南水北调中线丹江口段水质预警体系建设研究

李莉 孙勇 郭英 潘坤

摘  要：为了保护和管理水，迫切需要一种快速，准确的水质污染物风险预警系统，对事故管理中的决策具有重要的现实意义。水質预警包括水环境现状调查、水质监测、水质评价及变化趋势的预测，而南水北调中线工程水质预警体系就是建立在水质评价的基础上。文章在分析丹江口水库的监测数据以及丹江口段可能存在的突发环境污染事件基础上，以期建立一个较完善的预警体系。研究结果表明：预测结果的确定系数大于0.9，相对误差小于0.1，这表明预警体系的准确性足以满足现实的水质污染物风险预警。

关键词：南水北调;丹江口;水质;预警

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

可持续发展已成为各国政治议程中至关重要的问题[1]。水资源的使用是可持续发展的重要方面，尤其是在水资源稀缺的地区[2]。为了解决华北地区尤其是河南省，河北省，天津市和首都北京的水资源短缺问题，中国政府启动了具有战略意义的南水北调中线工程。 南水北调中线工程于2014年12月开始，主渠长1277km，总水头的长度<100m，共有1800种不同类型的结构。南水北调中线工程的供水已成为许多受水地区的主要水源。它影响了华北地区的饮用水安全，极大地影响了工业生产和人民生活。但是，南水北调中线工程的特点是渠道开放，操作条件复杂，对水质的要求更高，类型多样且水污染风险源越来越多。因此，评估与南水北调中线工程相关的突发性水污染事件具有重要意义[3]。

利用预警和预报，应急控制和风险评估系统对突发水污染事故进行了多项研究[4-6]。Long等提出了一套全面的应急控制系统，用于应急风险评估和控制。徐等提出了一种实时，快速的应急控制模式，以应对与长距离输水工程有关的突发性水污染事故。Wang等提出了一种识别河流中污染源的方法，该方法可用于快速控制污染扩散。Lei等开发并实施了决策支持系统，该系统为污染事故的管理提供了技术支持。尽管这些研究为减少污染事故的影响提供了有价值的工具，但对这些系统的仔细分析显示它们仍然存在一些局限性：（1）它们只关注总分; （2）在评估标准和替代方案时，他们主要考虑自然语言表达方式，而不是确切的数字; （3）他们主要关注各个指标，而忽略了它们之间的联系。

因此，需要一种综合的风险评估方法，该方法基于一系列定量的静态或动态指标来反映突发性水污染事故的风险水平，并考虑这些指标之间的关系。在综合风险过程中，迫切需要解决的问题是如何建立一个涵盖各个方面的指标体系，并考虑系统各相关指标之间的关系。突发的水污染事件对人类的生活，社会，环境和经济发展具有重大影响。为了澄清这些部门之间的关系，DPSIR框架受到了越来越多的关注。DPSIR框架使我们能够以简单的方式描述和阐明社会及其生态系统之间的关系。由于其简单性和可理解性，它已被用于各种目的。驱动程序-压力-状态-冲击-响应（DPSIR）模型源自压力-状态-响应（PSR）框架，可用于捕获社会，经济和环境系统;它已被广泛用于分析人类与环境系统之间的相互作用。DPSIR框架在简化复杂的人环境系统，定性描述其相互关系以及支持相关政策制定方面具有概念上和实践上的优势[7-9]。DPSIR框架是一种有效的方法，可用于探索突发性水污染事故与社会经济系统之间的关系，因为它提供了一种有组织的方法来分析突发性水污染事故的影响，后果和响应[10-14]。

本文将在分析丹江口水库的监测数据以及丹江口段可能存在的突发环境污染事件基础上，以期建立一个较完善的预警体系。

2 实验方法

MEWSUB是一种移动预警系统，用于未加水的流域水质紧急风险管理。在该系统中，建立了一维水量和水质模型来预测事故后的污染物。为了解决數据不足的问题，MEWSUB具有一个地形模块来生成数字地形数据，一个污染物模块来生成污染物释放过程数据，以及一个中间结果校正模块来检查模拟结果的准确性。该系统具有三个用于数据生成或自动数据收集的模块，可用于预测污染物的迁移过程，并在未启用的流域进行预警。

3 结果与讨论

水质预警的一般程序是先评价，后预测，在预测的基础上进行预警。从图1的结果可知，经过优化后，预测结果的确定系数大于0.9，符合目标。模拟结果很好地反映了污染物的迁移过程和浓集时间过程。在许多水质模型研究中，如果确定系数大于0.5，则可以接受对于水质污染物风险预警，MEWSUB的准确性足以对其参数进行优化。

南水北调中线工程输水干线上水质和水量在时间和空间上是不断变化的，因此对其水质进行预警要考虑水质的时间和空间特征。

南水北调中线工程预警体系的建设，是至关重要的，不但解决北方的缺水问题，还是环境保护方面的标杆项目，因此，除了在技术上要进行积极的探索，管理上更要加强，作为环境主管部门，要严格的执行国家政策和规定，居民和企业更要执行好政府部门制定的规章和制度，切实维护好环境，为打造好预警工程贡献力量。

4 结束语

南水北调中线工程是我国21世纪的特大型跨流域调水工程，它是解决北方地区资源性缺水问题的战略措施和基础设施，又是重大的环境保护工程。为充分发挥南水北调中线工程的效益，建立南水北调中线工程水质预警系统有重要的意义。本文在分析丹江口水库的监测数据以及丹江口段可能存在的突发环境污染事件基础上，以期建立一个较完善的预警体系。研究结果表明： 预测结果的确定系数大于0.9，相对误差小于0.1，这表明预警体系的准确性足以满足现实的水质污染物风险预警。

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