蔡 倩，安 娜，王 鋒，韓小波，潘博倫，涂倩倩

(深圳市水務(wù)<集團>有限公司，廣東深圳 518031)

隨著人民生活水平的提高和健康意識的提升，人民群眾對飲用水的水質(zhì)愈加關(guān)注，飲用水水質(zhì)關(guān)系民生福祉，是供水行業(yè)提升人民群眾安全感、獲得感與幸福感的重要路徑。根據(jù)城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，S市計劃在“十四五”期間普遍實現(xiàn)自來水可直接飲用，基于這一目標編制了地方水質(zhì)標準，并將可直飲的自來水定義為：經(jīng)過深度處理工藝、達到地方水質(zhì)標準要求、經(jīng)城市公共供水管網(wǎng)穩(wěn)定輸送至用戶、可以直接飲用的自來水，內(nèi)涵體現(xiàn)在安全健康、品質(zhì)優(yōu)良和體驗愉悅這3方面。因此，針對“直飲”，自來水水質(zhì)的控制目標在滿足國家水質(zhì)標準的基礎(chǔ)上，突出了對感官指標、微生物指標及毒理指標的更高要求，具體表現(xiàn)在渾濁度、色度、氣味、嗅閾值、消毒劑最高限值、消毒副產(chǎn)物、菌落總數(shù)、農(nóng)藥、重金屬等水質(zhì)指標的提升或增加上。此外，自來水直飲不僅僅代表水質(zhì)的提升，還要求供水企業(yè)在供水保障能力、風險管控水平甚至客戶服務(wù)等方面實現(xiàn)全面提高，以滿足用戶對“直飲”更高的心理預(yù)期。

供水系統(tǒng)是開放的多元化系統(tǒng)，涉及取水、制水、輸配水及二次供水等多個環(huán)節(jié)，具有流程長、時空范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、影響因素眾多等特點。同時，原水水質(zhì)波動、供水設(shè)施的老化、突發(fā)污染事件以及極端天氣等因素又使得供水系統(tǒng)存在一定的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，這為S市全面執(zhí)行地方水質(zhì)標準、實現(xiàn)自來水直飲目標提出了很大的挑戰(zhàn)。因此，需要系統(tǒng)梳理S市供水系統(tǒng)存在的風險并進行風險評價。付朝暉等[1]針對沿海城市供水系統(tǒng)易受咸潮、臺風以及洪澇災(zāi)害影響等問題，以增強城市供水安全保障、提升抗風險能力為目標，采用矩陣分析法對城市供水系統(tǒng)風險進行綜合評價。黃凱寧等[2]利用層次分析和風險矩陣法分析供水系統(tǒng)的風險，其目的也主要在于提升供水安全保障水平。

城市自來水直飲在我國尚屬新鮮，針對更高的水質(zhì)目標及風險管控要求，供水系統(tǒng)存在的風險因素及風險水平也不盡相同，因此，需要通過系統(tǒng)、科學的風險評估方法，識別與評估在實現(xiàn)自來水直飲的過程中存在的風險因素、找到系統(tǒng)短板。此項工作于2019年開展，系統(tǒng)梳理與評價了當時S市供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀與風險情況，并根據(jù)結(jié)果制定風險應(yīng)對策略，期望可以為其他城市的水質(zhì)提升工作提供參考。

1 城市供水系統(tǒng)風險評價方法及評價體系構(gòu)建

1.1 城市供水系統(tǒng)風險評價方法

常見的風險評價方法有專家調(diào)查法、蒙特卡羅法、敏感性分析法、層次分析法、風險矩陣法、灰色理論評價法、模糊綜合評價法、事故樹分析法等[3]，各種方法都有其優(yōu)缺點及適用范圍，方法的選擇應(yīng)根據(jù)評價對象的特點及評價目標綜合考量確定。

城市供水系統(tǒng)是指將原水經(jīng)加工處理后，按需求把制成水供到各用戶的一系列工程的組合[4]，分為取水、水處理、輸配水和二次供水4個子系統(tǒng)。從水質(zhì)保障角度而言，城市供水系統(tǒng)時空范圍廣、流程長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水質(zhì)風險受到系統(tǒng)內(nèi)外多種因素的影響及制約，且每部分還存在不同的風險源。根據(jù)城市供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、風險源多、各風險因子對整體風險的貢獻權(quán)重不盡相同等特點，決定選用層次分析和模糊綜合評價相結(jié)合的方法，評價S市供水系統(tǒng)存在的風險及風險級別。

層次分析法是一種解決多目標復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化決策分析方法。采用層次分析法進行評估的核心思想，是根據(jù)風險控制的總體目標及系統(tǒng)各部分的特點，將供水系統(tǒng)總體風險分解成不同子系統(tǒng)、不同層次的風險因素，構(gòu)造出風險因素的判斷矩陣，再通過數(shù)學計算得到各風險要素相對于系統(tǒng)總體風險的權(quán)重[5-7]。

模糊綜合評價法依據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論，是一種可以把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價的方法[3-5]。在供水系統(tǒng)風險評估中，通過模糊綜合評價法量化各風險因素發(fā)生的可能性K1和嚴重性K2，以此衡量供水系統(tǒng)風險發(fā)生的頻率和危害程度。再通過可能性與嚴重性的乘積，確定各風險因素所處的風險等級。

如前所述，供水系統(tǒng)屬于復(fù)雜系統(tǒng)，通過層次分析法和模糊綜合評價法的結(jié)合，可以將系統(tǒng)風險分析一一分解為對其貢獻權(quán)重不一的眾多風險因素，并以量化的方式衡量各風險因素、各子系統(tǒng)以及系統(tǒng)整體的風險水平，從而實現(xiàn)風險評價的目的。

1.2 城市供水系統(tǒng)風險評價體系構(gòu)建

1.2.1 單因素風險的評價

根據(jù)模糊綜合評價方法，將風險分為風險發(fā)生的概率(K1)與風險發(fā)生帶來的影響(K2)兩個維度，因此，單因素風險為自來水直飲帶來的影響。將K1與K2分別按低、中、高排序，形成0～5的分值，由專家進行賦值，原則如表1～表2所示。

表1 風險可能性等級及賦值原則

表2 風險嚴重性等級及賦值原則

單因素風險的等級如式(1)。

單因素風險值K=K1×K2

(1)

K值的大小即為單因素風險值的評價依據(jù)，將風險等級劃分為Ⅰ～Ⅳ 這4個等級，劃分原則如表3所示。若風險值處于Ⅰ級風險(15，25]，應(yīng)給予高關(guān)注，必須盡快且不計成本地阻止其發(fā)生；若風險值處于Ⅱ級風險(10，15]，應(yīng)給予較高關(guān)注，合理分配資源以阻止其發(fā)生；若風險值處于Ⅲ級風險(5，10]，應(yīng)保持關(guān)注并采取合理措施阻止其發(fā)生或盡可能降低其發(fā)生后造成的影響；若風險值處于Ⅳ級風險(0，5]，可以在風險發(fā)生后再采取措施。

表3 風險等級劃分標準

1.2.2 風險權(quán)重的確定

風險權(quán)重值是指各風險因素在供水子系統(tǒng)以及供水子系統(tǒng)在整體供水系統(tǒng)中的相對重要程度，由此來綜合衡量各風險因素對于供水子系統(tǒng)，以及供水子系統(tǒng)對于供水系統(tǒng)的風險比重。確定各個風險因素的權(quán)重是風險評價的關(guān)鍵，層次分析法是一種典型的確定各個風險因素權(quán)重的方法，以專家調(diào)查問卷或座談的形式，通過構(gòu)造比較判斷矩陣、一致性檢驗、計算風險權(quán)重等過程，獲得各個風險因素權(quán)重。本次研究利用邁實AHP層次分析法軟件實現(xiàn)計算過程。

1.2.3 供水系統(tǒng)風險評價

供水系統(tǒng)的風險通過子系統(tǒng)的風險值和子系統(tǒng)的權(quán)重值來評價，子系統(tǒng)風險值則通過子系統(tǒng)內(nèi)各單因素風險值和單因素權(quán)重值評價，如式(2)～式(3)。

供水系統(tǒng)風險值=∑子系統(tǒng)風險值×子系統(tǒng)權(quán)重

(2)

供水子系統(tǒng)風險值=∑子系統(tǒng)單因素風險值×

子系統(tǒng)單因素權(quán)重

(3)

由表3的風險等級劃分標準，可評價出各供水子系統(tǒng)以及供水系統(tǒng)的風險等級。

2 S市供水系統(tǒng)風險評價結(jié)果與討論

2.1 S市供水系統(tǒng)概況與風險識別

2.1.1 原水系統(tǒng)

S市的原水主要由兩大境外水源工程供應(yīng)，本地水源作為補充和調(diào)節(jié)。兩大供水工程組成網(wǎng)絡(luò)干線，網(wǎng)絡(luò)支線連通本地調(diào)蓄水庫形成如“長藤結(jié)瓜”的分配體系，使境外水源工程與本地水庫相互連通，提高了原水調(diào)度的靈活性。但是從雙水源保障角度，S市單一水源水廠的數(shù)量占總水廠數(shù)量的42.3%，存在一定的原水保障風險。

S市原水水質(zhì)情況整體良好，4座主力水庫中，3座水庫水質(zhì)達到地表Ⅱ類，1座水庫達到地表Ⅲ類。但原水水質(zhì)存在明顯的季節(jié)性波動的情況，春夏高溫季節(jié)，藻類繁殖會帶來嗅味和pH短時間劇烈升高的問題，部分水庫的鐵、錳及有機物濃度出現(xiàn)異常，由此引發(fā)嗅味和黃水問題，并曾導(dǎo)致客戶投訴。另外，原水水質(zhì)風險預(yù)警系統(tǒng)尚未實現(xiàn)全市覆蓋，部分區(qū)域響應(yīng)水質(zhì)季節(jié)性波動和突變水質(zhì)污染事件的速度滯后。S市為沿海城市，應(yīng)對臺風等極端天氣引起的原水水質(zhì)水量保障風險給予充分重視。

2.1.2 制水系統(tǒng)

目前，S市共有水廠47座，供水能力為700.8萬t/d，日均供水量約556萬t。其中，常規(guī)工藝水廠42座，占總處理能力的86.1%，深度處理水廠5座，占總處理能力的13.9%。S市執(zhí)行現(xiàn)行國家標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》，出廠水綜合合格率可達到100%。

水廠的凈水工藝和設(shè)施設(shè)備保障水平是影響出廠水水質(zhì)的重要因素。目前，S市服役超20年的老舊水廠共計18座，單水沖虹吸濾池、雙閥濾池等工藝較為落后的水廠13座，共占全市供水能力的22%。這些水廠設(shè)施設(shè)備保障率不足，應(yīng)對原水水質(zhì)變化的彈性較低，對標自來水直飲的水質(zhì)目標具有一定風險。

S市水廠的總體產(chǎn)能可以滿足用水需求，但由于地理條件、經(jīng)濟水平差異、歷史遺留等因素導(dǎo)致局部地區(qū)供水緊張，加上區(qū)域供水環(huán)網(wǎng)度不夠、片區(qū)間聯(lián)絡(luò)程度有限，部分水廠處于滿負荷甚至供水高峰期超負荷運行，這為自來水直飲的高水平水質(zhì)保障帶來了挑戰(zhàn)。

為了強化出廠水水質(zhì)保障，依據(jù)上層次規(guī)劃要求，在對低保障小水廠實行關(guān)停的基礎(chǔ)上，在保留水廠進行深度處理工藝是提升水質(zhì)安全保障程度的重要技術(shù)對策，可以為直飲水質(zhì)提供充足的安全裕度。同時，深度處理可以去除S市水源中消毒副產(chǎn)物前體物、致色和致嗅物質(zhì)、農(nóng)藥等目標污染物，彌補常規(guī)處理工藝的不足。S市5座水廠實現(xiàn)了深度處理，約占全市供水處理能力的13.9%，缺少深度處理工藝的水廠在水質(zhì)保障程度方面具有一定風險。

此外，部分電源保障不足會帶來生產(chǎn)隱患。S市9座水廠存在單電源或雙電源有缺陷的情況，如遇到斷電情況，水量和水質(zhì)保障將受到嚴重影響。

2.1.3 輸配系統(tǒng)

S市市政供水管網(wǎng)總長度約8 600 km，球墨鑄鐵管、鋼管、高密度聚乙烯管等優(yōu)質(zhì)管材占比約為76.3%；灰口鑄鐵管、鋼筋預(yù)應(yīng)力管等不再推薦使用的管材約為14%；從建設(shè)年代來看，2000年以后鋪設(shè)的管道長度占42.4%，1990年以前鋪設(shè)的管道長度占10.6%。

在輸配環(huán)節(jié)，應(yīng)著重提升水質(zhì)保持穩(wěn)定的能力。需重點關(guān)注的風險因素主要為：(1)因管道工事的不規(guī)范操作(如爆管搶修、新舊管接駁等)引發(fā)的水質(zhì)污染事件；(2)因老舊管道腐蝕、停水通水等水力條件改變導(dǎo)致的黃水；(3)仍存在部分灰口鑄鐵管等不推薦使用的管材并可能帶來負面水質(zhì)影響；(4)流速偏低、水齡偏長的管段可能會出現(xiàn)余氯降低、細菌總數(shù)超標的情況。

2.1.4 二次供水系統(tǒng)

據(jù)不完全統(tǒng)計，S市共有近7 000座二次供水加壓泵房，納入供水企業(yè)管理的泵房不到1/10。因部分加壓泵房建設(shè)標準不高、“三孔”布設(shè)無法滿足規(guī)范要求、部分生活與消防水池未分離，出現(xiàn)停留時間過長或短流等問題，可能會導(dǎo)致二供環(huán)節(jié)余氯降低、細菌總數(shù)超標的情況。此外，部分物業(yè)管理私自采取直抽或疊壓方式對加壓泵房進行節(jié)能改造，易對周邊或市政管網(wǎng)帶來沖擊和不利影響等。

2.2 S市供水系統(tǒng)風險評價結(jié)果及討論

2.2.1 單因素風險評價

以自來水直飲為目標，通過梳理S市供水系統(tǒng)從“源頭到龍頭”存在的風險，共識別出21項風險，基于此編制風險評價表，邀請供水行業(yè)專家進行打分。為充分體現(xiàn)客觀性，共邀請了36位行業(yè)專家參加，包括設(shè)計院、高校及科研機構(gòu)的行業(yè)專家、供水企業(yè)管理人員、專業(yè)技術(shù)人員以及運營管理人員，結(jié)果如表4所示。由表4可知，所有風險指標中Ⅱ級風險指標級別最高，共8項，占38%。將所有指標按風險值及風險權(quán)重大小排序，排在前10的風險指標情況分別如表5和表6所示。

表4 單因素風險及子系統(tǒng)風險評價結(jié)果

一個單因素風險對供水系統(tǒng)整體風險的貢獻水平，由其風險值及權(quán)重共同決定。一方面，有些風險因素值較高，但權(quán)重不大，如排名前10的風險因素中，二次供水環(huán)節(jié)占據(jù)5項(表5)，說明S市的二次供水設(shè)計標準和管理水平對照自來水直飲的標準差距較大，供水企業(yè)應(yīng)從降低水齡、最大程度減少二次污染發(fā)生等方向提升二次供水的水質(zhì)保障水平。另一方面，有些風險因素值并不是最高的，但是權(quán)重較大，如排名前10的風險因素中，原水環(huán)節(jié)占據(jù)5項(表6)，這說明優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的原水是確保供水系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)自來水的最重要因素，原水水質(zhì)一旦出現(xiàn)問題，將影響整個供水系統(tǒng)的生產(chǎn)運行，嚴重時甚至導(dǎo)致停水。

表5 單因素風險值TOP10

表6 單因素風險權(quán)重TOP10

2.2.2 供水系統(tǒng)風險評價

根據(jù)表4中各子系統(tǒng)風險值及風險權(quán)重，通過加權(quán)平均的方法，計算S市供水系統(tǒng)風險等級，結(jié)果如表7所示。針對自來水直飲需要達到的水質(zhì)目標，S市供水系統(tǒng)的整體風險等級為Ⅱ級，屬于必須采取控制措施的風險級別，應(yīng)對存在的風險因素給予較高關(guān)注，安排合理的資金防止風險發(fā)生。其中，原水子系統(tǒng)和二次供水子系統(tǒng)風險較高，為Ⅱ級；制水子系統(tǒng)與輸配水子系統(tǒng)的風險等級稍低，為Ⅲ級。根據(jù)對整個供水系統(tǒng)風險評價結(jié)果的權(quán)重貢獻，原水系統(tǒng)是影響供水系統(tǒng)整體風險水平的最重要環(huán)節(jié)，其次是制水系統(tǒng)。

表7 S市供水系統(tǒng)風險等級

3 S市供水系統(tǒng)風險防范對策

依據(jù)風險評價結(jié)果，S市在風險防控的對策主要分為兩大類：(1)針對硬件設(shè)施存在的短板，采取工程化措施增強供水系統(tǒng)的安全保障能力，從而保障水質(zhì)達到直飲的要求；(2)針對管理不夠完善，引入HACCP管理體系，以食品生產(chǎn)的標準實現(xiàn)供水全流程風險管控，從而保障水質(zhì)持續(xù)、穩(wěn)定地達到直飲要求。主要舉措如下。

原水環(huán)節(jié):(1)依據(jù)“水廠水源不少于2個，水廠原水輸水管道不少于2條”的原則完善原水管的建設(shè)，強化原水的雙水源保障；(2)建立動態(tài)的原水水質(zhì)風險庫，加強風險預(yù)判，完善原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，加強供水企業(yè)與水源管理單位有關(guān)原水水質(zhì)信息的共享與聯(lián)動，將風險防范工作前移；(3)針對污染事件、極端天氣等突發(fā)事件，做好應(yīng)急預(yù)案和物資儲備，定期組織演練，不斷提升供水企業(yè)應(yīng)對突發(fā)事件的處理處置能力。

制水環(huán)節(jié):(1)按照S市供水規(guī)劃布局中“大水庫、大水廠、大管網(wǎng)”原則，加快推進水廠的整合，逐步關(guān)停工藝落后的老舊小水廠、新建高質(zhì)量的大水廠，以解決老舊水廠和超負荷運行水廠的水質(zhì)風險問題；(2)加快推進規(guī)劃保留水廠的工藝升級，增加深度處理工藝，增強水廠應(yīng)對原水水質(zhì)波動的韌性能力；(3)針對部分水廠電源保障不足的問題，加快建設(shè)雙回路電源，對于不具備雙回路條件的，以及即將關(guān)停的水廠，配置備用發(fā)電機。

輸配水系統(tǒng):(1)針對不合格管材、經(jīng)常爆管、老舊銹蝕的管段進行更新改造，提升管網(wǎng)在輸送過程中水質(zhì)保持的能力;(2)改善管網(wǎng)系統(tǒng)的水力條件，盡量消除支狀管網(wǎng)，加大對市政預(yù)留口和廢棄管道的切除，對流速偏低的管道進行定期清洗;(3)有計劃地推進區(qū)域間大管網(wǎng)的互聯(lián)互通工程，未來實現(xiàn)“當某區(qū)域水廠或供水管網(wǎng)故障停水時，周邊相鄰區(qū)域可補給的供水量不少于本區(qū)域需水量的30%”;(4)提升施工管理的標準與水平，嚴格規(guī)范管道工事行為，杜絕因施工導(dǎo)致的水質(zhì)二次污染事件。

二次供水環(huán)節(jié):(1)有序推進二次加壓泵房的標準化改造;(2)推動由供水企業(yè)代管的專業(yè)化管理模式，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事，形成“權(quán)責明晰、管理專業(yè)、監(jiān)管到位”的二次供水管理新格局。

管理提升方面:以HACCP作為水質(zhì)風險管控的指導(dǎo)思想，關(guān)注供水全過程、抓住影響水質(zhì)安全的關(guān)鍵點，充分結(jié)合與利用信息化手段，全面提升飲用水“從源頭到龍頭”的安全管理水平。

4 結(jié)語

城市的供水系統(tǒng)存在多方面和多層次的目標，如保障用戶端的水量、水壓和水質(zhì)，又如保障供水和生產(chǎn)的安全等。針對不同的目標，風險識別的內(nèi)容和風險評價的結(jié)果不盡相同。本文主要針對城市自來水直飲，緊密圍繞水質(zhì)達到直飲要求這一目標，運用層次分析和模糊綜合評價相結(jié)合的方法，對S市供水系統(tǒng)的風險進行了綜合評價。本文結(jié)果為該城市未來供水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、更新改造以及工程建設(shè)時序的決策提供了支撐，也為供水全流程、管理全鏈條的風險管控提供了依據(jù)。

目前，在我國實現(xiàn)城市自來水直飲還需要供水企業(yè)不斷地進行探索和嘗試。因此，對供水系統(tǒng)風險進行全面評價，不僅是提升水質(zhì)風險管理水平的基礎(chǔ)，也是S市在自來水直飲實踐過程中經(jīng)驗與教訓的充分總結(jié)。目前，全國眾多城市和地區(qū)的供水企業(yè)有全面提升自來水水質(zhì)的愿望和需求，《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035)》也提出“全市供水水質(zhì)與同期歐美發(fā)達國家同級城市保持同等水平，滿足直飲需求”的目標，希望通過本文，能夠為國內(nèi)其他城市的自來水水質(zhì)提升提供借鑒。

需要說明的是，風險評價是一個動態(tài)的過程，隨著客觀條件的改變或者是目標的調(diào)整，應(yīng)對風險識別、風險評估以及相應(yīng)的風險控制措施保持定期更新和修訂。通過這樣如此往復(fù)的過程，不斷迭代完善城市供水系統(tǒng)的風險評估體系，以適應(yīng)城市的高質(zhì)量發(fā)展需求。