城市供水系統風險評價與防范對策

蔡 倩，安 娜，王 鋒，韓小波，潘博倫，涂倩倩

(深圳市水務<集團>有限公司，廣東深圳 518031)

隨著人民生活水平的提高和健康意識的提升，人民群眾對飲用水的水質愈加關注，飲用水水質關系民生福祉，是供水行業提升人民群眾安全感、獲得感與幸福感的重要路徑。根據城市發展戰略規劃，S市計劃在“十四五”期間普遍實現自來水可直接飲用，基于這一目標編制了地方水質標準，并將可直飲的自來水定義為：經過深度處理工藝、達到地方水質標準要求、經城市公共供水管網穩定輸送至用戶、可以直接飲用的自來水，內涵體現在安全健康、品質優良和體驗愉悅這3方面。因此，針對“直飲”，自來水水質的控制目標在滿足國家水質標準的基礎上，突出了對感官指標、微生物指標及毒理指標的更高要求，具體表現在渾濁度、色度、氣味、嗅閾值、消毒劑最高限值、消毒副產物、菌落總數、農藥、重金屬等水質指標的提升或增加上。此外，自來水直飲不僅僅代表水質的提升，還要求供水企業在供水保障能力、風險管控水平甚至客戶服務等方面實現全面提高，以滿足用戶對“直飲”更高的心理預期。

供水系統是開放的多元化系統，涉及取水、制水、輸配水及二次供水等多個環節，具有流程長、時空范圍廣、結構復雜、影響因素眾多等特點。同時，原水水質波動、供水設施的老化、突發污染事件以及極端天氣等因素又使得供水系統存在一定的隱患和薄弱環節，這為S市全面執行地方水質標準、實現自來水直飲目標提出了很大的挑戰。因此，需要系統梳理S市供水系統存在的風險并進行風險評價。付朝暉等[1]針對沿海城市供水系統易受咸潮、臺風以及洪澇災害影響等問題，以增強城市供水安全保障、提升抗風險能力為目標，采用矩陣分析法對城市供水系統風險進行綜合評價。黃凱寧等[2]利用層次分析和風險矩陣法分析供水系統的風險，其目的也主要在于提升供水安全保障水平。

城市自來水直飲在我國尚屬新鮮，針對更高的水質目標及風險管控要求，供水系統存在的風險因素及風險水平也不盡相同，因此，需要通過系統、科學的風險評估方法，識別與評估在實現自來水直飲的過程中存在的風險因素、找到系統短板。此項工作于2019年開展，系統梳理與評價了當時S市供水系統的現狀與風險情況，并根據結果制定風險應對策略，期望可以為其他城市的水質提升工作提供參考。

1 城市供水系統風險評價方法及評價體系構建

1.1 城市供水系統風險評價方法

常見的風險評價方法有專家調查法、蒙特卡羅法、敏感性分析法、層次分析法、風險矩陣法、灰色理論評價法、模糊綜合評價法、事故樹分析法等[3]，各種方法都有其優缺點及適用范圍，方法的選擇應根據評價對象的特點及評價目標綜合考量確定。

城市供水系統是指將原水經加工處理后，按需求把制成水供到各用戶的一系列工程的組合[4]，分為取水、水處理、輸配水和二次供水4個子系統。從水質保障角度而言，城市供水系統時空范圍廣、流程長、結構復雜，水質風險受到系統內外多種因素的影響及制約，且每部分還存在不同的風險源。根據城市供水系統結構復雜、風險源多、各風險因子對整體風險的貢獻權重不盡相同等特點，決定選用層次分析和模糊綜合評價相結合的方法，評價S市供水系統存在的風險及風險級別。

層次分析法是一種解決多目標復雜問題的定性與定量相結合的系統化、層次化決策分析方法。采用層次分析法進行評估的核心思想，是根據風險控制的總體目標及系統各部分的特點，將供水系統總體風險分解成不同子系統、不同層次的風險因素，構造出風險因素的判斷矩陣，再通過數學計算得到各風險要素相對于系統總體風險的權重[5-7]。

模糊綜合評價法依據模糊數學的隸屬度理論，是一種可以把定性評價轉化為定量評價的方法[3-5]。在供水系統風險評估中，通過模糊綜合評價法量化各風險因素發生的可能性K1和嚴重性K2，以此衡量供水系統風險發生的頻率和危害程度。再通過可能性與嚴重性的乘積，確定各風險因素所處的風險等級。

如前所述，供水系統屬于復雜系統，通過層次分析法和模糊綜合評價法的結合，可以將系統風險分析一一分解為對其貢獻權重不一的眾多風險因素，并以量化的方式衡量各風險因素、各子系統以及系統整體的風險水平，從而實現風險評價的目的。

1.2 城市供水系統風險評價體系構建

1.2.1 單因素風險的評價

根據模糊綜合評價方法，將風險分為風險發生的概率(K1)與風險發生帶來的影響(K2)兩個維度，因此，單因素風險為自來水直飲帶來的影響。將K1與K2分別按低、中、高排序，形成0～5的分值，由專家進行賦值，原則如表1～表2所示。

表1 風險可能性等級及賦值原則

表2 風險嚴重性等級及賦值原則

單因素風險的等級如式(1)。

單因素風險值K=K1×K2

(1)

K值的大小即為單因素風險值的評價依據，將風險等級劃分為Ⅰ～Ⅳ 這4個等級，劃分原則如表3所示。若風險值處于Ⅰ級風險(15，25]，應給予高關注，必須盡快且不計成本地阻止其發生；若風險值處于Ⅱ級風險(10，15]，應給予較高關注，合理分配資源以阻止其發生；若風險值處于Ⅲ級風險(5，10]，應保持關注并采取合理措施阻止其發生或盡可能降低其發生后造成的影響；若風險值處于Ⅳ級風險(0，5]，可以在風險發生后再采取措施。

表3 風險等級劃分標準

1.2.2 風險權重的確定

風險權重值是指各風險因素在供水子系統以及供水子系統在整體供水系統中的相對重要程度，由此來綜合衡量各風險因素對于供水子系統，以及供水子系統對于供水系統的風險比重。確定各個風險因素的權重是風險評價的關鍵，層次分析法是一種典型的確定各個風險因素權重的方法，以專家調查問卷或座談的形式，通過構造比較判斷矩陣、一致性檢驗、計算風險權重等過程，獲得各個風險因素權重。本次研究利用邁實AHP層次分析法軟件實現計算過程。

1.2.3 供水系統風險評價

供水系統的風險通過子系統的風險值和子系統的權重值來評價，子系統風險值則通過子系統內各單因素風險值和單因素權重值評價，如式(2)～式(3)。

供水系統風險值=∑子系統風險值×子系統權重

(2)

供水子系統風險值=∑子系統單因素風險值×

子系統單因素權重

(3)

由表3的風險等級劃分標準，可評價出各供水子系統以及供水系統的風險等級。

2 S市供水系統風險評價結果與討論

2.1 S市供水系統概況與風險識別

2.1.1 原水系統

S市的原水主要由兩大境外水源工程供應，本地水源作為補充和調節。兩大供水工程組成網絡干線，網絡支線連通本地調蓄水庫形成如“長藤結瓜”的分配體系，使境外水源工程與本地水庫相互連通，提高了原水調度的靈活性。但是從雙水源保障角度，S市單一水源水廠的數量占總水廠數量的42.3%，存在一定的原水保障風險。

S市原水水質情況整體良好，4座主力水庫中，3座水庫水質達到地表Ⅱ類，1座水庫達到地表Ⅲ類。但原水水質存在明顯的季節性波動的情況，春夏高溫季節，藻類繁殖會帶來嗅味和pH短時間劇烈升高的問題，部分水庫的鐵、錳及有機物濃度出現異常，由此引發嗅味和黃水問題，并曾導致客戶投訴。另外，原水水質風險預警系統尚未實現全市覆蓋，部分區域響應水質季節性波動和突變水質污染事件的速度滯后。S市為沿海城市，應對臺風等極端天氣引起的原水水質水量保障風險給予充分重視。

2.1.2 制水系統

目前，S市共有水廠47座，供水能力為700.8萬t/d，日均供水量約556萬t。其中，常規工藝水廠42座，占總處理能力的86.1%，深度處理水廠5座，占總處理能力的13.9%。S市執行現行國家標準《生活飲用水衛生標準》，出廠水綜合合格率可達到100%。

水廠的凈水工藝和設施設備保障水平是影響出廠水水質的重要因素。目前，S市服役超20年的老舊水廠共計18座，單水沖虹吸濾池、雙閥濾池等工藝較為落后的水廠13座，共占全市供水能力的22%。這些水廠設施設備保障率不足，應對原水水質變化的彈性較低，對標自來水直飲的水質目標具有一定風險。

S市水廠的總體產能可以滿足用水需求，但由于地理條件、經濟水平差異、歷史遺留等因素導致局部地區供水緊張，加上區域供水環網度不夠、片區間聯絡程度有限，部分水廠處于滿負荷甚至供水高峰期超負荷運行，這為自來水直飲的高水平水質保障帶來了挑戰。

為了強化出廠水水質保障，依據上層次規劃要求，在對低保障小水廠實行關停的基礎上，在保留水廠進行深度處理工藝是提升水質安全保障程度的重要技術對策，可以為直飲水質提供充足的安全裕度。同時，深度處理可以去除S市水源中消毒副產物前體物、致色和致嗅物質、農藥等目標污染物，彌補常規處理工藝的不足。S市5座水廠實現了深度處理，約占全市供水處理能力的13.9%，缺少深度處理工藝的水廠在水質保障程度方面具有一定風險。

此外，部分電源保障不足會帶來生產隱患。S市9座水廠存在單電源或雙電源有缺陷的情況，如遇到斷電情況，水量和水質保障將受到嚴重影響。

2.1.3 輸配系統

S市市政供水管網總長度約8 600 km，球墨鑄鐵管、鋼管、高密度聚乙烯管等優質管材占比約為76.3%；灰口鑄鐵管、鋼筋預應力管等不再推薦使用的管材約為14%；從建設年代來看，2000年以后鋪設的管道長度占42.4%，1990年以前鋪設的管道長度占10.6%。

在輸配環節，應著重提升水質保持穩定的能力。需重點關注的風險因素主要為：(1)因管道工事的不規范操作(如爆管搶修、新舊管接駁等)引發的水質污染事件；(2)因老舊管道腐蝕、停水通水等水力條件改變導致的黃水；(3)仍存在部分灰口鑄鐵管等不推薦使用的管材并可能帶來負面水質影響；(4)流速偏低、水齡偏長的管段可能會出現余氯降低、細菌總數超標的情況。

2.1.4 二次供水系統

據不完全統計，S市共有近7 000座二次供水加壓泵房，納入供水企業管理的泵房不到1/10。因部分加壓泵房建設標準不高、“三孔”布設無法滿足規范要求、部分生活與消防水池未分離，出現停留時間過長或短流等問題，可能會導致二供環節余氯降低、細菌總數超標的情況。此外，部分物業管理私自采取直抽或疊壓方式對加壓泵房進行節能改造，易對周邊或市政管網帶來沖擊和不利影響等。

2.2 S市供水系統風險評價結果及討論

2.2.1 單因素風險評價

以自來水直飲為目標，通過梳理S市供水系統從“源頭到龍頭”存在的風險，共識別出21項風險，基于此編制風險評價表，邀請供水行業專家進行打分。為充分體現客觀性，共邀請了36位行業專家參加，包括設計院、高校及科研機構的行業專家、供水企業管理人員、專業技術人員以及運營管理人員，結果如表4所示。由表4可知，所有風險指標中Ⅱ級風險指標級別最高，共8項，占38%。將所有指標按風險值及風險權重大小排序，排在前10的風險指標情況分別如表5和表6所示。

表4 單因素風險及子系統風險評價結果

一個單因素風險對供水系統整體風險的貢獻水平，由其風險值及權重共同決定。一方面，有些風險因素值較高，但權重不大，如排名前10的風險因素中，二次供水環節占據5項(表5)，說明S市的二次供水設計標準和管理水平對照自來水直飲的標準差距較大，供水企業應從降低水齡、最大程度減少二次污染發生等方向提升二次供水的水質保障水平。另一方面，有些風險因素值并不是最高的，但是權重較大，如排名前10的風險因素中，原水環節占據5項(表6)，這說明優質、穩定的原水是確保供水系統持續穩定生產優質自來水的最重要因素，原水水質一旦出現問題，將影響整個供水系統的生產運行，嚴重時甚至導致停水。

表5 單因素風險值TOP10

表6 單因素風險權重TOP10

2.2.2 供水系統風險評價

根據表4中各子系統風險值及風險權重，通過加權平均的方法，計算S市供水系統風險等級，結果如表7所示。針對自來水直飲需要達到的水質目標，S市供水系統的整體風險等級為Ⅱ級，屬于必須采取控制措施的風險級別，應對存在的風險因素給予較高關注，安排合理的資金防止風險發生。其中，原水子系統和二次供水子系統風險較高，為Ⅱ級；制水子系統與輸配水子系統的風險等級稍低，為Ⅲ級。根據對整個供水系統風險評價結果的權重貢獻，原水系統是影響供水系統整體風險水平的最重要環節，其次是制水系統。

表7 S市供水系統風險等級

3 S市供水系統風險防范對策

依據風險評價結果，S市在風險防控的對策主要分為兩大類：(1)針對硬件設施存在的短板，采取工程化措施增強供水系統的安全保障能力，從而保障水質達到直飲的要求；(2)針對管理不夠完善，引入HACCP管理體系，以食品生產的標準實現供水全流程風險管控，從而保障水質持續、穩定地達到直飲要求。主要舉措如下。

原水環節:(1)依據“水廠水源不少于2個，水廠原水輸水管道不少于2條”的原則完善原水管的建設，強化原水的雙水源保障；(2)建立動態的原水水質風險庫，加強風險預判，完善原水水質預警系統，加強供水企業與水源管理單位有關原水水質信息的共享與聯動，將風險防范工作前移；(3)針對污染事件、極端天氣等突發事件，做好應急預案和物資儲備，定期組織演練，不斷提升供水企業應對突發事件的處理處置能力。

制水環節:(1)按照S市供水規劃布局中“大水庫、大水廠、大管網”原則，加快推進水廠的整合，逐步關停工藝落后的老舊小水廠、新建高質量的大水廠，以解決老舊水廠和超負荷運行水廠的水質風險問題；(2)加快推進規劃保留水廠的工藝升級，增加深度處理工藝，增強水廠應對原水水質波動的韌性能力；(3)針對部分水廠電源保障不足的問題，加快建設雙回路電源，對于不具備雙回路條件的，以及即將關停的水廠，配置備用發電機。

輸配水系統:(1)針對不合格管材、經常爆管、老舊銹蝕的管段進行更新改造，提升管網在輸送過程中水質保持的能力;(2)改善管網系統的水力條件，盡量消除支狀管網，加大對市政預留口和廢棄管道的切除，對流速偏低的管道進行定期清洗;(3)有計劃地推進區域間大管網的互聯互通工程，未來實現“當某區域水廠或供水管網故障停水時，周邊相鄰區域可補給的供水量不少于本區域需水量的30%”;(4)提升施工管理的標準與水平，嚴格規范管道工事行為，杜絕因施工導致的水質二次污染事件。

二次供水環節:(1)有序推進二次加壓泵房的標準化改造;(2)推動由供水企業代管的專業化管理模式，讓專業的人做專業的事，形成“權責明晰、管理專業、監管到位”的二次供水管理新格局。

管理提升方面:以HACCP作為水質風險管控的指導思想，關注供水全過程、抓住影響水質安全的關鍵點，充分結合與利用信息化手段，全面提升飲用水“從源頭到龍頭”的安全管理水平。

4 結語

城市的供水系統存在多方面和多層次的目標，如保障用戶端的水量、水壓和水質，又如保障供水和生產的安全等。針對不同的目標，風險識別的內容和風險評價的結果不盡相同。本文主要針對城市自來水直飲，緊密圍繞水質達到直飲要求這一目標，運用層次分析和模糊綜合評價相結合的方法，對S市供水系統的風險進行了綜合評價。本文結果為該城市未來供水系統的規劃設計、更新改造以及工程建設時序的決策提供了支撐，也為供水全流程、管理全鏈條的風險管控提供了依據。

目前，在我國實現城市自來水直飲還需要供水企業不斷地進行探索和嘗試。因此，對供水系統風險進行全面評價，不僅是提升水質風險管理水平的基礎，也是S市在自來水直飲實踐過程中經驗與教訓的充分總結。目前，全國眾多城市和地區的供水企業有全面提升自來水水質的愿望和需求，《上海市城市總體規劃(2017—2035)》也提出“全市供水水質與同期歐美發達國家同級城市保持同等水平，滿足直飲需求”的目標，希望通過本文，能夠為國內其他城市的自來水水質提升提供借鑒。

需要說明的是，風險評價是一個動態的過程，隨著客觀條件的改變或者是目標的調整，應對風險識別、風險評估以及相應的風險控制措施保持定期更新和修訂。通過這樣如此往復的過程，不斷迭代完善城市供水系統的風險評估體系，以適應城市的高質量發展需求。