浙江省嘉兴市，别称禾城，地处长江三角洲杭嘉湖平原腹地，拥有两千多年人文历史。嘉兴市自古为繁华富庶之地，素有“鱼米之乡”“丝绸之府”美誉，自然风光以潮、湖、河、海并存驰誉江南。有诗云：“一湖碧水依古城，两轴轻舒系四方，三环怀拥多胜景，八水连廊织禾城。”嘉兴市的水色湖光不仅使其成为中国东南的粮仓，也见证了中国共产党诞生的伟大时刻。

为了守护好这片碧水，2017年，在嘉兴市水专项领导协调小组指导下，由同济大学联合中国环境科学研究院、浙江省环境监测中心、浙江大学、嘉兴市环境保护监测站、嘉兴市水务投资集团有限公司、嘉兴市水利水电勘察设计研究院、浙江嘉科信息科技有限公司等科研院所（企业）共同承担了“国家水体污染控制与治理科技重大专项—嘉兴市水污染协调控制与水源地质量改善项目”其中的“区域水环境质量改善综合调控系统与平台建设”课题（2017ZX07206-001），实现产学研结合，聚力同心共同开展课题研究，研究成果将为嘉兴市水环境质量的综合改善提供有力支撑。

至今，两年过去了，课题组朝着全面提升嘉兴市水环境质量的总体目标不断地迈进，根据嘉兴市水环境特点和社会经济发展现状，通过研发基于污水管网节点监测的工业废水冲击在线监控预警、污染源—污水管网—污水处理厂实时调度与协同控制、降雨径流—排水管网—河网动态边界耦合模拟、基于闸泵调度的水质水量动态实时调控优化等4项关键技术，建立了嘉兴市城区污染源—污水管网—污水处理厂联合调度系统平台、降雨径流—排水管网—城市内河闸泵联合调度的平原河网水质水量调控平台，在中小尺度上实现污水收集与处理设施稳定运行和河网水系水动力的优化调控。

在大尺度上，课题组通过建立集嘉兴市产业结构调整—水土资源利用—污染治理—生态修复和风险管理为一体的水环境质量综合调控方案，实现嘉兴市水环境污染源管控与预警，并通过进一步集成不同尺度的调控平台和方案，构建多尺度、多目标的区域水环境质量综合调控系统与平台。

2019年7月，在现场调研课题组负责的工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合调控与监管示范工程后，生态环境部相关负责人对通过“工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合调控”来减少工业废水排放和外来水量对污水处理厂进水负荷冲击的技术方案表示肯定。

现场调研制定方案，实施区域综合调控

针对“十三五”更高的水环境质量改善目标，嘉兴市仍存在如下亟待解决的一些问题：污水系统运行不佳，雨天溢流污染严重、污水系统中工业废水比例高，排放水质水量波动影响污水处理厂稳定达标运行、闸泵调控方式单一，不能满足水质达标需求、污水管网入渗严重，污水处理厂进水浓度偏低、传统治水手段单一，缺乏水环境质量综合调控功能。

针对嘉兴市水环境存在的问题和需求，课题以国家水污染防治目标责任书为导向，以嘉兴市整个行政区为研究单元，实施“小—中—大尺度”相结合的水环境质量综合调控。针对全面提升嘉兴市水环境质量的总体目标，根据嘉兴市水环境特点和现状，在小尺度上进行污染物控源，通过嘉兴市城区污染源—污水管网—污水处理厂联合调度，实现污水处理设施稳定运行，控制进入河网的污染物总量；在中尺度上改善河网水动力，通过降雨径流—排水管网—城市内河闸泵联合调度，实现对平原河网水质水量的调控，提高河网自净能力；在大尺度上进行区域综合调控，通过集嘉兴市产业结构调整—水土资源利用—污染治理—生态修复和风险管理为一体的水环境质量综合调控方案，构建多尺度、多目标的区域水环境质量改善综合调控系统与平台，全力支撑嘉兴市水污染治理工程实施，确保嘉兴市完成国家、浙江省下达的水环境质量考核目标。

嘉兴市域水环境质量的全面改善，是一项涉及自然资源（水资源、土地资源等）、社会经济产业结构等多方面因素的复杂系统工程，具有动态性、多层次、开放性和非线性等特点，而区域水环境质量改善所带来的经济效益、社会效益和环境效益等也是多方面的，需要进行综合评估和表征。课题组运用系统思维，发挥工匠精神，科学精细剖析，综合利用系统动力学等多种分析手段，基于“分区、分类、分级、分期”的水环境管理理念，以控源工程优先、生态建设并重的思路，综合运用定量、定性、综合和推理方法, 基于开放性、非线性及多反馈的复杂时变的系统动力学模型，将污染治理与生态修复及风险管理与产业结构调整、水土资源利用相耦合，制定嘉兴市水环境质量综合调控方案，开发构建区域水环境质量综合调控系统平台，为区域水环境质量稳步改善提供技术支撑和决策依据。

没有调查研究就没有发言权，广泛深入的现场实际情况调查研究，是制定嘉兴市水环境质量综合调控方案的第一步。污染治理，控源优先。课题组首先对嘉兴市的工业废水污染源排放现状进行了现场调查研究，分析了嘉兴市重点工业企业的污染源排放特征，特别是针对王江泾工业园区等重点典型区域的印染、造纸等工业企业开展了深入的调查研究，并结合历史数据编制完成了《嘉兴市工业污染源排放特征调查研究报告》，初步摸清了嘉兴市主要工业污染源的排放特征，为后续的控源减排提供了基础数据。

针对工业污染不规律排放和污水管网外来水进入所造成的污水处理厂进水负荷波动较大的问题，课题组基于嘉兴市联合污水处理厂2015年至2019年的进水水质水量数据，对季节变化、降雨、节假日、污水管网事故及计划检修等不同工况下的进水水质水量变化特征进行了分析，总结编制完成了《嘉兴市联合污水处理厂进水水质水量变化特征及稳定性分析报告》，并拟定了《嘉兴市工业废水排放纳管限值》的建议稿，并且通过了专家论证，为保证嘉兴市污水管网提质增效运行及提高城镇污水处理厂的进水稳定性提供了技术和政策保障。

嘉兴市是典型的平原河网区域，河水往复流动显著，水体流动的动力不足。为了改善河网水动力状况，课题组在分析2012年至2018年实测水文水质资料的基础上，对嘉兴市城区120平方公里的河网水系组织实施了4次水文水质同步测量，在嘉兴市水务投资集团有限公司及下属各单位的大力协助下，通过控制不同泵闸的运行状态，首次系统测量了换水期间不同泵闸调度方式下的河道流向和水质变化过程，并在此基础上编制了《嘉兴市区河道现状调度问题分析报告》。

在充分分析国家“水十条”与水污染防治考核要求的基础上，课题组负责编制了嘉兴市“十三五”水环境综合整治规划，以及嘉兴市三个重污染水质断面的水质达标方案：广陈塘、嘉善塘、上海塘；同时针对5个水质稳定断面编制了水质稳定方案，包括海盐塘、红旗塘、湘家荡、俞汇塘以及长山河。通过上述课题的研究以及嘉兴市水污染防治方案的编制，对嘉兴市水环境状况以及水污染防治现状与需求有了深入了解，为课题任务的完成奠定了技术基础。

通过开展上述调查研究工作以及嘉兴市水污染防治方案的编制，课题组对嘉兴市水环境状况以及水污染防治现状与需求有了深入了解，为完成课题任务奠定了技术基础。

依托智慧科技支撑，提升城市环境治理能力

让城市更聪明一些、更智慧一些，是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路。课题组一致认为，全面改善嘉兴市水环境的现状，也需要借助数字智慧科技的力量，充分利用大数据、物联网、云计算、人工智能等前沿技术，与嘉兴市现有的城市水务、水环境管理系统和平台有机对接融合，整合升级嘉兴市水环境管理系统，推动嘉兴市水环境管理手段、管理模式和管理理念的创新发展。

首先，课题组在工业污染源排放溯源监控方面，重点攻克了 “基于污水管网节点监测的工业废水冲击在线监控预警技术”和“污染源—污水管网—污水处理厂实时调度与协同控制技术” 等关键技术，并在此基础上形成了具有自主知识产权的工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合管理成套技术。通过这一系列利用物联网、大数据和云计算的关键技术，实现了嘉兴市主要城市污水管网的可视化信息表征，对不同行业的工业排水水质进行特征因子识别。按照逐级追溯的原则，通过最优化的技术路线建立工业污染负荷的源头追溯方法，识别出了对污水处理厂达标排放影响较大的水质因子及相应管网节点，筛选出需要重点监管的企业。建立离线与在线相结合的污水管网水质监管策略方法，实现在污水管网中实时检测工业废水排放导致的水质变化，并结合建立污水管网水质模型和人工神经网络算法，模拟整个管网系统中由于工业废水排放导致的水量、水质浓度变化和对工业污染源排放进行溯源，为污水管网与污水集中处理系统的高效协同运行调控提供支持。

结合污水管网—污水处理厂耦合数学模型，溯源工业废水异常排放来源和实时预警对污水处理厂进水水质的影响，课题组集成工业废水冲击在线监控预警技术和污染源—污水管网—污水处理厂实时调度与协同控制技术，升级构建嘉兴市污染源—污水管网—污水处理厂联合调度平台，实现污水处理厂稳定运行率提高10%以上的目标。

另外，课题组充分依托于嘉兴市智慧环保平台的基础和嘉兴市智慧城市项目的数据内容，实现了社会经济、污染源、水质监测、水文监测、地理信息等共计100多万条数据的接入，构建了嘉兴市水环境质量综合调控平台。平台以嘉兴市整个行政区为研究单元，在嘉兴市水环境质量改善综合调控方案研究的基础上，充分展现社会经济、水土资源利用、水污染治理等水环境质量主要驱动因子变化过程，采用GIS空间分析、数理统计、输出系数、模型模拟等分析方法分析不同情景下区域污染负荷变化特征，实现了区域概况、压力评估、趋势预测、决策支持等功能，可以开展嘉兴市水环境质量历史现状规律研究，充分展现社会经济、水土资源利用、水污染治理等主要驱动因子变化过程对嘉兴市水环境质量的影响，运用GIS空间分析、数理统计、输出系数、模型模拟等分析方法分析不同情景下区域污染负荷变化特征，为服务嘉兴市水环境质量的进一步改善提供技术支持。

嘉兴市水环境质量综合调控平台还基于LM-BP神经网络和ARIMA自回归积分滑动平均模型，对嘉兴市各监测断面历史数据与气象数据进行数据训练，最终构建了水质指标预测分析模型。该模型可以基于近7天的气象、水温、水质等在线监测数据，实现监测断面未来3天水质的预测功能。

示范项目重点进展，水体改善初见成效

“十三五以来，在嘉兴市委和市政府的领导下，经过全市人民的不懈努力，嘉兴水质逐年改善。”在嘉兴市“五水共治”办公室参与指导嘉兴水专项工作的汤宇烽表示。

自2014年嘉兴市被列为全国水生态文明建设城市以来，系统实施了145项试点工程。2018年嘉兴市全市129个水功能区全年达标率为41.9%，较2015年提高了34.2个百分点，这其中也有水专项课题组的努力和贡献。课题组深知嘉兴市水环境改善任务的艰巨性和复杂性，紧紧围绕嘉兴市的实际需求和问题，结合水专项课题的三个工程示范，有力推进工程示范项目落实和实施推广。课题组全体成员齐心协力，不遗余力地为嘉兴市水环境质量改善提供技术支撑和技术指导。

水专项工程示范项目之一是嘉兴市工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合调控与监管平台。该工程示范项目包括两部分内容：典型工业园区的污染源排放溯源监测系统和工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合调控系统。典型工业园区的污染源排放溯源监测系统选取了嘉兴市王江泾工业园区，工业污染源在线水质预警系统的重点研究区域选择了起点为秀洲区王江泾与南湖区湘家荡行政分界线，终点为嘉兴市污水外排一期起端的1号泵站。工业污染源—污水管网—污水集中处理设施综合调控系统的建设目标是通过建立源—网—厂综合调控平台，构建嘉兴市污水一体化调度运行机制，同时提升各泵站的信息化和安防水平，实现污水调度智能化运行。该平台主要负责收集处理市本级、秀洲区、南湖区、平湖市西部、嘉善县南部、海盐县及嘉兴港区污水的输送调度。污水处理厂服务面积1860平方公里，服务人口250万人，设计输送能力60万立方米/日，输送管线137.4公里，输送泵站17座，其中外排一期输送能力30万立方米/日，外排二期输送能力30万立方米/日。接入嘉兴市联合污水输送管网的市本级及周边县（市、区）污水处理公司共11家，泵站共192座（包括地面泵站和地埋泵站）。目前该平台已建成并实现业务化运行，且正在开展第三方监测和效果评估工作，初步实现了嘉兴市联合污水处理厂进水稳定运行率提高10%以上的目标，有力支撑了嘉兴市污水的稳定达标排放，为嘉兴市的水环境质量持续改善提供了相关支撑。

嘉兴城市防洪工程闸泵联合调度平台是嘉兴水专项的另一个工程示范项目。该工程示范项目主要针对嘉兴市内河水流不畅、自净能力弱、闸泵调控方式单一的问题，首先解决了各部门数据分头采集、信息管理碎片化的问题，在嘉兴市首次整合气象、水文、水质、防洪设施运行调度等信息，在平台上系统展示40个实时水质数据、65个实时水位数据、47座水闸运行状态数据、4个水利枢纽运行状态数据、4套水文水质在线测报系统数据以及未来3天天气预报信息，并可进行历史数据查询和趋势分析，极大促进了闸泵联合调度的信息化管理水平。基于水专项研发的降雨径流—排水管网—河网动态边界耦合模拟技术和基于闸泵调度的水量水质动态实时调控优化技术等两项关键技术，编制了《嘉兴城区内河水质水量调度规程》，并建设离线优化调度方案库，可根据气象、水文、水质等状况确定闸泵调度方案；构建了实时在线泵闸联合调度模型，可对调度方案的水质改善效果进行进一步的评估和优化。系统平台于2019年6月26日完成所有功能和用户界面的研发，经过3个月的调试和试运行，于2019年9月28日正式投入业务化运行，目前系统运行稳定，达到预期效果。大包围圈内水文、排水系统、河网水动力水质耦合模型模拟24小时的计算时间不超过两分钟，以实测值的30%作为许可误差，内河水系污染物浓度的模拟准确率达到86.7%；城市防洪工程实时调度方案生成时间不超过10分钟；通过调控优化技术的应用，嘉兴市城区大包围圈内水环境质量提升5%以上，有力支撑了嘉兴市水环境质量的持续改善。

工程示范项目之三是嘉兴市市域水环境监控网络平台建设。平台依托嘉兴市生态环境局水质监测数据、水量及通量监测数据，通过构建多源异构的水环境大数据平台，运用GIS地图、大数据处理技术、图表、报表管理等技术服务，建设了水质监测、站点详情管理、水量监测、通量监测、预警预报、综合分析等功能模块，实现对嘉兴市市域内地表水自动站、地表水人工站、饮用水自动站、饮用水人工站数据、河道水量、通量数据的实时监控，加强对于水环境质量的监控管理；并基于相应数据形成水样比对、变化趋势等统计分析，为水环境决策提供数据支撑。目前已完成水环境监控网络平台的构建，实现平台业务化试运行。

文雯