城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐
城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐
宋蘭合
(中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,北京100044)
目前,我國城鎮(zhèn)供水安全形勢嚴(yán)峻。一是隨著經(jīng)濟(jì)社會發(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。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)施老化的問題日益突出。三是供水安全管理方面,無論是政府監(jiān)管還是供水企業(yè)管理,都存在亟待完善之處。尤其是,近年來水源突發(fā)污染事故頻發(fā),對供水安全帶來極大挑戰(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”更切近問題實(shí)質(zhì)。今后一個時(shí)期,全面推進(jìn)城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(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,我國于2007年發(fā)布實(shí)施了《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》。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)測預(yù)警體系建設(shè)、維護(hù)的責(zé)任主體,包括縣級以上人民政府及其有關(guān)部門、專業(yè)機(jī)構(gòu)、有關(guān)單位、有關(guān)個人。與城鎮(zhèn)供水行業(yè)有關(guān),所稱有關(guān)部門和有關(guān)單位,應(yīng)當(dāng)是指城鎮(zhèn)供水行政主管部門和供水企業(yè)。
依照該法律第四十一條的要求,監(jiān)測預(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,監(jiān)測網(wǎng)絡(luò);要劃分監(jiān)測區(qū)域,確定監(jiān)測點(diǎn),明確監(jiān)測項(xiàng)目;要具備必要的設(shè)備、設(shè)施,配備專職或者兼職人員,對可能發(fā)生的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測。
2 有關(guān)規(guī)劃要求
根據(jù)國務(wù)院辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)飲用水安全保障工作的通知》(國辦發(fā)[2005]45號)要求,國家發(fā)展改革委等五部委于2007年聯(lián)合編制了《全國城市飲用水安全保障規(guī)劃(2006—2020年)》,把建設(shè)全過程的飲用水安全監(jiān)測體系列為規(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,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,中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會供水協(xié)會編制了《城鎮(zhèn)供水設(shè)施建設(shè)與改造指南》,該指南是水專項(xiàng)“十一五”相關(guān)研究成果的集成,也是支撐《全國城鎮(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)測預(yù)警系統(tǒng)包括水質(zhì)監(jiān)測網(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、部門間信息共享和上下游城市聯(lián)動預(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)測網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)從“源頭到龍頭”的全流程監(jiān)測,監(jiān)測對象涵蓋水源水、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)對進(jìn)入防空區(qū)飛行器的識別。
引申到氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué),預(yù)警的涵義已經(jīng)超越了對既發(fā)事件感知,進(jìn)而具有了對事物未來發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行預(yù)測的意義。
綜合國內(nèi)外已建水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的功能,城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警,是依據(jù)供水設(shè)施狀態(tài)和水質(zhì)監(jiān)測信息,通過模型分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動等技術(shù)手段,對一定時(shí)空范圍內(nèi)供水水質(zhì)非正常事件的感知、預(yù)測以及對既發(fā)事故發(fā)展趨勢的分析,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)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)模式
4.1 水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警
我國最早建立水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的是環(huán)保系統(tǒng),1998年以來已覆蓋全國主要水系145個國控重點(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個國控重點(diǎn)斷面外,環(huán)保系統(tǒng)的省、市(縣)監(jiān)控?cái)嗝娼⒌乃h(huán)境預(yù)警系統(tǒng)數(shù)以千計(jì)。
與此類似,水利系統(tǒng)采用自動監(jiān)測與實(shí)驗(yàn)室檢測相結(jié)合的方式,建立了各省區(qū)和各流域的水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。如長江委所屬長江干支流,目前已有551個水質(zhì)監(jiān)測站,共680個監(jiān)測斷面,監(jiān)測指標(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、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職能,支撐國家、省、市(縣)三級監(jiān)控?cái)嗝婀芾�;二是系統(tǒng)主要由水質(zhì)自動監(jiān)測站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫處理等三部分組成;三是系統(tǒng)的功能目前尚未實(shí)現(xiàn)“預(yù)測”,而是對當(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)信息并非全部依賴實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,實(shí)驗(yàn)室檢測數(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多個水廠。該系統(tǒng)由4個主要部分組成:①設(shè)立在各供水企業(yè)的原水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng);②原水水質(zhì)信息共享平臺;③原水污染事故發(fā)展趨勢模擬系統(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、奧地利、匈牙利等5個歐洲國家共同開發(fā),由多瑙河沿岸各國的國際警報(bào)中心、各國間的信息傳輸系統(tǒng)以及各國內(nèi)的學(xué)術(shù)支持機(jī)構(gòu)組成。自1997年投入運(yùn)行以來,該系統(tǒng)在預(yù)測預(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)測預(yù)警系統(tǒng),在國內(nèi)可能具有典型代表性。芥園水廠對濁度、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,建立了預(yù)測原水中次日葉綠素的決策樹模型,經(jīng)仿真驗(yàn)證,模型的平均預(yù)測準(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)測系統(tǒng)由綜合毒性儀、紫外光譜掃描儀、其他在線監(jiān)測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)測有關(guān)水質(zhì)及氧化環(huán)境的動態(tài);綜合毒性儀監(jiān)測未知污染物的污染水平;而紫外光譜掃描儀可以針對綜合毒性儀監(jiān)測信息,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)測預(yù)警系統(tǒng)
水專項(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)測預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)平臺”,該預(yù)警平臺由水質(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。
預(yù)警平臺采用的預(yù)警技術(shù),包括在線監(jiān)測和預(yù)測模型。利用在線監(jiān)測信息,可直接對余氯、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,對藻類生長及暴發(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)測準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。
5 城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)展望
對水質(zhì)非正常事件的預(yù)警范圍、響應(yīng)時(shí)間和預(yù)測準(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)的基本動力。
近年來,水質(zhì)檢測技術(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)測系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)可以對約50項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,標(biāo)準(zhǔn)化水質(zhì)檢測方法可以支撐對近400種污染物的快速監(jiān)測,水中綜合毒性分級解析和分類解構(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,“十二五”期間城鎮(zhèn)供水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警,將要發(fā)展為“多級屏障協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)”,即:通過智能水質(zhì)在線監(jiān)測,實(shí)施對飲用水標(biāo)準(zhǔn)中約60%的污染物實(shí)時(shí)監(jiān)控;通過優(yōu)化檢測頻率、信息共享、大數(shù)據(jù)應(yīng)用,對飲用水標(biāo)準(zhǔn)中約40%的污染物及時(shí)測定;通過協(xié)同應(yīng)用綜合毒性分級解析和分類解構(gòu)技術(shù)、應(yīng)急監(jiān)測技術(shù),實(shí)現(xiàn)對飲用水標(biāo)準(zhǔn)外有毒污染物的快速監(jiān)測。
(本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第18期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會專題”欄目)
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