沿海城市供水系統(tǒng)易受咸潮、臺風以及洪澇災害等自然因素影響，從而導致城市供水安全風險加大。為增強城市供水安全保障，提高城市供水系統(tǒng)抗風險能力，采用矩陣分析法，以沿海某城市單一水源供水系統(tǒng)為研究對象，針對供水系統(tǒng)的典型特征，結合韌性城市的理念，分析多環(huán)節(jié)、多因素存在的風險，建立定性描述與定量評價相結合的供水系統(tǒng)風險評估體系，綜合評價城市供水系統(tǒng)風險等級并提出相應對策，以期為其他城市的相關研究提供參考。

0 引言

在我國經(jīng)濟高速發(fā)展的40年間，城市人口急劇增加，用水需求持續(xù)增長。隨著城市規(guī)模的擴大和功能的不斷集聚，城市供水系統(tǒng)越來越復雜多樣。水資源短缺、水質污染加劇、突發(fā)事件頻出使供需矛盾日趨加劇，尤其是沿海城市近年連續(xù)遭受咸潮上溯、臺風、洪澇及其次生災害，城市供水系統(tǒng)的脆弱性更加突顯。目前，我國已進入高質量發(fā)展階段，作為市政基礎設施之一的城市供水系統(tǒng)，必須與城市發(fā)展相適應，因此，需要對城市供水系統(tǒng)進行風險評估。根據(jù)評估結果針對性地制定應對措施，建立一個安全、高效、有一定韌性的供水系統(tǒng)，以適應城市高質量發(fā)展，滿足城市對用水量及用水品質的需求，就變得愈加迫切。

1 城市供水系統(tǒng)風險評估方法及評估體系

1.1 城市供水系統(tǒng)風險評估方法

城市供水系統(tǒng)由水源取水、輸水、水廠、調(diào)節(jié)及增壓構筑物、城市供水管網(wǎng)組成。城市供水系統(tǒng)的安全供水目標是 “水量足、水質優(yōu)、水壓穩(wěn)”，同時又具有一定適應災害的能力即韌性。城市供水系統(tǒng)的風險來自于各子系統(tǒng)的不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可分為原水子系統(tǒng)風險、水廠子系統(tǒng)風險、輸配水子系統(tǒng)風險、二次供水子系統(tǒng)風險等4個環(huán)節(jié)，城市供水系統(tǒng)風險評估是通過風險源識別、風險特征分析，進而評價風險等級的過程。

根據(jù)城市供水系統(tǒng)的特點以及實際運行、管理狀況，通過比較國內(nèi)外供水行業(yè)風險評估方法，確定以風險矩陣法，建立定性與定量評價相結合的城市供水系統(tǒng)風險評估體系，該體系分為3個步驟，首先對各子系統(tǒng)風險因素進行單因子分析，初步獲得單因子風險值;再引入不同風險值范圍的權重系數(shù)，獲得子系統(tǒng)的風險值;最后衡量各子系統(tǒng)在供水系統(tǒng)中的相對重要程度，確定子系統(tǒng)權重，經(jīng)綜合評價得出城市供水系統(tǒng)風險級別。

1.2 城市供水系統(tǒng)風險評估體系

1.2.1 單因子評價

調(diào)查研究供水系統(tǒng)發(fā)生過的事故影響范圍及嚴重程度，辨析隱患及可能性，獲得風險清單，綜合考慮風險概率和風險嚴重性兩方面的因素，評判單因子風險等級，即風險值K=風險概率(K1)×風險嚴重性(K2)。風險事件按照可能性由小到大排序，賦值為K1=(1～5)，按照嚴重程度由低到高排序，賦值也為K2=(1～5)。風險等級的劃分主要根據(jù)同行業(yè)專家和運行管理人員經(jīng)驗確定，風險等級的劃分標準見表1。風險類型分為預防型和反應型，若風險值(16~25)Ⅳ級風險，則應不惜成本避免風險發(fā)生;若風險值(11~15)Ⅲ級風險，則合理安排資金避免風險發(fā)生;若風險值(6~10)Ⅱ級風險，則應按照合理步驟避免其發(fā)生或盡可能減低發(fā)生后造成的影響，上述3類均為預防型，若風險值(1~5)Ⅰ級風險，影響較小，發(fā)生后再采取措施，為反應型。

1.2.2 子系統(tǒng)風險評價

按照風險因素風險值的范圍，引入權重系數(shù)j，將各子系統(tǒng)的風險因素做加權處理，則子系統(tǒng)風險值=∑(風險值×權重j)/∑權重。權重系數(shù)見表2。

1.2.3 供水系統(tǒng)風險評價

供水系統(tǒng)的風險通過子系統(tǒng)的風險值和子系統(tǒng)的權重值來評價，即供水系統(tǒng)風險值=∑(子系統(tǒng)風險值×子系統(tǒng)權重值)，其中子系統(tǒng)的權重值指各子系統(tǒng)在整體供水系統(tǒng)中的相對重要程度，可以綜合衡量各子系統(tǒng)對于供水系統(tǒng)的風險比重。為了較為客觀地獲得權重值，項目組編制了調(diào)查問卷，邀請珠三角各地行業(yè)專家5人以及市內(nèi)水司運行管理專家6人，共11人，進行問卷調(diào)查及座談，評判各子系統(tǒng)權重值為：原水子系統(tǒng)45%，水廠子系統(tǒng)35%，輸配水子系統(tǒng)15%，二次供水子系統(tǒng)5%。

2 研究案例

2.1 城市供水系統(tǒng)概況

沿海某城市地處珠江口西岸，城市供水系統(tǒng)承擔本市約189萬人生活用水及工業(yè)用水，同時還承擔對澳門原水供應。該城市利用西江客水資源作為城市供水水源，總量滿足本市及澳門用水需求，豐水期主要取水口水質達標，但枯水期咸潮上溯，導致境內(nèi)河道出現(xiàn)不同程度的咸度超標，屬季節(jié)型缺水城市。目前已建成調(diào)咸水庫13座，總庫容約1.15億m³;市內(nèi)現(xiàn)有主力水廠9座，總供水能力 143萬m³/d，主要采用常規(guī)處理工藝，出廠水質水量基本滿足全市生產(chǎn)生活需要;全市管徑DN200以上的供水管網(wǎng)總長1 289 km。管材有鋼筋混凝土管、鑄鐵管及鋼管等，其中管徑小于DN600的以灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管為主，管徑大于DN600的以鋼筋混凝土管及鋼管為主，管網(wǎng)漏損率15.5%。

2.2 供水子系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

2.2.1 原水系統(tǒng)

以西江水系的客水資源作為本市及澳門供水水源，已建成磨刀門水系、黃楊河水系、虎跳門水系三大原水系統(tǒng)，形成“江水為主、庫水為輔、江庫聯(lián)動、江水補庫、庫水調(diào)咸”的運行管理模式，建立了取水泵站-給水廠、取水泵站-調(diào)咸水庫、調(diào)咸水庫-給水廠的城市原水管道系統(tǒng)，以及取水泵站-調(diào)咸水庫-澳門給水廠的對澳原水管道系統(tǒng)，已形成590萬 m³/d的取水能力和9 405萬m³的調(diào)蓄庫容，保障了該市及澳門兩地供水。然而該系統(tǒng)仍然存在調(diào)咸設施不匹配、各水廠調(diào)蓄庫容不均衡，以及受西江水資源調(diào)配制約、水質污染突發(fā)的應急等問題。
 

2.2.2 水廠系統(tǒng)

全市主城區(qū)和西部城區(qū)共有9座主力水廠，其中主城區(qū)3座，西部城區(qū)6座。主城區(qū)的拱北水廠長期超負荷運行，水量已不能滿足供水需求，急需擴容。西部城區(qū)大型主力水廠均布局在北部，而用水增長點在南部，管線輸水距離長達45 km，能耗高且存在安全隱患。市內(nèi)水廠主要為常規(guī)處理工藝，出廠水質合格，但部分水廠工藝陳舊、設備老化，未配備二氧化氯、高錳酸鉀-粉末活性炭聯(lián)用等應急投加設備，應對水質變化能力差。部分水廠在運行管理方面也存在一定風險，如濾池的在線監(jiān)測、氯庫管理、生產(chǎn)廢水回收利用等。全市9座主力水廠中，僅有2座為多路進水，其他均為單一進廠管，抗風險能力不足。

2.2.3 輸配水系統(tǒng)

全市已形成較為可靠的環(huán)狀供水管網(wǎng)，保障城市供水，但部分水廠之間尚未連通，互為保障能力不足，出廠管單一，抗風險能力不足。整體系統(tǒng)缺乏高位水池、加壓泵站等輔助調(diào)節(jié)設施，管網(wǎng)末梢和地勢較高用戶水壓偏低。部分管段存在供水瓶頸，管材質量參差不齊，管網(wǎng)漏損率偏高。全市供水系統(tǒng)流量、壓力監(jiān)測點尚未全覆蓋，運行維護信息化程度有待提高。

2.2.4 二次供水系統(tǒng)

采用市政管網(wǎng)直供、屋頂水箱供水(無增壓泵)、變頻泵供水、疊壓(無負壓)供水等多種形式二次供水。由于二次供水建管分離，建設標準、管材及設備質量不統(tǒng)一，用戶水存在水壓不穩(wěn)、雜質沉淀、爆管頻發(fā)，以及老舊小區(qū)水池水質污染等問題。

2.3 城市供水系統(tǒng)風險評估

2.3.1 單因子評價及子系統(tǒng)風險評價

通過分析城市供水系統(tǒng)中各子系統(tǒng)存在的問題，針對供水系統(tǒng)的源頭到管網(wǎng)末梢，重點分析水源因素、設施能力、工藝適應性、運行可靠性、維護管理等方面的風險點，共篩選出26項風險源，編制風險評價表，邀請供水行業(yè)專家11名，分項評估打分，進行單因子分析及子系統(tǒng)風險評價(見表3)。

2.3.2 供水系統(tǒng)風險評價

根據(jù)各子系統(tǒng)的風險評價結果，綜合子系統(tǒng)在供水系統(tǒng)風險中的權重，供水系統(tǒng)風險等級見表4。供水系統(tǒng)總體風險等級為Ⅲ級，需要警惕。各子系統(tǒng)中，原水、水廠和輸配水系統(tǒng)中部分風險等級已達到Ⅳ級，應盡快投入財力和物力來阻止其發(fā)生。主要風險因素見表5。

3 應對措施

3.1 原水系統(tǒng)風險應對措施

3.1.1 加強應急備用水源建設

在粵港澳大灣區(qū)協(xié)同發(fā)展的背景下，積極推動“水源上移、互聯(lián)互通、西水東調(diào)、互補互備”的珠中江供水一體化戰(zhàn)略，以西江水源為核心，將三市主要取水口上移，實現(xiàn)中山、珠海兩地水源的優(yōu)化調(diào)配和江庫聯(lián)調(diào)，解決咸潮及局部水污染問題，利用江門優(yōu)質水庫資源作為珠海、澳門直供水，并承擔部分應急備用水源。

3.1.2 原水調(diào)節(jié)設施擴容

市內(nèi)建設白泥坑和飛沙澗水庫，與龍井、繒坑和乾務水庫聯(lián)通，加高龍井、乾務水庫壩高，增加西區(qū)水庫群的調(diào)蓄庫容，中部聯(lián)通梅溪水庫和大鏡山水庫，擴建廣昌調(diào)節(jié)水塘、洪灣泵站調(diào)蓄前池，增強中部調(diào)蓄能力，擴建相應的原水泵站，增大取水及咸潮期搶淡能力。

3.1.3 新建、擴建原水輸送管線

使全市九大主力水廠的各輸送環(huán)節(jié)，如原水取水到水廠、原水取水到轉輸泵站、轉輸泵站到水廠，均形成雙管進站、進廠，提高原水供應保障率。

3.2 水廠系統(tǒng)風險應對措施

(1)加快中部地區(qū)梅溪水廠建設，解決拱北水廠長期超負荷運行的局面，西部地區(qū)通過水廠布局優(yōu)化，增加西湖水廠，解決西部地區(qū)長期以來由北向南長距離供水的風險。

(2)增強水廠關聯(lián)度，建設拱北水廠、香洲水廠與唐家水廠的連通管，增強中部地區(qū)南北兩區(qū)域應急供水能力。

(3)升級改造水廠工藝，加強應對水質變化能力。隨著原水水質的情況越來越復雜，加強對藻類、臭味、突發(fā)污染等特殊水質的應急處理能力，通過工藝升級改造及配備二氧化氯、高錳酸鉀-粉末活性炭聯(lián)用、氣浮-粉末活性炭聯(lián)用等應急投加設備等，適應水質變化，提高水質保障能力。

(4)增強電力系統(tǒng)故障風險的抵御能力，進行供水系統(tǒng)備用發(fā)電系統(tǒng)改造，完成自備電源快速接入裝置及配套電纜等設施改造。

3.3 供水管網(wǎng)系統(tǒng)應對措施

(1)增建出廠管，保證各主力水廠不少于2條出廠管，降低風險，保障供水安全;改建、擴建管網(wǎng)中部分管徑偏小的供水瓶頸，保障供水能力。

(2)規(guī)范輸配水管道管材選用以及內(nèi)外防腐措施，減少漏損、爆管及次生災害，針對目前嚴重老化的鋼筋混凝土管、灰口鑄鐵管、鍍鋅鋼管等逐步更換，并加大管網(wǎng)的維護管養(yǎng)力度。

(3)充分利用城市地形特點，利用地勢在全市范圍內(nèi)建

設10座高位水池，調(diào)節(jié)高峰用水，減輕水廠清水池的壓力，同時也承擔應急備用水源之需。

(4)加強管網(wǎng)信息化建設，完善管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)流量、壓力在線監(jiān)測全覆蓋，同時建立管網(wǎng)水質監(jiān)測系統(tǒng)。


 

3.4 二次供水系統(tǒng)應對措施

(1)實現(xiàn)二次供水設施統(tǒng)建統(tǒng)管，對新建住宅小區(qū)，交由市水控集團統(tǒng)建統(tǒng)管，建設資金由開發(fā)商承擔。統(tǒng)一建設標準，制定二次供水設施設計標準和設備選型指南，完善二次供水設施施工圖審查流程，實行二次供水單項驗收，以加強二次供水設施質量監(jiān)管。

(2)加強二次供水的水質監(jiān)管，建立和完善設施和水質遠程監(jiān)控系統(tǒng)，按照市政管網(wǎng)的供水布局、住宅小區(qū)的分布，結合市政管網(wǎng)的水質監(jiān)控及對二次供水水質污染用戶反映較多或比較敏感的區(qū)域進行重點監(jiān)控，確保二次供水水質安全。

4 結語

城市供水系統(tǒng)風險來自于子系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。通過分析城市供水系統(tǒng)面臨的新問題，確立供水安全目標和準則，篩查與辨析風險源，并采用矩陣分析法進行定性定量綜合評價，從而得出城市供水系統(tǒng)風險等級。評價結果顯示，沿海某城市供水系統(tǒng)風險等級為Ⅲ級，需要警惕，尤其是該城市受咸潮、臺風及洪澇等自然因素影響，又承擔對澳原水供應，因此應根據(jù)上述對策，按風險等級逐步安排資金開展相應工程建設，以降低風險。本次評估建立的風險評估體系，具有較強的可操作性與實用性，可為該城市供水系統(tǒng)的規(guī)劃、改造、更新，以及工程建設時序的決策提供技術支撐。