the fundamental guarantee of actual and persistent running effect. It is proposed that the informatization of rural sewage pipe network，almost in a blank now，should be taken into agenda as soon as possible，while other projects of rural sewage treatment all in full swing. It is proved that the GIS management in “one map” based on advanced information technologies is the essential means，according to city experiences. The main contents of informatization of sewage pipe network management are concluded based on reviewing related literature and summarizing characters of rural sewage pipe network，with some advice in management and technology for promoting the construction of informatization of rural sewage pipe network management at last.

rural sewage treatment；Informatization of pipe network；GIS

TU823.3

A

1008 - 701X(2016)06 - 0064 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2016.06.020

2016-04-19

王 軍(1978 - )，男，副教授，博士，主要從事信息化研究工作。E-mail：swiftome@163.com