水质安全评价及预警关键技术研发与应用示范

（２）水质评价技术方面，重点围绕原 水、出 厂 水 和管网水水质进 行 分 析 与 评 价，通 过 水 质 评 价 指 标 筛 选 优 化 、评 价 指 标 分 类 与 赋 权 、多 角 度 水 质 评 价 方 法等研究，建立 饮 用 水 水 质 安 全 指 标 体 系 及 饮 用 水
给水排水 Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．６ ２０１３ ２ ３
本课题的主要任务是在综合集成与科学利用多 源水质信息的基础上，重点围绕支撑 预 警 系 统 的 关
国家水体污染控制与治理科技重大专项（２００８ＺＸ０７４２０－００４）。
键技术、城市供 水 水 质 监 控 预 警 系 统 开 发 与 综 合 集 成技术、多层级 示 范 应 用 系 统 建 设 技 术 等 开 展 研 究 与 实 施 ，所 采 用 的 总 体 技 术 路 线 如 图 １ 所 示 。
（３）饮用水水质安全评价方法。研究 提 出 了 符 合 性 评 价 法 、单 因 子 指 数 法 、综 合 指 数 法 等 不 同 的 水 质 安 全 评 价 方 法 ，并 可 根 据 需 要 进 行 选 取 。 ３．２ 地 表 水 源 水 质 的 多 维 多 尺 度 预 警 技 术
针对我国城市 供 水 水 源 水 质 波 动 剧 烈、突 发 性 污染风险时有发 生 等 问 题，研 究 了 不 同 时 空 尺 度 的 水质预测预警技 术，重 点 研 究 建 立 了 典 型 渐 变 性 水 源水质预警算法 库 和 竞 争 性 算 法 优 选 策 略，基 于 统 计分析、智能算法 和 专 家 系 统 分 析 等 方 法 的 水 质 污 染专题预测预警 适 用 技 术，基 于 水 厂 工 艺 的 水 质 预 警技术等，并 完 成 了 软 件 实 现。 该 技 术 已 在 山 东 省 和济南 市、杭 州 市 和 东 莞 市 示 范 应 用 系 统 中 得 到 应用。
水质安全评价及预警关键技术研发与应用示范
张 宏 建１ 张 光 新１ 侯 迪 波１ 黄 平 捷１ 李 琳２ 边 际２ 牛 晗２ 耿 艳 妍２ 杨 柳 忠３ 黄 健３ 陈 家 全４ 马 中 雨４ 陈 兴 厅４ 戴 吉 胜５ 王 凯５ 单 旭 亮６
（１ 浙江大学，杭州 ３１００２７；２ 中国城市规划设计研究院，北京 １０００４４；３ 住房和城乡建设部信息中心，北京 １００８３５； ４ 济南市供排水监测中心，济南 ２５００２１；５ 东莞市水务监测中心，东莞 ５２３００６；６ 杭州绿洁水务科技有限公司，杭州 ３１００１５）
课题研究主 要 工 作 与 成 果 示 见 图 ２，主 要 取 得 了四项关键技术成果和一项技术集成成果。
图 ２ 课 题 研 究 主 要 工 作 与 成 果
３．１ 基于生活 饮 用 水 卫 生 标 准 的 饮 用 水 安 全 评 价 技术
针对现有水质标准对城市供水全流程水质预警 的适用性和完整 性 需 进 一 步 分 析，水 质 预 警 系 统 的 建立需要有较完善的水质安全评价指标体系和方法 体系作为支撑等 问 题 和 需 求，开 展 污 染 物 对 人 体 健 康影响分析，研究了 基 于 《生 活 饮 用 水 卫 生 标 准》的 多类别、多 角 度、多 层 次 的 饮 用 水 水 质 安 全 评 价 方 法，形成了 《饮 用 水 水 质 安 全 评 价 技 术 指 南 》（建 议 稿 ）。 在 此 基 础 上 研 究 开 发 了 总 体 水 质 评 价 、原 水 实 时安 全 评 价、原 水 实 时 超 标 报 警、出 厂 水 安 全 评 价、 管网水安全评价和水质评价分析等的实现算法和软
图 １ 课 题 研 究 技 术 路 线
（１）多源 信 息 科 学 利 用 方 面，主 要 针 对 预 警 数 据多源性、多维性和动态性等特点进行合理设 计，研 究多源数据直接 访 问、格 式 无 关 和 位 置 无 关 数 据 集 成等 技 术，并 构 建 基 础 数 据、多 源 水 质 数 据、评 价 预 警模型与算法等 数 据 库，为 后 续 评 价 与 预 测 预 警 分 析提供数据支持。
摘要 针对目前城市供水水源污染风险状况和饮用水水质安全保障 需求，利 用三级 水质监 控网 络水质监测数据和其他有关信息，借 助 水 质 信 息 管 理 系 统 与 可 视 化 平 台，研 究 了 饮 用 水 从 源 头 到 龙 头多环节水质安全评价及预警技术 方 法，通 过 融 合 所 研 究 的 水 质 安 全 评 价、典 型 渐 变 性 水 质 污 染 预 测预警、典型突发性水质污染事件预警、水质预警系统集成等多 项关键技术，建立了饮用水水质安全 预警系统，并在山东省和济南市、杭州市和东莞市进行应用示范，实现了对 示范 地重点 关 注 水质指标 （事 件 ）的 安 全 评 价 和 预 测 预 警 ，为 城 市 供 水 水 质 一 体 化 预 警 提 供 了 技 术 与 信 息 支 持 。
关键词 饮用水 水质安全评价 水质预警 饮用水安全保障
１ 拟 解 决 的 关 键 技 术 问 题 水源污染事件 风 险、水 处 理 工 艺 对 原 水 水 质 变
化的响应滞后、水 处 理 系 统 的 不 完 善 性 以 及 输 配 水 管网中水 质 的 二 次 污 染，都 会 影 响 饮 用 水 的 安 全。 要控制和减少饮 用 水 污 染 和 安 全 事 故 的 发 生，降 低 饮用水水质恶化 所 造 成 的 危 害，一 个 有 效 办 法 是 防 患 于 未 然 ，在 其 对 饮 用 水 水 质 造 成 影 响 之 前 ，进 行 评 估 、分 析 ，及 早 提 出 预 告 、报 警 ，及 时 采 取 应 对 处 理 措 施，对 水 质 的 影 响 加 以 有 效 地 抑 制、减 缓、控 制 和 整 治 ，使 整 个 饮 用 水 安 全 保 障 进 入 良 性 循 环 。
（４）预警 系 统 集 成 与 构 建 方 面 的 研 究，主 要 是 从数据利用与分 析、后 台 预 警 服 务 和 前 台 支 持 与 可 视化表达等层面 进 行 系 统 实 现，自 主 开 发 建 立 多 环 节水质安全预警系统。
（５）信息 发 布 层 面，主 要 研 究 应 用 水 质 预 警 工 作 流 管 理 、警 情 跟 踪 管 理 、预 警 信 息 多 模 式 推 送 等 技 术，将 水 质 监 测 信 息、水 质 警 情 信 息、水 质 事 件 信 息 等进 行 整 理 组 织，经 过 模 式 匹 配，通 过 短 信、邮 件、 Ｗｅｂ 等 途 径 推 送 到 相 应 的 部 门 和 接 收 人 。 ３ 主 要 技 术 成 果
其中，典型渐变 性 水 源 水 质 预 警 技 术 研 究 的 核 心工作为：
（１）调研分析饮用水源地重点污染源和潜 在 污 染 源 ，确 定 需 重 点 关 注 的 饮 用 水 源 预 警 因 子 。
（２）建立针对不同水源类型的渐变性水质 预 测 模型库，提出基于 概 率 性 组 合 预 测 原 理 的 模 型 选 择 决策方法。该决策方法首先通过组合预测将各单一 预测方法 的 结 果 进 行 加 权 融 合 得 到 确 定 性 预 测 结 果；然后根据历 史 预 测 值 和 历 史 监 测 值 的 统 计 得 到 预测概率及水质 指 标 区 间 估 计，最 终 得 到 概 率 性 预 测 结 果 ；该 结 果 加 入 到 历 史 预 测 数 据 ，作 为 权 重 计 算 以及概率性预测结果的依据。这种选择决策具有可 扩 展 性 和 自 动 寻 优 能 力 ，随 着 预 测 数 据 的 积 累 ，单 一 水 质 模 型 预 测 效 果 会 不 断 提 高，技 术 流 程 如 图 ４ 所示。
２ ４ 给水排水 Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．６ ２０１３
件功能模块，并 应 用 于 所 建 立 的 多 层 级 水 质 预 警 系 统 ，为 水 质 预 测 预 警 提 供 判 断 依 据 。
主要的三部分核心工作为： （１）水质评价指标优选。水质评价指 标 筛 选 和 优化技术研究及主要工作与成果如图３所示。
（３）对 未 来 水 质 的 变 化 趋 势 进 行 评 价 ，得 出 未 来 水质的安全等级。
（４）对未来水 质 的 安 全 性 以 及 变 化 趋 势 进 行 预 测 、预 警 和 报 警 。
４ 基 于 概 率 性 组 合 预 测 原 理 的 模 型 选 择 决 策 方 法
３．３ 饮用水水 质 安 全 动 态 演 化 和 警 情 趋 势 预 测 预 警技术
面对城市供水 水 源 污 染 事 件 时 有 发 生、原 水 水 质波动剧烈等状 况，城 市 供 水 主 管 部 门 和 供 水 单 位 迫切需要多环节水质安全评价及预警信息支持。在 这个背景下，本 课 题 重 点 针 对 严 重 威 胁 饮 用 水 安 全 的问题，开展饮用 水 水 质 安 全 评 价 方 法 和 饮 用 水 水 质预警系统关键 技 术 研 究，建 立 了 符 合 我 国 国 情 的 水质安全预警系 统，既 为 饮 用 水 水 质 安 全 提 供 有 效 的保障，又为合理 利 用 水 资 源 和 改 善 水 质 提 供 科 学 依 据 ，为 政 府 部 门 的 决 策 提 供 支 持 。 ２ 研 究 思 路 与 技 术 路 线
研发了河流型与湖库型典型有毒有害物质泄漏 事故预警技术，实 现 了 基 于 远 程 仿 真 服 务 的 典 型 突 发水质污染 风 险 （事 故）预 测 预 警，技 术 流 程 如 图 ５ 所示。技术突破 点 包 括：机 理 型 和 非 机 理 型 污 染 物 扩 散 规 律 及 计 算 技 术 、远 程 仿 真 计 算 服 务 技 术 、基 于 多模型的有毒有害物质水质污染事故动态优化预警 方法、水质污染 事 故 仿 真 模 拟 服 务 子 系 统 构 建 技 术 等。构建的基于 ＷｅｂＧＩＳ的有毒有害物质水质污染 事故仿真 模 拟 服 务 子 系 统 可 对 重 点 关 注 河 段 和 水 域 、典 型 突 发 泄 漏 污 染 物 （硫 化 物 等 无 机 类 ；石 油 、酚 类、有机农药等有 机 类；重 金 属 类 等）的 扩 散 及 危 害 程度进行演化分析。已在示范系统中得到应用。
图 ３ 水 质 评 价 指 标 优 选 与 指 标 体 系 建ห้องสมุดไป่ตู้立
（２）水质评价指标分类与赋权。① 以 各 种 污 染 物对人体健康的 影 响 为 基 础，同 时 考 虑 其 在 水 中 的 存在 水 平、影 响 时 间、影 响 范 围 等 因 素，对 水 质 评 价 指标进行分类。主要依据以下有关污染物危害性的 标准与规定判断水质指标对人体健康的影响程度： 能够引起人 群 中 暴 发 大 规 模 传 染 病；ＩＡＲＣ 的 分 组 标准；水中优先控制污染物黑名单；美国 ＥＰＡ１２９种 优 先 控 制 污 染 物 ；化 学 物 质 的 急 性 毒 性 ；剧 毒 化 学 品 目录；农 药 急 性 毒 性 暂 行 标 准；斯 德 哥 尔 摩 公 约；内 分 泌 干 扰 物 质；ＥＰＡ 潜 在 致 癌 剂 的 危 害 等 级 等。 ②对照研究制订 的 指 标 类 别 划 分 依 据，对 筛 选 优 化 出来的 １２６ 项 水 质 指 标 逐 一 分 析，确 定 类 别 为 Ⅰ ～ Ⅴ类 指 标。 第 Ⅰ 类 指 标 造 成 的 危 害 具 有 时 间 短、致 死速度快等 特 点，对 人 体 健 康 的 危 害 最 大，Ⅱ 类 其 次，以此类 推，Ⅴ 类 最 轻。 ③ 参 照 《有 毒 作 业 分 级 》 （ＧＢ １２３３１—９０）等规范 性 文 件 的 权 重 分 级 思 路，对 每一类水质指标 确 定 风 险 系 数，并 通 过 实 测 数 据 进 行调整优化，使 水 质 安 全 评 价 计 算 结 果 与 实 测 结 果 尽量吻合。
水质评价方法。 （３）水质 预 警 技 术 研 究，主 要 是 应 用 基 于 水 厂
工艺能力和预案 水 平 的 预 警 方 法，开 展 典 型 渐 变 性 水质预警 和 典 型 突 发 性 水 质 污 染 事 件 预 测 预 警 研 究 ，并 应 用 水 质 数 据 预 处 理 技 术 、时 间 序 列 预 测 技 术 等 ，开 展 出 厂 水 和 管 网 水 水 质 分 析 研 究 。