南水北調(diào)中線丹江口段水質(zhì)預(yù)警體系建設(shè)研究

李莉 孫勇 郭英 潘坤

摘? 要：為了保護(hù)和管理水，迫切需要一種快速，準(zhǔn)確的水質(zhì)污染物風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)，對事故管理中的決策具有重要的現(xiàn)實意義。水質(zhì)預(yù)警包括水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、水質(zhì)監(jiān)測、水質(zhì)評價及變化趨勢的預(yù)測，而南水北調(diào)中線工程水質(zhì)預(yù)警體系就是建立在水質(zhì)評價的基礎(chǔ)上。文章在分析丹江口水庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及丹江口段可能存在的突發(fā)環(huán)境污染事件基礎(chǔ)上，以期建立一個較完善的預(yù)警體系。研究結(jié)果表明：預(yù)測結(jié)果的確定系數(shù)大于0.9，相對誤差小于0.1，這表明預(yù)警體系的準(zhǔn)確性足以滿足現(xiàn)實的水質(zhì)污染物風(fēng)險預(yù)警。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào);丹江口;水質(zhì);預(yù)警

Abstract： In order to protect and manage water， a fast and accurate early warning system for water quality pollutant risk is urgently needed， which has important practical significance for decision-making in accident management. Water quality early warning includes investigation of water environment status， water quality monitoring， water quality assessment and prediction of changing trends， and the water quality early warning system for the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project is based on water quality assessment. Based on the analysis of the monitoring data of Danjiangkou Reservoir and possible environmental pollution incidents in Danjiangkou section， this article aims to establish a more complete early warning system. The research results show that the definite coefficient of the prediction result is greater than 0.9， and the relative error is less than 0.1， which indicates that the accuracy of the early warning system is sufficient to meet the actual early warning of water quality pollutant risks.

1 概述

可持續(xù)發(fā)展已成為各國政治議程中至關(guān)重要的問題[1]。水資源的使用是可持續(xù)發(fā)展的重要方面，尤其是在水資源稀缺的地區(qū)[2]。為了解決華北地區(qū)尤其是河南省，河北省，天津市和首都北京的水資源短缺問題，中國政府啟動了具有戰(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月開始，主渠長1277km，總水頭的長度<100m，共有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)中線工程的特點是渠道開放，操作條件復(fù)雜，對水質(zhì)的要求更高，類型多樣且水污染風(fēng)險源越來越多。因此，評估與南水北調(diào)中線工程相關(guān)的突發(fā)性水污染事件具有重要意義[3]。

利用預(yù)警和預(yù)報，應(yīng)急控制和風(fēng)險評估系統(tǒng)對突發(fā)水污染事故進(jìn)行了多項研究[4-6]。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)險評估和控制。徐等提出了一種實時，快速的應(yīng)急控制模式，以應(yīng)對與長距離輸水工程有關(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等開發(fā)并實施了決策支持系統(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值的工具，但對這些系統(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）在評估標(biāo)準(zhǔn)和替代方案時，他們主要考慮自然語言表達(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)險評估方法，該方法基于一系列定量的靜態(tài)或動態(tài)指標(biāo)來反映突發(fā)性水污染事故的風(fēng)險水平，并考慮這些指標(biāo)之間的關(guān)系。在綜合風(fēng)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(biāo)體系，并考慮系統(tǒng)各相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系。突發(fā)的水污染事件對人類的生活，社會，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大影響。為了澄清這些部門之間的關(guān)系，DPSIR框架受到了越來越多的關(guān)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(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。由于其簡單性和可理解性，它已被用于各種目的。驅(qū)動程序-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，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踐上的優(yōu)勢[7-9]。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經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的關(guān)系，因為它提供了一種有組織的方法來分析突發(fā)性水污染事故的影響，后果和響應(yīng)[10-14]。

本文將在分析丹江口水庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及丹江口段可能存在的突發(fā)環(huán)境污染事件基礎(chǔ)上，以期建立一個較完善的預(yù)警體系。

2 實驗方法

MEWSUB是一種移動預(yù)警系統(tǒng)，用于未加水的流域水質(zhì)緊急風(fēng)險管理。在該系統(tǒng)中，建立了一維水量和水質(zhì)模型來預(yù)測事故后的污染物。為了解決數(shù)據(jù)不足的問題，MEWSUB具有一個地形模塊來生成數(shù)字地形數(shù)據(jù)，一個污染物模塊來生成污染物釋放過程數(shù)據(jù)，以及一個中間結(jié)果校正模塊來檢查模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)具有三個用于數(shù)據(jù)生成或自動數(shù)據(jù)收集的模塊，可用于預(yù)測污染物的遷移過程，并在未啟用的流域進(jìn)行預(yù)警。

3 結(jié)果與討論

水質(zhì)預(yù)警的一般程序是先評價，后預(yù)測，在預(yù)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)警。從圖1的結(jié)果可知，經(jīng)過優(yōu)化后，預(yù)測結(jié)果的確定系數(shù)大于0.9，符合目標(biāo)。模擬結(jié)果很好地反映了污染物的遷移過程和濃集時間過程。在許多水質(zhì)模型研究中，如果確定系數(shù)大于0.5，則可以接受對于水質(zhì)污染物風(fēng)險預(yù)警，MEWSUB的準(zhǔn)確性足以對其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

南水北調(diào)中線工程輸水干線上水質(zhì)和水量在時間和空間上是不斷變化的，因此對其水質(zhì)進(jìn)行預(yù)警要考慮水質(zhì)的時間和空間特征。

南水北調(diào)中線工程預(yù)警體系的建設(shè)，是至關(guān)重要的，不但解決北方的缺水問題，還是環(huán)境保護(hù)方面的標(biāo)桿項目，因此，除了在技術(shù)上要進(jìn)行積極的探索，管理上更要加強(qiáng)，作為環(huán)境主管部門，要嚴(yán)格的執(zhí)行國家政策和規(guī)定，居民和企業(yè)更要執(zhí)行好政府部門制定的規(guī)章和制度，切實維護(hù)好環(huán)境，為打造好預(yù)警工程貢獻(xiàn)力量。

4 結(jié)束語

南水北調(diào)中線工程是我國21世紀(jì)的特大型跨流域調(diào)水工程，它是解決北方地區(qū)資源性缺水問題的戰(zhàn)略措施和基礎(chǔ)設(shè)施，又是重大的環(huán)境保護(hù)工程。為充分發(fā)揮南水北調(diào)中線工程的效益，建立南水北調(diào)中線工程水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)有重要的意義。本文在分析丹江口水庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及丹江口段可能存在的突發(fā)環(huán)境污染事件基礎(chǔ)上，以期建立一個較完善的預(yù)警體系。研究結(jié)果表明： 預(yù)測結(jié)果的確定系數(shù)大于0.9，相對誤差小于0.1，這表明預(yù)警體系的準(zhǔn)確性足以滿足現(xiàn)實的水質(zhì)污染物風(fēng)險預(yù)警。

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