南水北调中线渠道控制计算模型

陈永攀

南水北调中线干线工程建设管理局河北分局， 河北 石家庄 050035

摘要：南水北调中线由一条长长的开放式明渠和复杂的水力结构组成。它以极其严格的水质要求为城市提供饮用水。近几十年来，鉴于各类调水工程中偶有发生水污染事故。所以需要对其进行科学有效的风险评估，以评估其对整体应急管理的影响，同时应将其纳入社会，经济和环境问题，以便及时应对和管理突发事件。在这项研究中，我们以丹江口段为研究对象，组建了一个综合的水质安全评价模型，主要为协调发展度模型。该模型的建立可以更科学，更通用地评估事故，从而帮助管理人员或专家更快的做出更有效的决策。

关键词：南水北调;中线;丹江口;水质安全;模型

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，尤其是在水资源短缺的地区[2]。其中华北地区水资源短缺问题尤为突出，为了解决华北地区，特别是河南省、河北省、天津市和北京市的缺水问题，我国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。主干渠长约1400km，总水头的长度<100m，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。它保证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。鉴于南水北调中线工程的特点是渠道开放，操作条件复杂，对水质的要求非常高，水污染风险源越来越多且类型多样化。因此，评估与南水北调中线工程相关的可能发生的突发性水污染事件具有重要意义。

利用预警和预测，应急控制和风险评估系统对突发水污染事件进行了多项研究。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，但经过对这些系统的仔细分析后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及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。在综合风险评估过程中，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[3]。

2材料与方法

2.1区域描述

南水北调是我国的一项战略工程，分为东、中和西三条路线。东线工程的起点是江苏省扬州市的江都水利枢纽。中线工程的起点是丹江口水库。中线工程供水区域包括河南省、河北省、北京市和天津市。

2.2综合风险评估

基于静态和动态指标体系的评估结果，将协调发展模型应用于中线工程的相关风险评估，重点是静态和动态风险评估指标体系之间的关系。

（1）当0≤D≤0.35时，两个系统之间的协调发展表现出巨大的不平衡。如果SI>DI，则选择静态指标系统的FCEM结果作为突发水污染事故最终风险的评估结果。如果SI

（2）当0.35≤DD≤0.7时，两个系统之间的协调发展严重失衡。在这种情况下，两个系统的评估结果可能会有很大差异。因此，应添加乘法算法以消除差异。无论情况如何，应将静态和动态指标系统的FCEM结果相乘，以获得突发水污染事故的最终风险评估结果。

（3）当0.7≤DD≤0.85时，两个系统之间的协调发展代表了适度的不平衡。将静态和动态指标系统的FCEM结果相乘，以获得突发水污染事故的最终风险评估结果。

（4）当0.85≤D≤1.0时，两个系统之间的协调发展表现为低不平衡。将两个系统的FCEM结果相加，以获得突发水污染事故的最终风险评估结果。

3结果与讨论

3.1突发性水污染事故风险评估框架

3.1.1基于DPSIR模型的索引分类

考虑到南水北调中线工程的风险及其对突发性水污染事故的影响，已经建立了标准层，包括五个方面：驱动因素，压力，状态，影响和响应。结合研究区域的实际情况，提出了索引层系统。经过一系列定量分析，将该系统分为动态指标和静态指标，并结合每个指标的特征。还考虑了索引的属性，即正数或负数。然后将结果分为四个级别以指示风险级别，即低，中，严重和巨大风险。同样，还为南水北调中线工程建立了有效的水环境预警系统，其突发水污染事故指标包括社会经济和自然环境影响指标。

基于DPSIR模型的理论，使用了新的综合评估方法来评估南水北调中线工程。该指标体系由16个指标组成，其中包括7个静态指标和9个动态指标。六个指标是肯定的，即“污染事故特征”，“供水状况”，“事故区域状况”，“水质恢复”，“公众满意度”和“紧急程度”。其他十项指标为负。根据MRP的实际情况进行计算和评估后，将结果分为四个风险级别：低，中，严重和巨大。

3.1.2各指标值的分析结果

新的综合评估方法已应用于南水北调中线工程。基于DPSIR模型的指标体系，使用FCEM和CDDM评估了突发水污染事故的风险。FCEM用于评估突发性水污染事故的风险评估指标，而CDDM用于描述两个指标体系之间的关系。Long等将AHP与CDDM集成在一起，为南水北调中线工程开发了应急控制系统。

为了评估紧急开发的风险，在与水利工程或环境科学专业的相关专家以及南水北调中线工程相关人员进行了广泛协商之后，建立了三个评分方案。分析结果表明，风险评估指标的总体趋势是一致的。指标值的小幅波动主要是由于所选专家都是环境和水上运输工程师，而且他们的知识水平和经验差别不大。因此，有必要进一步完善专家数据库。专家不应局限于他们的专业;还应咨询熟练的管理人员和技术人员。关于“污染路径”指数，考虑了七个方面：人为中毒，交通事故，内部排水系统的洪水和地下水污染，企业偷污，填埋解决方案指数，藻类繁殖指数和沉降指数。将来，需要根据项目的实际运行情况进一步完善指标体系。

3.2提出方法的优点

根据Long等人提出的基于AHP和CDDM的应急风险评估方法。两个系统之间的CDDM为0.72，风险级别代表中等风险，比综合风险评估方法的结果低一个级别。在对这两种风险评估方法进行比较的基础上，得出以下结论：（1）结合考虑更多客观数据属性的熵方法和结合考虑更多主观数据特征的AHP方法，得出最终指标权重合理可行;（2）FCEM在评估中包括了人的经验，从而根据实际情况进行了更加客观的评估。FCEM还可以用于结合定性和定量因素，扩大信息量并提高评估数量，从而获得可靠的评估结果。因此，本文提出的综合评价方法是比较合理的。

4结束语

以丹江口段为研究对象，组建了一个综合的水质安全评价模型，主要为协调发展度模型。该模型的建立可以更科学，更通用地评估事故。要进一步加强污染源控制、开展生态建设、合理利用资源，提高资源的利用率以及加快水土保持工程的建设，为南水北调中线工程的水质安全提供技术保障。

参考文献：

[1]朱媛媛，田进军，李红亮，等.丹江口水库水质评价及水污染特征[J].农业环境科学学报，2016（1）：139-147.

[2]陈华，郭生练，柴晓玲，等.汉江丹江口以上流域降水特征及变化趋势分析[J].人民长江，2005（11）：29-31.

[3]王志杰，苏嫄.南水北调中线水源地生态脆弱性评价与特征分析[J].生态学报，2018，38（2）：1-12.

[4]秦福来，王晓燕，王丽华，等.基于DEM的流域特征提取及应用[J].河北师范大学学报（自然科学版），2006（1）：109-112.

[5]岳丹丹，梁海涛，王天慧，等.BP人工神经网络模型在西鞍山铁矿地下水水质评价中的应用[J].环境监测管理与技术，2016（4）：23-26.