南水北調(diào)中線丹江口段水質(zhì)安全評(píng)價(jià)模型研究

李莉 孫勇 曹俊 潘坤

摘? 要：南水北調(diào)中線由一條長(zhǎng)長(zhǎng)的開(kāi)放運(yùn)河和復(fù)雜的水力結(jié)構(gòu)組成。它以極其嚴(yán)格的水質(zhì)要求為城市提供飲用水。近幾十年來(lái)，調(diào)水工程中經(jīng)常發(fā)生水污染事故。需要進(jìn)行科學(xué)有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以評(píng)估其對(duì)整體應(yīng)急管理的影響，應(yīng)將其納入社會(huì)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問(wèn)題，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)和管理突發(fā)事件。在這項(xiàng)研究中，我們以丹江口段為研究對(duì)象，組建了一個(gè)綜合的水質(zhì)安全評(píng)價(jià)模型，主要為協(xié)調(diào)發(fā)展度模型。該模型的建立可以用于更科學(xué)，更通用地評(píng)估事故，從而幫助管理人員或?qū)＜易龀龈?，更有效的決策。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào);中線;丹江口;水質(zhì)安全;模型

中圖分類號(hào)：X824? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(xù)發(fā)展已成為各國(guó)政治議程中至關(guān)重要的問(wèn)題[1]。水資源的使用是可持續(xù)發(fā)展的重要方面，尤其是在水資源短缺的地區(qū)[2]。為了解決華北地區(qū)，特別是河南省，河北省，天津市和首都北京的缺水問(wèn)題，中國(guó)政府啟動(dòng)了具有戰(zhàn)略意義的南水北調(diào)中線工程。南水北調(diào)中線工程于2014年12月開(kāi)始。主渠長(zhǎng)1277km，總水頭的長(zhǎng)度<100m，有1800種不同類型的結(jié)構(gòu)。南水北調(diào)中線工程的供水已成為許多受水地區(qū)的主要水源。它影響了華北地區(qū)的飲用水安全，極大地影響了工業(yè)生產(chǎn)和人民生活。但是，南水北調(diào)中線工程的特點(diǎn)是渠道開(kāi)放，操作條件復(fù)雜，對(duì)水質(zhì)的要求更高，類型多樣且水污染風(fēng)險(xiǎn)源越來(lái)越多。因此，評(píng)估與南水北調(diào)中線工程相關(guān)的突發(fā)性水污染事件具有重要意義。

利用預(yù)警和預(yù)測(cè)，應(yīng)急控制和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)突發(fā)水污染事故進(jìn)行了多項(xiàng)研究。Long等提出了一套全面的應(yīng)急控制系統(tǒng)，用于應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和控制。徐等提出了一種實(shí)時(shí)，快速的應(yīng)急控制模式，以應(yīng)對(duì)與長(zhǎng)距離輸水工程有關(guān)的突發(fā)性水污染事故。Wang等提出了一種識(shí)別河流中污染源的方法，該方法可用于快速控制污染擴(kuò)散。Lei等開(kāi)發(fā)并實(shí)施了決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)為污染事故的管理提供了技術(shù)支持。盡管這些研究為減少污染事故的影響提供了有價(jià)值的工具，但對(duì)這些系統(tǒng)的仔細(xì)分析顯示它們?nèi)匀淮嬖谝恍┚窒扌裕海?）它們只關(guān)注總分;（2）在評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和替代方案時(shí)，他們主要考慮自然語(yǔ)言表達(dá)方式，而不是確切的數(shù)字;（3）他們主要關(guān)注各個(gè)指標(biāo)，而忽略了它們之間的聯(lián)系。

因此，需要一種綜合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，該方法基于一系列定量的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)指標(biāo)來(lái)反映突發(fā)性水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)水平，并考慮這些指標(biāo)之間的關(guān)系。在綜合風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程中，迫切需要解決的問(wèn)題是如何建立一個(gè)涵蓋各個(gè)方面的指標(biāo)體系，并考慮系統(tǒng)各相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系[3]。

突發(fā)的水污染事件對(duì)人類的生活，社會(huì)，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大影響。為了澄清這些部門(mén)之間的關(guān)系，DPSIR框架受到了越來(lái)越多的關(guān)注。DPSIR框架使我們能夠以簡(jiǎn)單的方式描述和闡明社會(huì)及其生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。由于其簡(jiǎn)單性和可理解性，它已被用于各種目的。驅(qū)動(dòng)程序-壓力-狀態(tài)-沖擊-響應(yīng)（DPSIR）模型源自壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）框架，可用于捕獲社會(huì)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境系統(tǒng);它已被廣泛用于分析人類與環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用。DPSIR框架在簡(jiǎn)化復(fù)雜的人環(huán)境系統(tǒng)，定性描述其相互關(guān)系以及支持相關(guān)政策制定方面具有概念上和實(shí)踐上的優(yōu)勢(shì)。DPSIR框架是一種有效的方法，可用于探索突發(fā)性水污染事故與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的關(guān)系，因?yàn)樗峁┝艘环N有組織的方法來(lái)分析突發(fā)性水污染事故的影響，后果和響應(yīng)[4]。

基于歷史事件的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和主觀專家判斷的決策模型已廣泛用于評(píng)估領(lǐng)域。突發(fā)水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)水平是通過(guò)使用與理想解決方案的偏好相似性，模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行技術(shù)排序來(lái)分析影響突發(fā)水污染事故的重要指標(biāo)來(lái)確定的，脆弱性模型，多標(biāo)準(zhǔn)分析以及其他方法。這些方法用于不同的情況，并將結(jié)果與其他多準(zhǔn)則決策分析方法進(jìn)行比較。FCEM具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，它可以用于解決特別難以量化的模糊問(wèn)題和各種不確定性問(wèn)題。由于其實(shí)用性和科學(xué)性，F(xiàn)CEM已被廣泛用于項(xiàng)目投資，安全建設(shè)和教育系統(tǒng)。模糊綜合評(píng)價(jià)法（FECM）可以處理“定性定量問(wèn)題”。它基于從屬度理論，可以在一定程度上將定性評(píng)估轉(zhuǎn)換為定量評(píng)估[5]。在綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了綜合分析和評(píng)估，而不是單獨(dú)進(jìn)行。對(duì)于基于多個(gè)指標(biāo)之間關(guān)系的多個(gè)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)發(fā)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(qū)域描述

南水北調(diào)是中華人民共和國(guó)的一項(xiàng)戰(zhàn)略項(xiàng)目，分為三條路線：東，中和西。東線工程的起點(diǎn)是江蘇省揚(yáng)州市的江都水利樞紐。中線工程的起點(diǎn)是漢江上游和中游的丹江口水庫(kù)。中線工程供水區(qū)域包括河南，河北，北京和天津市。

2.2 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

基于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系的評(píng)估結(jié)果，將協(xié)調(diào)發(fā)展模型應(yīng)用于中線工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，重點(diǎn)是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系之間的關(guān)系。

（1）當(dāng)0≤D≤0.35時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展表現(xiàn)出巨大的不平衡。如果SI>DI，則選擇靜態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)的FCEM結(jié)果作為突發(fā)水污染事故最終風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估結(jié)果。如果SI

（2）當(dāng)0.35≤DD≤0.7時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展嚴(yán)重失衡。在這種情況下，兩個(gè)系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果可能會(huì)有很大差異。因此，應(yīng)添加乘法算法以消除差異。無(wú)論情況如何，應(yīng)將靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)的FCEM結(jié)果相乘，以獲得突發(fā)水污染事故的最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

（3）當(dāng)0.7≤DD≤0.85時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展代表了適度的不平衡。將靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)的FCEM結(jié)果相乘，以獲得突發(fā)水污染事故的最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

（4）當(dāng)0.85≤D≤1.0時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展表現(xiàn)為低不平衡。將兩個(gè)系統(tǒng)的FCEM結(jié)果相加，以獲得突發(fā)水污染事故的最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

3 結(jié)果與討論

3.1 突發(fā)性水污染事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架

3.1.1 基于DPSIR模型的索引分類

考慮到南水北調(diào)中線工程的風(fēng)險(xiǎn)及其對(duì)突發(fā)性水污染事故的影響，已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)層，包括五個(gè)方面：驅(qū)動(dòng)因素，壓力，狀態(tài)，影響和響應(yīng)。結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況，提出了索引層系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一系列定量分析，將該系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)指標(biāo)和靜態(tài)指標(biāo)，并結(jié)合每個(gè)指標(biāo)的特征。還考慮了索引的屬性，即正數(shù)或負(fù)數(shù)。然后將結(jié)果分為四個(gè)級(jí)別以指示風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，即低，中，嚴(yán)重和巨大風(fēng)險(xiǎn)。同樣，張等為南水北調(diào)中線工程建立了有效的水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)，其突發(fā)水污染事故指標(biāo)包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境影響指標(biāo)。

基于DPSIR模型的理論，使用了新的綜合評(píng)估方法來(lái)評(píng)估南水北調(diào)中線工程。該指標(biāo)體系由16個(gè)指標(biāo)組成，其中包括7個(gè)靜態(tài)指標(biāo)和9個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。六個(gè)指標(biāo)是肯定的，即“污染事故特征”，“供水狀況”，“事故區(qū)域狀況”，“水質(zhì)恢復(fù)”，“公眾滿意度”和“緊急程度”。其他十項(xiàng)指標(biāo)為負(fù)。根據(jù)MRP的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估后，將結(jié)果分為四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別：低，中，嚴(yán)重和巨大。

3.1.2 各指標(biāo)值的分析結(jié)果

新的綜合評(píng)估方法已應(yīng)用于南水北調(diào)中線工程?；贒PSIR模型的指標(biāo)體系，使用FCEM和CDDM評(píng)估了突發(fā)水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)。FCEM用于評(píng)估突發(fā)性水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，而CDDM用于描述兩個(gè)指標(biāo)體系之間的關(guān)系。Long等將AHP與CDDM集成在一起，為南水北調(diào)中線工程開(kāi)發(fā)了應(yīng)急控制系統(tǒng)。

為了評(píng)估緊急開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，我們?cè)谂c水利工程或環(huán)境科學(xué)專業(yè)的相關(guān)專家以及南水北調(diào)中線工程經(jīng)理進(jìn)行了廣泛協(xié)商之后，建立了以下三個(gè)評(píng)分方案。分析結(jié)果表明，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的總體趨勢(shì)是一致的。指標(biāo)值的小幅波動(dòng)主要是由于所選專家都是環(huán)境和水上運(yùn)輸工程師，而且他們的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)差別不大。因此，有必要進(jìn)一步完善專家數(shù)據(jù)庫(kù)。專家不應(yīng)局限于他們的專業(yè);還應(yīng)咨詢熟練的管理人員和技術(shù)人員。關(guān)于“污染路徑”指數(shù)，考慮了七個(gè)方面：人為中毒，交通事故，內(nèi)部排水系統(tǒng)的洪水和地下水污染，企業(yè)偷污，填埋解決方案指數(shù)，藻類繁殖指數(shù)和沉降指數(shù)。將來(lái)，需要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)一步完善指標(biāo)體系。

3.2 提出方法的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)Long等人提出的基于AHP和CDDM的應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。兩個(gè)系統(tǒng)之間的CDDM為0.72，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別代表中等風(fēng)險(xiǎn)，比綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的結(jié)果低一個(gè)級(jí)別。在對(duì)這兩種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，得出以下結(jié)論：（1）結(jié)合考慮更多客觀數(shù)據(jù)屬性的熵方法和結(jié)合考慮更多主觀數(shù)據(jù)特征的AHP方法，得出最終指標(biāo)權(quán)重合理可行;（2）FCEM在評(píng)估中包括了人的經(jīng)驗(yàn)，從而根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了更加客觀的評(píng)估。FCEM還可以用于結(jié)合定性和定量因素，擴(kuò)大信息量并提高評(píng)估數(shù)量，從而獲得可靠的評(píng)估結(jié)果。因此，本文提出的綜合評(píng)價(jià)方法是比較合理的。

4 結(jié)束語(yǔ)

我們以丹江口段為研究對(duì)象，組建了一個(gè)綜合的水質(zhì)安全評(píng)價(jià)模型，主要為協(xié)調(diào)發(fā)展度模型。該模型的建立可以用于更科學(xué)，更通用地評(píng)估事故。政府部門(mén)要加強(qiáng)污染源控制、開(kāi)展生態(tài)建設(shè)、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(shè)，為南水北調(diào)中線工程的水質(zhì)安全提供技術(shù)保障。

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