水源地突發水污染時應用需水量估測研究

李力南

(大石橋市水源水利管理處，遼寧 營口 115100)

水源地作為城市供水的主要來源，如果一旦發生突發的水污染事件，需要當地進行應急處理，而在應急處理期間，為保障城市主要供水正常運行，需要預留應急需水量。當前，許多城市開展水源地應急突發事件的需水量研究[1- 6]，大都采用經驗方法進行應急需水量的估測，存在一定的經驗性。近些年來，有學者通過對國內發生的水源地突然污染事件進行案例篩選，對可能發生的水源地污染事件進行風險分析，在此基礎上進行應急需水量的估測[7- 9]。這種方式預測的應急需水量理論性較強，可成為城市水源地突發水污染事件應急預案制定的有效理論依據。這種方式在北方地區水源地污染應急需水量預測還應用較少，為此本文結合該方法，以遼寧南部某城市為研究實例，對該城市水源地突發水污染事件的應急需水量進行估測，從而為其他城市水源地發生水污染事件應急供水預案的制定提供依據參考。

1 研究方法

可以導致城市水源發生突發水污染的影響因素較多，因此需要結合故障樹邏輯原理進行各因素架構，方程為：

G=G1G2= (G3+G4+G5+G12)× (X5+X14+X15)

(1)

式中，G1、G2、G3、G4、G5、G12—表示不同層級的自然影響要素；X5、X14、X15—表示為不同層級的人為影響因素。

在進行案例篩選分析時，對n個案例進行粗集篩選，每個案例標注為：ui(i=1，2，，n)，每個風險路徑代表一個突發水污染事件，特征向量標注為：V={v1，v2，，vm}，各個特征屬性的集合求解為:D={di}，以最終案例的特征屬性向量對案例進行標注，標注屬性方程為：

ui=case{V，D}=case{v1，v2，，v18，di}

(2)

在進行方案篩選后，進行特征屬性差異指數的構建，構建方程為：

(3)

式中，h—距離指數；wj—不同指標的權重；doi—不同案例之間的加權歐式距離；d0ij—不同案例之間的差異性，其中無差異性的計算方程為：

I=(u0，ui)={j|?j∈[1，m]，d0ij≤pj}

(4)

弱差異性計算方程為：

I-(u0，ui)={j|?j∈[1，m]，pj

(5)

強差異性計算方程為：

I+(u0，ui)={j|?j∈[1，m]，d0ij>qj}

(6)

式(4)～(6)中，I=(u0，ui)、I-(u0，ui)、I+(u0，ui)—表示為無、強、弱差異性指數；pj、qj—指標的閾值；m—案例的個數。在案例差異性指數計算的基礎上，需要對案例的相似度進行計算，計算方程為：

(7)

式中，SIMoi—不同案例的相似指數；DI0ij—不同案例的差異性指數。在案例相似度分析基礎上，對發生突然污染事件進行風險分析，并對可能事件進行應急供水量的預測，預測方程為：

WL=d0PA

(8)

式中，WL—估測的應急供水量,萬m3；d0—應急供水中斷的時間長度,h；P—影響人口的數量,萬人；A—生活應急供水的定額。

2 實例應用

2.1 實例概況

本文以遼寧南部某城市為研究實例，該城市的多年地表水資源總量為2.57億m3，供水水源主要來自流域內的地下水及外調水，日供水量均值約為2.9萬t，區域內主要的供水水源為10處，此外在供水水源配有抽水泵站12處，抽水開采水井9處，本文對該城市供水水源進行突發水污染風險分析，并結合歷時案例篩選，對城市水源污染應急供水進行預測，從而制定應急供水方案。

2.2 歷史案例分析

對歷史案例的水源類型和污染物類型進行了梳理，分析結果見表1。

表1 水源突發污染案例分析

從表1中可看出，歷史案例供水水源主要為水庫和河道供水，突發污染事件的類型比較多，其中污染物排放類型較多，受山洪泥沙污染類型影響較少。

2.3 歷史案例的粗集篩選分析

對歷史案例進行粗集篩選分析，篩選分析結果見表2。

表2 案例粗集篩選分析結果

doi表示為不同案例之間的加權歐式距離加權特征距離，該值越大表示特征距離越近，區域發生同類型突發水污染事件的相似度越高，從表中計算分析結果看出，各類型案例下，區域doi總體小于15，相似度屬于中間范圍。當doi的值總體小于2.0時，則發生相類似水污染事件的總體風險概率較低。

2.4 特征屬性差異指數分析

在各案例粗集篩選分析的基礎上，對各個影響要素特征屬性差異指數進行分析，分析結果見表3。

表3 影響要素特征屬性差異指數分析結果

從表3中可以看出各個影響要素特征屬性差異指數在4.514～11.275之間，可以看出各個影響要素的特征屬性差異指數變異程度較小，從側面也可看出，供水水源突然水污染事件下各要素影響程度較為類似，差異性較小。

2.5 案例相似度計算

在各個指標特征屬性差異性指數計算的基礎上，對各個案例的相似度進行分析，分析結果見表4。

表4 案例相似度分析結果

相似度指數越大，表明區域發生該類型案例的風險程度較高，而相似度指數越低，表明研究區域發生該類型案例的風險程度較低。從表中可看出，區域相似度指數總體分布在0.145～0.535之間，相似度最大值為0.535，表明區域發生該類型案例的風險程度較高，相似度最低值為0.145，表明研究區域發生該類型案例的風險程度較低。

2.6 案例篩選結果

在各個案例相似度分析的基礎上，對案例進行相似度的分類篩選，分析結果見表5。

表5 案例篩選分析結果

從表5中可看出，區域發生和案例6相似類型的突發水污染事件的風險度最高，其相似度達到0.622，其次是案例1，和案例16發生相似類型的突然水污染事件的風險程度相對較低，但表中9種案例的相似度在初步篩選的20中案例中風險度最高，從中斷時間可看出，水源污染中斷事件一般低于5d。

2.7 應急供水量預測

在相似案例分析的基礎上，結合應急供水預測方法，對區域相似案例下的應急供水進行預測，預測結果見表6。

表6 相似案例下區域應急供水量預測結果

結合各個案例的中斷事件、影響人口以及區域主要的生活應急供水定額，可以計算得到發生不同風險程度供水水源突發污染事件下的應急供水量，得到的應急供水量可以為區域供水水源突發應急供水預案制定提供科學的依據。

3 結語

(1)本文通過對歷時水污染案例進行相似度篩選，按相似度進行分類，計算得到發生相似類型水源污染事件下的應急供水量，該方式解決傳統預案設定的歷時經驗性，保證了預案的科學性，在實際應急供水預案制定中具有較好的應用前景。

(2)本文對案例屬性及其權重設置較為主觀，在以后的研究中還需要對案例屬性特征及其權重設置進行改進，保證方法計算的客觀性。