南水北調中線丹江口段水質預警體系建設研究

李莉 孫勇 郭英 潘坤

摘? 要：為了保護和管理水，迫切需要一種快速，準確的水質污染物風險預警系統，對事故管理中的決策具有重要的現實意義。水質預警包括水環境現狀調查、水質監測、水質評價及變化趨勢的預測，而南水北調中線工程水質預警體系就是建立在水質評價的基礎上。文章在分析丹江口水庫的監測數據以及丹江口段可能存在的突發環境污染事件基礎上，以期建立一個較完善的預警體系。研究結果表明：預測結果的確定系數大于0.9，相對誤差小于0.1，這表明預警體系的準確性足以滿足現實的水質污染物風險預警。

關鍵詞：南水北調;丹江口;水質;預警

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

可持續發展已成為各國政治議程中至關重要的問題[1]。水資源的使用是可持續發展的重要方面，尤其是在水資源稀缺的地區[2]。為了解決華北地區尤其是河南省，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略意義的南水北調中線工程。 南水北調中線工程于2014年12月開始，主渠長1277km，總水頭的長度<100m，共有1800種不同類型的結構。南水北調中線工程的供水已成為許多受水地區的主要水源。它影響了華北地區的飲用水安全，極大地影響了工業生產和人民生活。但是，南水北調中線工程的特點是渠道開放，操作條件復雜，對水質的要求更高，類型多樣且水污染風險源越來越多。因此，評估與南水北調中線工程相關的突發性水污染事件具有重要意義[3]。

利用預警和預報，應急控制和風險評估系統對突發水污染事故進行了多項研究[4-6]。Long等提出了一套全面的應急控制系統，用于應急風險評估和控制。徐等提出了一種實時，快速的應急控制模式，以應對與長距離輸水工程有關的突發性水污染事故。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散。Lei等開發并實施了決策支持系統，該系統為污染事故的管理提供了技術支持。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，但對這些系統的仔細分析顯示它們仍然存在一些局限性：（1）它們只關注總分; （2）在評估標準和替代方案時，他們主要考慮自然語言表達方式，而不是確切的數字; （3）他們主要關注各個指標，而忽略了它們之間的聯系。

因此，需要一種綜合的風險評估方法，該方法基于一系列定量的靜態或動態指標來反映突發性水污染事故的風險水平，并考慮這些指標之間的關系。在綜合風險過程中，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體系，并考慮系統各相關指標之間的關系。突發的水污染事件對人類的生活，社會，環境和經濟發展具有重大影響。為了澄清這些部門之間的關系，DPSIR框架受到了越來越多的關注。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系統之間的關系。由于其簡單性和可理解性，它已被用于各種目的。驅動程序-壓力-狀態-沖擊-響應（DPSIR）模型源自壓力-狀態-響應（PSR）框架，可用于捕獲社會，經濟和環境系統;它已被廣泛用于分析人類與環境系統之間的相互作用。DPSIR框架在簡化復雜的人環境系統，定性描述其相互關系以及支持相關政策制定方面具有概念上和實踐上的優勢[7-9]。DPSIR框架是一種有效的方法，可用于探索突發性水污染事故與社會經濟系統之間的關系，因為它提供了一種有組織的方法來分析突發性水污染事故的影響，后果和響應[10-14]。

本文將在分析丹江口水庫的監測數據以及丹江口段可能存在的突發環境污染事件基礎上，以期建立一個較完善的預警體系。

2 實驗方法

MEWSUB是一種移動預警系統，用于未加水的流域水質緊急風險管理。在該系統中，建立了一維水量和水質模型來預測事故后的污染物。為了解決數據不足的問題，MEWSUB具有一個地形模塊來生成數字地形數據，一個污染物模塊來生成污染物釋放過程數據，以及一個中間結果校正模塊來檢查模擬結果的準確性。該系統具有三個用于數據生成或自動數據收集的模塊，可用于預測污染物的遷移過程，并在未啟用的流域進行預警。

3 結果與討論

水質預警的一般程序是先評價，后預測，在預測的基礎上進行預警。從圖1的結果可知，經過優化后，預測結果的確定系數大于0.9，符合目標。模擬結果很好地反映了污染物的遷移過程和濃集時間過程。在許多水質模型研究中，如果確定系數大于0.5，則可以接受對于水質污染物風險預警，MEWSUB的準確性足以對其參數進行優化。

南水北調中線工程輸水干線上水質和水量在時間和空間上是不斷變化的，因此對其水質進行預警要考慮水質的時間和空間特征。

南水北調中線工程預警體系的建設，是至關重要的，不但解決北方的缺水問題，還是環境保護方面的標桿項目，因此，除了在技術上要進行積極的探索，管理上更要加強，作為環境主管部門，要嚴格的執行國家政策和規定，居民和企業更要執行好政府部門制定的規章和制度，切實維護好環境，為打造好預警工程貢獻力量。

4 結束語

南水北調中線工程是我國21世紀的特大型跨流域調水工程，它是解決北方地區資源性缺水問題的戰略措施和基礎設施，又是重大的環境保護工程。為充分發揮南水北調中線工程的效益，建立南水北調中線工程水質預警系統有重要的意義。本文在分析丹江口水庫的監測數據以及丹江口段可能存在的突發環境污染事件基礎上，以期建立一個較完善的預警體系。研究結果表明： 預測結果的確定系數大于0.9，相對誤差小于0.1，這表明預警體系的準確性足以滿足現實的水質污染物風險預警。

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