水源地突發(fā)水污染時應(yīng)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(fā)生突發(fā)的水污染事件，需要當?shù)剡M行應(yīng)急處理，而在應(yīng)急處理期間，為保障城市主要供水正常運行，需要預(yù)留應(yīng)急需水量。當前，許多城市開展水源地應(yīng)急突發(fā)事件的需水量研究[1- 6]，大都采用經(jīng)驗方法進行應(yīng)急需水量的估測，存在一定的經(jīng)驗性。近些年來，有學者通過對國內(nèi)發(fā)生的水源地突然污染事件進行案例篩選，對可能發(fā)生的水源地污染事件進行風險分析，在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)急需水量的估測[7- 9]。這種方式預(yù)測的應(yīng)急需水量理論性較強，可成為城市水源地突發(fā)水污染事件應(yīng)急預(yù)案制定的有效理論依據(jù)。這種方式在北方地區(qū)水源地污染應(yīng)急需水量預(yù)測還應(yīng)用較少，為此本文結(jié)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(fā)水污染事件的應(yīng)急需水量進行估測，從而為其他城市水源地發(fā)生水污染事件應(yīng)急供水預(yù)案的制定提供依據(jù)參考。

1 研究方法

可以導(dǎo)致城市水源發(fā)生突發(fā)水污染的影響因素較多，因此需要結(jié)合故障樹邏輯原理進行各因素架構(gòu)，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(fā)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(shù)的構(gòu)建，構(gòu)建方程為：

(3)

式中，h—距離指數(shù)；wj—不同指標的權(quán)重；doi—不同案例之間的加權(quán)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(shù)；pj、qj—指標的閾值；m—案例的個數(shù)。在案例差異性指數(shù)計算的基礎(chǔ)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(shù)；DI0ij—不同案例的差異性指數(shù)。在案例相似度分析基礎(chǔ)上，對發(fā)生突然污染事件進行風險分析，并對可能事件進行應(yīng)急供水量的預(yù)測，預(yù)測方程為：

WL=d0PA

(8)

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

2 實例應(yīng)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(nèi)的地下水及外調(diào)水，日供水量均值約為2.9萬t，區(qū)域內(nèi)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(fā)水污染風險分析，并結(jié)合歷時案例篩選，對城市水源污染應(yīng)急供水進行預(yù)測，從而制定應(yīng)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(jié)果見表1。

表1 水源突發(fā)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(fā)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(jié)果見表2。

表2 案例粗集篩選分析結(jié)果

doi表示為不同案例之間的加權(quán)歐式距離加權(quán)特征距離，該值越大表示特征距離越近，區(qū)域發(fā)生同類型突發(fā)水污染事件的相似度越高，從表中計算分析結(jié)果看出，各類型案例下，區(qū)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(fā)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(shù)分析

在各案例粗集篩選分析的基礎(chǔ)上，對各個影響要素特征屬性差異指數(shù)進行分析，分析結(jié)果見表3。

表3 影響要素特征屬性差異指數(shù)分析結(jié)果

從表3中可以看出各個影響要素特征屬性差異指數(shù)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(shù)變異程度較小，從側(cè)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(shù)計算的基礎(chǔ)上，對各個案例的相似度進行分析，分析結(jié)果見表4。

表4 案例相似度分析結(jié)果

相似度指數(shù)越大，表明區(qū)域發(fā)生該類型案例的風險程度較高，而相似度指數(shù)越低，表明研究區(qū)域發(fā)生該類型案例的風險程度較低。從表中可看出，區(qū)域相似度指數(shù)總體分布在0.145～0.535之間，相似度最大值為0.535，表明區(qū)域發(fā)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(qū)域發(fā)生該類型案例的風險程度較低。

2.6 案例篩選結(jié)果

在各個案例相似度分析的基礎(chǔ)上，對案例進行相似度的分類篩選，分析結(jié)果見表5。

表5 案例篩選分析結(jié)果

從表5中可看出，區(qū)域發(fā)生和案例6相似類型的突發(fā)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(fā)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(yīng)急供水量預(yù)測

在相似案例分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)急供水預(yù)測方法，對區(qū)域相似案例下的應(yīng)急供水進行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表6。

表6 相似案例下區(qū)域應(yīng)急供水量預(yù)測結(jié)果

結(jié)合各個案例的中斷事件、影響人口以及區(qū)域主要的生活應(yīng)急供水定額，可以計算得到發(fā)生不同風險程度供水水源突發(fā)污染事件下的應(yīng)急供水量，得到的應(yīng)急供水量可以為區(qū)域供水水源突發(fā)應(yīng)急供水預(yù)案制定提供科學的依據(jù)。

3 結(jié)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(fā)生相似類型水源污染事件下的應(yīng)急供水量，該方式解決傳統(tǒng)預(yù)案設(shè)定的歷時經(jīng)驗性，保證了預(yù)案的科學性，在實際應(yīng)急供水預(yù)案制定中具有較好的應(yīng)用前景。

(2)本文對案例屬性及其權(quán)重設(shè)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(quán)重設(shè)置進行改進，保證方法計算的客觀性。