李婷婷，聶俊坤，霍毅鵬，王一凡

(1.北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院；2.北京市城規(guī)技術(shù)服務(wù)中心，北京 100045)

水源地供水安全評估作為城鎮(zhèn)用水安全的重要保障舉措，針對水源地供水風(fēng)險進行辨識對保護水源地安全，提升水源地綜合管理水平具有重要實踐價值。近年來，相關(guān)學(xué)者針對水源地安全問題展開了一系列有益研究，周曄等探究估測了水源地突發(fā)水污染公共安全事件應(yīng)急預(yù)留水量需求[1]。王長普評估了海河流域大型水庫飲用水水源地水環(huán)境安全[2]。俞建軍等基于全過程安全評估體系評估了水庫型水源地安全[3]，上述研究對水源地安全評估具有重要指導(dǎo)意義，而水源地供水風(fēng)險辨識與綜合評估相關(guān)研究尚需深入。水質(zhì)與水量作為水源地供水安全的主要風(fēng)險防控對象，綜合考慮工程運行、水資源量、水質(zhì)以及水位要素，通過實施水源地供水安全風(fēng)險辨識與定量評估，以期為水源地供水風(fēng)險應(yīng)急處置方案及應(yīng)對策略制定提供技術(shù)支撐。

1 水源地供水安全綜合評估

為科學(xué)開發(fā)利用與保護水源地水資源，針對水源地供水水質(zhì)、水量以及環(huán)境風(fēng)險源實施綜合評估，有助于強化現(xiàn)狀問題監(jiān)管并提升供水管理水平。

1.1 周邊環(huán)境風(fēng)險源評估

針對水源地周邊潛在風(fēng)險源實施調(diào)研，明確污染物排放具體情況，對削減水源地污染風(fēng)險概率，強化風(fēng)險源監(jiān)管具有重要作用。

1.1.1 污水處理廠及工礦企業(yè)風(fēng)險源

通過調(diào)研污水處理廠及工礦企業(yè)排污量及排污口布置，分析其處理有害、有毒物質(zhì)形式，評估企業(yè)危險物品監(jiān)管水平與措施，揭示其污染物質(zhì)潛在泄漏量，從而明確該類風(fēng)險源危害水平[4]。

1.1.2 養(yǎng)殖場及居民生活風(fēng)險源

養(yǎng)殖場及居民生活污水排放是水源地污染的重要風(fēng)險源，通過對養(yǎng)殖場與居民區(qū)排污量、主要污染因子以及排污口的調(diào)研，可以揭示其污染風(fēng)險程度。

1.1.3 歷史風(fēng)險源

針對水源地周邊歷史污染事件產(chǎn)生的原因及危害程度實施調(diào)研，有助于辨識水源地主要污染風(fēng)險源，強化對水源地區(qū)域風(fēng)險認知程度。

1.1.4 其他風(fēng)險源

船舶與機動車運輸危險品泄露事故將嚴重威脅水源地供水安全，針對水源地周邊河流航道及交通公路運輸物品類型與運輸量實施調(diào)研，從而評估其泄露對水源地造成的危害水平[5]。同時，針對水源地周邊植被覆蓋以及土地開發(fā)利用情況進行調(diào)查，可明晰周邊生態(tài)環(huán)境安全狀況。

1.2 水質(zhì)安全評估

遵循GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及《全國城市飲用水水源地安全評估技術(shù)準(zhǔn)則》，可依據(jù)水源地供水安全評估要素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等安全級別，將水源地待評估因子分為5組等級[6]。采用單因子安全水平與綜合安全水平評估的方式實施水源地供水安全評估，各因子安全水平按下式推算：

(1)

式中，Ai—i待評估因子水質(zhì)安全水平；Aiok—i待評估因子k等級水質(zhì)安全水平；Bi—i待評估因子實際濃度；Biok—i待評估因子k等級濃度標(biāo)準(zhǔn)；Biok+1—i待評估因子k+1等級濃度標(biāo)準(zhǔn)。其中，若i待評估因子僅有一個濃度標(biāo)準(zhǔn)Bio表，則當(dāng)Bi=0時，Ai=1；當(dāng)0

針對水源地有毒污染物質(zhì)采取最差因子法實施安全綜合水平評估，采用最差安全評估因子作為有毒污染物質(zhì)安全綜合水平；針對水源地一般污染物質(zhì)采取各待評估因子算數(shù)平均值作為其安全綜合水平[7]。將上述2類污染物質(zhì)安全指數(shù)綜合，可推算出水源地供水水質(zhì)安全綜合水平：

MQA=0.7×MQA1+0.3×MQA2

(2)

式中，WQA—水源地供水水質(zhì)安全綜合水平；WQA1—有毒污染物水質(zhì)安全綜合水平；WQA2—一般污染物水質(zhì)安全綜合水平，若WQA<3，則水源地供水水質(zhì)較安全；若WQA≥3，則水源地供水水質(zhì)較差。

1.3 水量安全評估

為滿足城鎮(zhèn)生活供水、農(nóng)業(yè)灌溉以及航運等方面的取水需求，針對水源地水資源量、水位以及工程供水保障能力實施評估，可判斷水源地供水水量安全水平。

1.3.1 水資源量評估

通過推求水源地不同水平年95%保證率下可供水資源量，在水量供需平衡分析基礎(chǔ)上，揭示各時段水源地缺水率，從而評估水源地水量是否滿足各用戶取水需求[8]，缺水率按下式計算：

(3)

式中，W缺—特枯年缺水率，%；C缺—水源地供水缺口水量，m3；C需—用戶需水量，m3。

1.3.2 水位評估

為科學(xué)評估水源地水位狀況，應(yīng)在尚未取水時對水源地年最低水位實施長序列頻率計算，求得設(shè)計供水保障率下的枯水位，從而得出供水后水源地水位下降水平，評估供水后水源地水位是否滿足漁業(yè)、航運以及生態(tài)環(huán)境對水位的需求[9]，水位按下式計算：

E=Ed-Eu≥max(Ez，En，Ef，…)

(4)

式中，E—供水后水源地水位；Ed—設(shè)計供水保障率下的枯水位；Eu—供水造成的水位下降值；Ez—漁業(yè)所需最低水位；En—航運所需最低水位；Ef—生態(tài)環(huán)境所需最低水位。

1.3.3 工程供水保障能力評估

將水源地供水工程對生活需水的保障能力作為評估因子，綜合設(shè)計與現(xiàn)狀生活供水能力，評估水源地供水保障水平按下式計算：

(5)

式中，H—工程供水保障能力，%；Lc—現(xiàn)狀生活供水量，m3；Ld—設(shè)計生活供水量，m3。其中，若H≥95%，則工程運行安全為Ⅰ級(安全)；若90%≤H<95%，則工程運行安全為Ⅱ級(較安全)；若80%≤H<90%，則工程運行安全為Ⅲ級(一般安全)；若70%≤H<80%，則工程運行安全為Ⅳ級(不安全)；若H<70%，則工程運行安全為Ⅴ級(極不安全)。

綜上所述，水源地供水水質(zhì)、水量及工程供水保障能力安全因子中任何一項未達到標(biāo)準(zhǔn)，即可視為水源地供水存在安全隱患。

2 水源地供水風(fēng)險辨識

水源地供水風(fēng)險主要涵蓋水質(zhì)與水量2種類型。水質(zhì)型供水風(fēng)險主要受周邊污染源或突發(fā)污染事件影響，集中體現(xiàn)為水源地水體污染。水量型供水風(fēng)險主要受制于區(qū)域氣候條件或上游來水量，集中體現(xiàn)為水源地水位或供水保障能力的不足[10]。通過調(diào)研分析水源地供水安全現(xiàn)狀，基于各因子發(fā)生風(fēng)險的概率辨識水源地主要風(fēng)險源，從而綜合評估水源地供水風(fēng)險水平。

2.1 水質(zhì)型風(fēng)險辨識

依據(jù)風(fēng)險特征與性質(zhì)的不同，水源地水質(zhì)型供水風(fēng)險可分為常規(guī)風(fēng)險與突發(fā)污染事件兩種，同時采取不同風(fēng)險辨識與分析方法。

2.1.1 常規(guī)供水風(fēng)險

通過統(tǒng)計水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中水質(zhì)不達標(biāo)頻次占總次數(shù)比例，按下式推求常規(guī)供水風(fēng)險概率值：

(6)

式中，P1—常規(guī)供水風(fēng)險概率值，%；g—水質(zhì)不達標(biāo)頻次；G—水質(zhì)總測次。

2.1.2 突發(fā)污染事件供水風(fēng)險

(1)危險品運輸泄露事件。為客觀評估船舶或車輛運輸泄露事件發(fā)生概率，可綜合船舶噸位、通航能力、船舶燃料、車流量、公路等級以及運輸物品等因素，定性分析事件風(fēng)險程度。此外，可通過事故樹等統(tǒng)計方法歸納歷史風(fēng)險事件，定量推求風(fēng)險概率[11]。當(dāng)水源地周邊道路資料充足時，定量推求交通事故誘發(fā)泄露事件風(fēng)險概率值：

(7)

式中，P2—危險品運輸泄露事件風(fēng)險概率值，%；R1—水源地周邊年車流量，萬輛/a；R2—危險品運輸車輛占總車流量比例；R3—重點風(fēng)險路段長度，km；R4—重點路段重大交通事故概率值，次/萬輛·km；R5—高速公路事故風(fēng)險降低比例，%。

(2)流域水質(zhì)污染事件。擔(dān)負防洪、發(fā)電以及排澇等功能的水源地，其水質(zhì)通常易遭受流域水質(zhì)污染事件威脅。應(yīng)結(jié)合流域多年水質(zhì)監(jiān)測資料，辨識各不利情況下流域水質(zhì)污染風(fēng)險，同時推求水源地水質(zhì)遭受污染概率值。

(3)工礦企業(yè)異常排污事件。應(yīng)根據(jù)水源地周邊工礦企業(yè)排污口設(shè)置情況、危險品儲存量、廢污水處理水平，定性分析水源地污染風(fēng)險概率值。

2.2 水量型風(fēng)險辨識

水源地水量型供水風(fēng)險可分為工程供水保障能力、水資源量以及水位不足3種[12]，應(yīng)綜合水源地多年實測數(shù)據(jù)及現(xiàn)狀評估，推求供水保障能力不足、水資源量短缺以及水位不足風(fēng)險概率值。

2.2.1 供水保障能力不足風(fēng)險

P3=1-H

(8)

式中，P3—水源地供水保障能力不足風(fēng)險概率值，%；H—工程供水保障能力，%。其中，當(dāng)受水區(qū)因節(jié)水而使得用水量未達到設(shè)計值，則工程供水保障能力不足風(fēng)險相應(yīng)減小。

2.2.2 水資源量短缺風(fēng)險

依據(jù)水源地供水及用戶需水情況，未滿足設(shè)計保證率即為存在水資源量短缺風(fēng)險，基于式(3)推求水源地水資源量短缺風(fēng)險概率值P4。

2.2.3 水位不足風(fēng)險

通過統(tǒng)計檢測時段內(nèi)水源地水位不足時段評估結(jié)果，推求水位不足風(fēng)險概率值:

(9)

式中，P5—水源地水位不足風(fēng)險概率值，%；t—水位不足時長，d；N—評估時長，d。

2.3 供水總風(fēng)險辨識

水源地供水安全遭受多重相互獨立風(fēng)險因素威脅，即水源地供水總風(fēng)險概率值：

(10)

式中，P—水源地供水總風(fēng)險概率值，%；n—供水事故風(fēng)險次數(shù)；pi—各種事故風(fēng)險概率值，%。按照水源地供水特性，依據(jù)總風(fēng)險概率值可將水源地供水風(fēng)險劃分為高(P>5%)、較高(3%

3 應(yīng)用實例

3.1 研究區(qū)概況

以我國北方某水源地為例實施應(yīng)用研究，研究區(qū)屬于溫帶半干旱氣候區(qū)，地處平原河網(wǎng)區(qū)域。該水源地屬于河流型水源地，河道多年平均水位約5.93m，河道底寬約為58m，水源地供水設(shè)計保證率為95%，河道主要承擔(dān)泄洪、排澇等功能，取水用戶主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，用水高峰期為每年5～10月。同時，該水源地保護區(qū)域主要遭受農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以及生活污染源威脅。

3.2 水源地供水安全綜合評估

3.2.1 水質(zhì)安全評估

選取現(xiàn)狀水平年(2015年)，基于式(1)、式(2)推求有毒污染物及一般污染物水質(zhì)安全綜合水平均小于3，且水源地供水水質(zhì)安全綜合水平為2.63<3，則水源地供水水質(zhì)較安全，水質(zhì)較為良好。同時，分析水源地最不利來水情況下近5a(2010～2014年)各斷面水質(zhì)可知，受2012年8月排澇因素影響，水體氨氮、溶解氧含量超標(biāo)，導(dǎo)致水源地曾連續(xù)16d水質(zhì)不達標(biāo)。

3.2.2 水量安全評估

基于式(4)推求水源地在供水設(shè)計保證率下取水造成的水位平均降幅為3cm，個別時間段水位變幅達15cm，但大變幅水位歷時較短且對航運與生態(tài)影響較小，因此供水后水源地水位較為安全，可滿足漁業(yè)、航運以及生態(tài)環(huán)境對水位的需求。同時，因用戶現(xiàn)狀取水量小于設(shè)計保證率可供水資源量，即水源地水資源量可滿足各用戶取水需求，且工程運行安全為Ⅰ級，工程供水保障能力較強。

通過統(tǒng)計2015年現(xiàn)狀水平年水源地來水量，推求可供水資源量，同時統(tǒng)計用戶現(xiàn)狀水平年取用水量，推求受水區(qū)現(xiàn)狀水平年需水量，分析現(xiàn)狀水平年水量供需平衡(見表1)，以評估水源地供水水量安全水平。

表1 水源地2015、2020及2030年95%保證率下5～10月供需分析 萬m3

由表1可知，水源地現(xiàn)狀水平年在95%設(shè)計保證率下8月存在缺水情形，缺水率為1.36%。

3.3 水源地供水風(fēng)險辨識

3.3.1 水質(zhì)型風(fēng)險辨識

該水源地整體水質(zhì)情況較為良好，可滿足供水水質(zhì)需求。其中，2012年8月受排澇因素影響，水源地水質(zhì)相對較差，由式(6)、式(7)推求可得排澇造成供水水質(zhì)不達標(biāo)風(fēng)險概率值為1.28%。同時，進入該水源地航道船舶以礦石、煤炭運輸為主，且對毒化學(xué)物品攜帶實施嚴格管控，因航道水流流態(tài)平緩，故水源地基本無危險品泄漏事件，但船舶燃油泄漏事件風(fēng)險仍舊存在。水源地保護區(qū)域內(nèi)有一條公路穿過，公路車流量較大且交管部門對車載物品無特殊管限，故該水源地交通事故誘發(fā)泄露事件風(fēng)險仍舊存在，且因車載物品無特殊管限，則交通事故誘發(fā)泄露事件風(fēng)險危害程度及性質(zhì)難以辨識。此外，該水源地周邊無污水處理廠及工礦企業(yè)等，即危險品泄漏即工礦企業(yè)異常排污事件風(fēng)險較小。

3.3.2 水量型風(fēng)險辨識

由式(8)、式(9)計算可知，該水源地在2015年現(xiàn)狀水平年取水條件下水位可滿足供水需求，同時因設(shè)計保證率可供水量大于用戶現(xiàn)狀需水量，則現(xiàn)狀水平年下水源地水位不足風(fēng)險及供水保障能力不足風(fēng)險較小。同時，基于式(3)對水源地2020及2030年規(guī)劃水平年實施供需平衡分析，由表1可知，水源地2020、2030年水資源量短缺風(fēng)險概率值分別為1.41%、1.43%(取較大者)，則水資源量短缺風(fēng)險概率值為1.43%。

3.3.3 供水總風(fēng)險辨識

水源地現(xiàn)狀水平年供水水質(zhì)及水量整體較為安全，工程供水保障能力較強，但仍存在排澇污染、季節(jié)型缺水、交通事故誘發(fā)危險品泄露事件以及船舶燃油泄漏等風(fēng)險。鑒于交通事故風(fēng)險難以預(yù)測及燃油泄漏風(fēng)險較小，則僅對該類風(fēng)險實施定性分析。由上述計算可知，水源地設(shè)計枯水年水資源量短缺風(fēng)險概率值為1.43%，同時水源地因排澇造成供水水質(zhì)不達標(biāo)風(fēng)險概率值為1.28%。由式(10)可知，水源地供水總風(fēng)險概率值位2.71%，屬于一般風(fēng)險等別，即水源地供水安全程度一般，水源地供水存在一定安全隱患。

4 水源地供水風(fēng)險應(yīng)對策略

實例水源地供水風(fēng)險主要為季節(jié)型缺水風(fēng)險、排澇污染風(fēng)險、交通事故誘發(fā)危險品泄露事件以及船舶燃油泄漏等風(fēng)險。為科學(xué)管控水源地供水風(fēng)險，管理部門應(yīng)強化對溶解氧、氨氮等檢測力度，以及時辨識污染事故風(fēng)險，制定應(yīng)急響應(yīng)對策并完善水源地周邊生態(tài)環(huán)境及水土保持治理工作。同時，可在用戶取水口、水源地保護區(qū)陸域及水域邊界、公路兩側(cè)設(shè)置隔油柵、警示牌以及護欄等設(shè)施，強化水源地保護區(qū)內(nèi)車船流量及公路交通運輸物品管制，以有效防控風(fēng)險事件發(fā)生。此外，可通過水源聯(lián)合調(diào)度及增設(shè)備用水源地等措施，削弱排澇污染誘發(fā)水源地供水風(fēng)險概率值。同時，可通過鼓勵公眾參與水源地生態(tài)環(huán)境建設(shè)教育活動，從而提升居民水源地保護意識與社會監(jiān)管水平。