城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐

宋蘭合

(中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100044)

目前，我國(guó)城鎮(zhèn)供水安全形勢(shì)嚴(yán)峻。一是隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，水源地面臨的環(huán)境壓力顯著增大，飲用水水源水質(zhì)總體呈下降趨勢(shì)。二是隨著水源水質(zhì)下降和飲用水標(biāo)準(zhǔn)提升，凈水工藝落后、供水設(shè)施老化的問(wèn)題日益突出。三是供水安全管理方面，無(wú)論是政府監(jiān)管還是供水企業(yè)管理，都存在亟待完善之處。尤其是，近年來(lái)水源突發(fā)污染事故頻發(fā)，對(duì)供水安全帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。與“供水安全體系建設(shè)”相比，“加強(qiáng)供水安全風(fēng)險(xiǎn)管控”更切近問(wèn)題實(shí)質(zhì)。今后一個(gè)時(shí)期，全面推進(jìn)城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)，非常重要，十分迫切。

1 有關(guān)法律規(guī)定

2003年SARS疫情暴發(fā)和2005年松花江重大水污染事故之后，我國(guó)于2007年發(fā)布實(shí)施了《中華人民共和國(guó)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)法》。解讀該法律第二、第三條，城鎮(zhèn)供水突發(fā)事件屬于公共衛(wèi)生事件，水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警適用本法。

綜合該法律第三十七條、第六十三條和第六十四條的規(guī)定，監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)、維護(hù)的責(zé)任主體，包括縣級(jí)以上人民政府及其有關(guān)部門(mén)、專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)、有關(guān)單位、有關(guān)個(gè)人。與城鎮(zhèn)供水行業(yè)有關(guān)，所稱(chēng)有關(guān)部門(mén)和有關(guān)單位，應(yīng)當(dāng)是指城鎮(zhèn)供水行政主管部門(mén)和供水企業(yè)。

依照該法律第四十一條的要求，監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)的主要內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括：基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；要?jiǎng)澐直O(jiān)測(cè)區(qū)域，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，明確監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；要具備必要的設(shè)備、設(shè)施，配備專(zhuān)職或者兼職人員，對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 有關(guān)規(guī)劃要求

根據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)飲用水安全保障工作的通知》（國(guó)辦發(fā)［2005］45號(hào)）要求，國(guó)家發(fā)展改革委等五部委于2007年聯(lián)合編制了《全國(guó)城市飲用水安全保障規(guī)劃（2006—2020年）》，把建設(shè)全過(guò)程的飲用水安全監(jiān)測(cè)體系列為規(guī)劃重點(diǎn)之一。

為落實(shí)該規(guī)劃的任務(wù)部署，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2012年發(fā)布《全國(guó)城鎮(zhèn)供水設(shè)施改造與建設(shè)“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，明確要求：“實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)供水由主要滿足水量需求向更加注重水質(zhì)保障的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，在增加供水能力的同時(shí)，著力提高供水水質(zhì)、服務(wù)水平和應(yīng)急保障能力”，“研究建立城鎮(zhèn)供水水質(zhì)安全監(jiān)管信息化管理平臺(tái)，全面提升規(guī)劃建設(shè)、安全運(yùn)行、應(yīng)急處置、水質(zhì)管理等方面的技術(shù)水平。”

2013年，中國(guó)城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)供水協(xié)會(huì)編制了《城鎮(zhèn)供水設(shè)施建設(shè)與改造指南》，該指南是水專(zhuān)項(xiàng)“十一五”相關(guān)研究成果的集成，也是支撐《全國(guó)城鎮(zhèn)供水設(shè)施改造與建設(shè)“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》實(shí)施的技術(shù)保障。關(guān)于城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，指南的技術(shù)要求為:

①水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)。

②有條件的地區(qū)或城市群，應(yīng)建立城市間、部門(mén)間信息共享和上下游城市聯(lián)動(dòng)預(yù)警機(jī)制。

③各地應(yīng)當(dāng)根據(jù)本地區(qū)規(guī)劃，建設(shè)城市供水系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從“源頭到龍頭”的全流程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)對(duì)象涵蓋水源水、出廠水、管網(wǎng)水和二次供水。

④供水水源污染風(fēng)險(xiǎn)較大的城市，應(yīng)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，建立水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，涵蓋水質(zhì)主要風(fēng)險(xiǎn)源，管理多信源水質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享，提高預(yù)警響應(yīng)速度。

3 城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警的涵義

預(yù)警，最早用于軍事領(lǐng)域，是指運(yùn)用雷達(dá)技術(shù)對(duì)進(jìn)入防空區(qū)飛行器的識(shí)別。

引申到氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)，預(yù)警的涵義已經(jīng)超越了對(duì)既發(fā)事件感知，進(jìn)而具有了對(duì)事物未來(lái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)的意義。

綜合國(guó)內(nèi)外已建水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的功能，城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警，是依據(jù)供水設(shè)施狀態(tài)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息，通過(guò)模型分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)手段，對(duì)一定時(shí)空范圍內(nèi)供水水質(zhì)非正常事件的感知、預(yù)測(cè)以及對(duì)既發(fā)事故發(fā)展趨勢(shì)的分析，包括由水源水質(zhì)漸變引起的供水水質(zhì)變化、由供水系統(tǒng)（水源系統(tǒng)、制水系統(tǒng)、輸配水系統(tǒng)、管理系統(tǒng)）風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的供水水質(zhì)事故和水源突發(fā)性污染。

4 水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)模式

4.1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警

我國(guó)最早建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的是環(huán)保系統(tǒng)，1998年以來(lái)已覆蓋全國(guó)主要水系145個(gè)國(guó)控重點(diǎn)斷面。根據(jù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，環(huán)保部每周動(dòng)態(tài)發(fā)布水溫、pH、濁度、溶解氧、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總有機(jī)碳等8項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)。除145個(gè)國(guó)控重點(diǎn)斷面外，環(huán)保系統(tǒng)的省、市（縣）監(jiān)控?cái)嗝娼�立的水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)數(shù)以千計(jì)。

與此類(lèi)似，水利系統(tǒng)采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相結(jié)合的方式，建立了各省區(qū)和各流域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。如長(zhǎng)江委所屬長(zhǎng)江干支流，目前已有551個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站,共680個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括氨氮、pH值、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、非離子氨、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、溶解氧、總磷、總砷、總汞、總鎘、總鉛、總銅、總氰化物、揮發(fā)酚、石油類(lèi)、總大腸菌群等18項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)。各地（流域）據(jù)此每月發(fā)布一次“水資源質(zhì)量公報(bào)”。

總結(jié)環(huán)保和水利系統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的功能和技術(shù)特點(diǎn)，一是基于行政管理的部門(mén)職能，支撐國(guó)家、省、市（縣）三級(jí)監(jiān)控?cái)嗝婀芾恚欢�是系統(tǒng)主要由水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)處理等三部分組成；三是系統(tǒng)的功能目前尚未實(shí)現(xiàn)“預(yù)測(cè)”，而是對(duì)當(dāng)前水環(huán)境質(zhì)量的感知和信息統(tǒng)計(jì)；四是預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息并非全部依賴(lài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)源也可以是預(yù)警基礎(chǔ)信息的一部分。

4.2 原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

2005年北江鎘污染事件后，在廣東省科技廳支持下，佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司聯(lián)合北江流域有關(guān)供水企業(yè)，以協(xié)議方式建立了“北江原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)與污染預(yù)警系統(tǒng)”，覆蓋韶關(guān)、清遠(yuǎn)、廣州、佛山4市、17縣共60多個(gè)水廠。該系統(tǒng)由4個(gè)主要部分組成：①設(shè)立在各供水企業(yè)的原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；②原水水質(zhì)信息共享平臺(tái)；③原水污染事故發(fā)展趨勢(shì)模擬系統(tǒng)；④應(yīng)急處理合作機(jī)制。目前，廣東省城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)正在努力把這種預(yù)警應(yīng)急合作模式推廣到廣東省的西江、東江、韓江等流域的供水企業(yè)。

從合作機(jī)制的角度看，“多瑙河事故應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)”，與廣東北江模式極其相似。該系統(tǒng)由德國(guó)、奧地利、匈牙利等5個(gè)歐洲國(guó)家共同開(kāi)發(fā)，由多瑙河沿岸各國(guó)的國(guó)際警報(bào)中心、各國(guó)間的信息傳輸系統(tǒng)以及各國(guó)內(nèi)的學(xué)術(shù)支持機(jī)構(gòu)組成。自1997年投入運(yùn)行以來(lái)，該系統(tǒng)在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)多瑙河流域水質(zhì)變化中發(fā)揮了重要作用。

天津芥園水廠和上海某水廠的原水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)可能具有典型代表性。芥園水廠對(duì)濁度、pH值、溶解氧、水溫、氧化還原電位、電導(dǎo)率、氨氮、總磷、大地照度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，建立了預(yù)測(cè)原水中次日葉綠素的決策樹(shù)模型，經(jīng)仿真驗(yàn)證，模型的平均預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)到80％。上海某水廠的原水預(yù)警系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由綜合毒性儀、紫外光譜掃描儀、其他在線監(jiān)測(cè)儀等可以互相印證和補(bǔ)充的三部分構(gòu)成。其他在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH值、ORP、渾濁度、氨氮、電導(dǎo)率、亞硝酸鹽、錳，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)水質(zhì)及氧化環(huán)境的動(dòng)態(tài)；綜合毒性儀監(jiān)測(cè)未知污染物的污染水平；而紫外光譜掃描儀可以針對(duì)綜合毒性儀監(jiān)測(cè)信息，完成未知污染物的快速定性分析。

4.3 供水系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

水專(zhuān)項(xiàng)十一五“飲用水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，集成相關(guān)課題成果，在濟(jì)南、杭州、東莞示范建設(shè)了“城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)”，該預(yù)警平臺(tái)由水質(zhì)信息采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理中心、可視化平臺(tái)構(gòu)成。其中，水質(zhì)信息采集網(wǎng)絡(luò)，由水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括原水、出廠水、管網(wǎng)水、二次供水）、實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)送系統(tǒng)、異構(gòu)系統(tǒng)信息接入共享等構(gòu)成。在線監(jiān)測(cè)的指標(biāo)包括電導(dǎo)率、pH值、水溫、余氯、濁度、溶解氧、葉綠素、耗氧量、綜合毒性、總磷、氨氮、汞、鋅、鎘、鉛、總有機(jī)碳、氰化物等17個(gè)。

預(yù)警平臺(tái)采用的預(yù)警技術(shù)，包括在線監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)模型。利用在線監(jiān)測(cè)信息，可直接對(duì)余氯、渾濁度、耗氧量、氨氮、汞、鋅、鎘、鉛、總有機(jī)碳、氰化物等10個(gè)指標(biāo)報(bào)警；利用電導(dǎo)率，推定氯化物的水平及咸潮入侵情況。利用預(yù)測(cè)模型和pH值、水溫、溶解氧、葉綠素、綜合毒性、總磷、氨氮等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可定性分析原水的氧化環(huán)境，并配合分析耗氧量、氨氮、總有機(jī)碳的水平，對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)及暴發(fā)情況實(shí)施監(jiān)控。同時(shí)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬，可對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)事故的影響范圍、污染程度、持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行分析判斷。

預(yù)警平臺(tái)示范項(xiàng)目于2007年進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，2010年投入運(yùn)行，事件預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。

5 城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)展望

對(duì)水質(zhì)非正常事件的預(yù)警范圍、響應(yīng)時(shí)間和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，是衡量水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)水平及其應(yīng)用前景的三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，而水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)、信息技術(shù)和管理科學(xué)的發(fā)展則是不斷改進(jìn)該三項(xiàng)指標(biāo)的基本動(dòng)力。

近年來(lái)，水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)可以對(duì)約50項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)化水質(zhì)檢測(cè)方法可以支撐對(duì)近400種污染物的快速監(jiān)測(cè)，水中綜合毒性分級(jí)解析和分類(lèi)解構(gòu)技術(shù)可望取得重要突破，云技術(shù)的發(fā)展將使得數(shù)據(jù)處理中心與預(yù)警業(yè)務(wù)平臺(tái)相互分離成為現(xiàn)實(shí)，大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)也將為預(yù)警模型的多途徑和便捷化提供科技支撐。

可以預(yù)見(jiàn)，“十二五”期間城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警，將要發(fā)展為“多級(jí)屏障協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)”，即：通過(guò)智能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)施對(duì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中約60%的污染物實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過(guò)優(yōu)化檢測(cè)頻率、信息共享、大數(shù)據(jù)應(yīng)用，對(duì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中約40%的污染物及時(shí)測(cè)定；通過(guò)協(xié)同應(yīng)用綜合毒性分級(jí)解析和分類(lèi)解構(gòu)技術(shù)、應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)外有毒污染物的快速監(jiān)測(cè)。

（本文發(fā)表于《中國(guó)給水排水》雜志2014年第18期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會(huì)專(zhuān)題”欄目）

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