南水北調中線丹江口段水質安全評價模型研究

李莉 孫勇 曹俊 潘坤

摘? 要：南水北調中線由一條長長的開放運河和復雜的水力結構組成。它以極其嚴格的水質要求為城市提供飲用水。近幾十年來，調水工程中經常發生水污染事故。需要進行科學有效的風險評估，以評估其對整體應急管理的影響，應將其納入社會，經濟和環境問題，以便及時應對和管理突發事件。在這項研究中，我們以丹江口段為研究對象，組建了一個綜合的水質安全評價模型，主要為協調發展度模型。該模型的建立可以用于更科學，更通用地評估事故，從而幫助管理人員或專家做出更快，更有效的決策。

關鍵詞：南水北調;中線;丹江口;水質安全;模型

中圖分類號：X824? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0070-02

Abstract： The middle route of the South-to-North Water Diversion Project consists of a long open canal and complex hydraulic structures. It provides drinking water for cities with extremely stringent water quality requirements. In recent decades， water pollution accidents often occur in water diversion projects. Scientific and effective risk assessment is needed to assess its impact on overall emergency management and should be integrated into social， economic and environmental issues， in order to respond to and manage emergencies in a timely manner. In this study， we take the Danjiangkou section as the research object to set up a comprehensive water quality safety evaluation model， mainly the coordinated development degree model. The establishment of the model can be used to assess accidents more scientifically and generally， so as to help managers or experts make faster and more effective decisions.

Keywords： South-to-North Water Diversion; middle route; Danjiangkou; water quality safety; model

1 概述

可持續發展已成為各國政治議程中至關重要的問題[1]。水資源的使用是可持續發展的重要方面，尤其是在水資源短缺的地區[2]。為了解決華北地區，特別是河南省，河北省，天津市和首都北京的缺水問題，中國政府啟動了具有戰略意義的南水北調中線工程。南水北調中線工程于2014年12月開始。主渠長1277km，總水頭的長度<100m，有1800種不同類型的結構。南水北調中線工程的供水已成為許多受水地區的主要水源。它影響了華北地區的飲用水安全，極大地影響了工業生產和人民生活。但是，南水北調中線工程的特點是渠道開放，操作條件復雜，對水質的要求更高，類型多樣且水污染風險源越來越多。因此，評估與南水北調中線工程相關的突發性水污染事件具有重要意義。

利用預警和預測，應急控制和風險評估系統對突發水污染事故進行了多項研究。Long等提出了一套全面的應急控制系統，用于應急風險評估和控制。徐等提出了一種實時，快速的應急控制模式，以應對與長距離輸水工程有關的突發性水污染事故。Wang等提出了一種識別河流中污染源的方法，該方法可用于快速控制污染擴散。Lei等開發并實施了決策支持系統，該系統為污染事故的管理提供了技術支持。盡管這些研究為減少污染事故的影響提供了有價值的工具，但對這些系統的仔細分析顯示它們仍然存在一些局限性：（1）它們只關注總分;（2）在評估標準和替代方案時，他們主要考慮自然語言表達方式，而不是確切的數字;（3）他們主要關注各個指標，而忽略了它們之間的聯系。

因此，需要一種綜合的風險評估方法，該方法基于一系列定量的靜態或動態指標來反映突發性水污染事故的風險水平，并考慮這些指標之間的關系。在綜合風險過程中，迫切需要解決的問題是如何建立一個涵蓋各個方面的指標體系，并考慮系統各相關指標之間的關系[3]。

突發的水污染事件對人類的生活，社會，環境和經濟發展具有重大影響。為了澄清這些部門之間的關系，DPSIR框架受到了越來越多的關注。DPSIR框架使我們能夠以簡單的方式描述和闡明社會及其生態系統之間的關系。由于其簡單性和可理解性，它已被用于各種目的。驅動程序-壓力-狀態-沖擊-響應（DPSIR）模型源自壓力-狀態-響應（PSR）框架，可用于捕獲社會，經濟和環境系統;它已被廣泛用于分析人類與環境系統之間的相互作用。DPSIR框架在簡化復雜的人環境系統，定性描述其相互關系以及支持相關政策制定方面具有概念上和實踐上的優勢。DPSIR框架是一種有效的方法，可用于探索突發性水污染事故與社會經濟系統之間的關系，因為它提供了一種有組織的方法來分析突發性水污染事故的影響，后果和響應[4]。

基于歷史事件的統計數據和主觀專家判斷的決策模型已廣泛用于評估領域。突發水污染事故的風險水平是通過使用與理想解決方案的偏好相似性，模糊綜合評價方法進行技術排序來分析影響突發水污染事故的重要指標來確定的，脆弱性模型，多標準分析以及其他方法。這些方法用于不同的情況，并將結果與其他多準則決策分析方法進行比較。FCEM具有許多優點，例如，它可以用于解決特別難以量化的模糊問題和各種不確定性問題。由于其實用性和科學性，FCEM已被廣泛用于項目投資，安全建設和教育系統。模糊綜合評價法（FECM）可以處理“定性定量問題”。它基于從屬度理論，可以在一定程度上將定性評估轉換為定量評估[5]。在綜合風險評估過程中對每個指標進行了綜合分析和評估，而不是單獨進行。對于基于多個指標之間關系的多個系統，協調發展模型（CDDM）是一種有效的方法，并且顯示出更好的性能[6]。

2 材料與方法

2.1 區域描述

南水北調是中華人民共和國的一項戰略項目，分為三條路線：東，中和西。東線工程的起點是江蘇省揚州市的江都水利樞紐。中線工程的起點是漢江上游和中游的丹江口水庫。中線工程供水區域包括河南，河北，北京和天津市。

2.2 綜合風險評估

基于靜態和動態指標體系的評估結果，將協調發展模型應用于中線工程的風險評估，重點是靜態和動態風險評估指標體系之間的關系。

（1）當0≤D≤0.35時，兩個系統之間的協調發展表現出巨大的不平衡。如果SI>DI，則選擇靜態指標系統的FCEM結果作為突發水污染事故最終風險的評估結果。如果SI

（2）當0.35≤DD≤0.7時，兩個系統之間的協調發展嚴重失衡。在這種情況下，兩個系統的評估結果可能會有很大差異。因此，應添加乘法算法以消除差異。無論情況如何，應將靜態和動態指標系統的FCEM結果相乘，以獲得突發水污染事故的最終風險評估結果。

（3）當0.7≤DD≤0.85時，兩個系統之間的協調發展代表了適度的不平衡。將靜態和動態指標系統的FCEM結果相乘，以獲得突發水污染事故的最終風險評估結果。

（4）當0.85≤D≤1.0時，兩個系統之間的協調發展表現為低不平衡。將兩個系統的FCEM結果相加，以獲得突發水污染事故的最終風險評估結果。

3 結果與討論

3.1 突發性水污染事故風險評估框架

3.1.1 基于DPSIR模型的索引分類

考慮到南水北調中線工程的風險及其對突發性水污染事故的影響，已經建立了標準層，包括五個方面：驅動因素，壓力，狀態，影響和響應。結合研究區域的實際情況，提出了索引層系統。經過一系列定量分析，將該系統分為動態指標和靜態指標，并結合每個指標的特征。還考慮了索引的屬性，即正數或負數。然后將結果分為四個級別以指示風險級別，即低，中，嚴重和巨大風險。同樣，張等為南水北調中線工程建立了有效的水環境預警系統，其突發水污染事故指標包括社會經濟和自然環境影響指標。

基于DPSIR模型的理論，使用了新的綜合評估方法來評估南水北調中線工程。該指標體系由16個指標組成，其中包括7個靜態指標和9個動態指標。六個指標是肯定的，即“污染事故特征”，“供水狀況”，“事故區域狀況”，“水質恢復”，“公眾滿意度”和“緊急程度”。其他十項指標為負。根據MRP的實際情況進行計算和評估后，將結果分為四個風險級別：低，中，嚴重和巨大。

3.1.2 各指標值的分析結果

新的綜合評估方法已應用于南水北調中線工程。基于DPSIR模型的指標體系，使用FCEM和CDDM評估了突發水污染事故的風險。FCEM用于評估突發性水污染事故的風險評估指標，而CDDM用于描述兩個指標體系之間的關系。Long等將AHP與CDDM集成在一起，為南水北調中線工程開發了應急控制系統。

為了評估緊急開發的風險，我們在與水利工程或環境科學專業的相關專家以及南水北調中線工程經理進行了廣泛協商之后，建立了以下三個評分方案。分析結果表明，風險評估指標的總體趨勢是一致的。指標值的小幅波動主要是由于所選專家都是環境和水上運輸工程師，而且他們的知識水平和經驗差別不大。因此，有必要進一步完善專家數據庫。專家不應局限于他們的專業;還應咨詢熟練的管理人員和技術人員。關于“污染路徑”指數，考慮了七個方面：人為中毒，交通事故，內部排水系統的洪水和地下水污染，企業偷污，填埋解決方案指數，藻類繁殖指數和沉降指數。將來，需要根據項目的實際運行情況進一步完善指標體系。

3.2 提出方法的優點

根據Long等人提出的基于AHP和CDDM的應急風險評估方法。兩個系統之間的CDDM為0.72，風險級別代表中等風險，比綜合風險評估方法的結果低一個級別。在對這兩種風險評估方法進行比較的基礎上，得出以下結論：（1）結合考慮更多客觀數據屬性的熵方法和結合考慮更多主觀數據特征的AHP方法，得出最終指標權重合理可行;（2）FCEM在評估中包括了人的經驗，從而根據實際情況進行了更加客觀的評估。FCEM還可以用于結合定性和定量因素，擴大信息量并提高評估數量，從而獲得可靠的評估結果。因此，本文提出的綜合評價方法是比較合理的。

4 結束語

我們以丹江口段為研究對象，組建了一個綜合的水質安全評價模型，主要為協調發展度模型。該模型的建立可以用于更科學，更通用地評估事故。政府部門要加強污染源控制、開展生態建設、合理利用資源，提高資源的利用率以及加快水土保持工程的建設，為南水北調中線工程的水質安全提供技術保障。

參考文獻：

[1]朱媛媛，田進軍，李紅亮，等.丹江口水庫水質評價及水污染特征[J].農業環境科學學報，2016（1）：139-147.

[2]陳華，郭生練，柴曉玲，等.漢江丹江口以上流域降水特征及變化趨勢分析[J].人民長江，2005（11）：29-31.

[3]王志杰，蘇嫄.南水北調中線水源地生態脆弱性評價與特征分析[J].生態學報，2018，38（2）：1-12.

[4]秦福來，王曉燕，王麗華，等.基于DEM的流域特征提取及應用[J].河北師范大學學報（自然科學版），2006（1）：109-112.

[5]岳丹丹，梁海濤，王天慧，等.BP人工神經網絡模型在西鞍山鐵礦地下水水質評價中的應用[J].環境監測管理與技術，2016（4）：23-26.

[6]雷沛，張洪，單保慶，等.丹江口庫區及上游COD和氨氮工業污染源解析[J].長江流域資源與環境，2014（2）：243-251.