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城市水安全評價體系研究

文檔作者：賴武榮葉茂文檔來源：重慶市市政設(shè)計研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月23日
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第46卷第4期
2010年4月
甘肅水利水電技術(shù)
Gmlsu W ater Conservancy and Hydropower Technology
Vo1．46，No．4
Apr．，2010
· 設(shè)計與研究·
城市水安全評價體系研究
賴武榮．葉茂
(重慶市市政設(shè)計研究院，重慶400020)
摘要：通過探討城市水安全的概念，采用PSR模型選取水安全影響的評價因素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建指標(biāo)體系，用層次分
析法確定指標(biāo)權(quán)重，通過相關(guān)分析，找出主要影響因子，為城市水安全評價指標(biāo)系統(tǒng)提供新的方法和思路。
關(guān)鍵詞：城市水安全；PSR模型；AHP
中圖分類號：TV213．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引言
水資源作為人類重要的自然資源和經(jīng)濟(jì)資源，既是人類
生活安全的控制性因素，也是每個國家安全的重要組成部
分。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和城市居民生活的不斷提高，
對水資源的需求量也日益增加，城市水資源短缺和突發(fā)性水
安全事故等水安全問題日益顯現(xiàn)。因此城市水安全已經(jīng)成為
衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
未來我國在淡水資源需求的增加上主要表現(xiàn)在城市用
水，而城市在整個社會經(jīng)濟(jì)中的地位以及城市水安全的復(fù)雜
性，使城市水資源安全已成為城市發(fā)展的重要性因素之一。
因此，在進(jìn)行城市水安全問題研究中，我們應(yīng)當(dāng)首先要考慮
地區(qū)的水資源狀況，其次還要綜合考慮與之緊密相關(guān)的社
會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、資源、政治及環(huán)境等多方面因素。目前城市水
安全的綜合評價研究是當(dāng)前水科學(xué)研究中的一個重點(diǎn)和熱
點(diǎn)問題。
1 城市水安全的概念
1．1 水安全概念概述
研究人員在對城市環(huán)境安全研究的背景下，提出了水安
全概念，并對其進(jìn)行了探討和研究。對于水安全的概念不同
學(xué)者有不同見解。如韓宇平等將水安全定義為自然作用或人
為作用下區(qū)域水狀況發(fā)生惡化，由此帶來不利影響，它是從
風(fēng)險角度對水安全的反面表征。張翔等則強(qiáng)調(diào)水安全是指水
的存在方式及水事活動對人類社會的穩(wěn)定與發(fā)展是基本無
威脅的，它是從水安全與人類關(guān)系角度來闡明的。陳紹金將
水安全概念表述為一個地區(qū)(或國家)涉水災(zāi)害的可承受和
水的可持續(xù)利用能確保社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，它強(qiáng)
調(diào)的是水系統(tǒng)對人類活動的支撐作用。由此可見水安全的評
價對象不僅指水資源本身，也包括與水相關(guān)的一切活動和載
體的相應(yīng)指標(biāo)。水安全是所有這些子系統(tǒng)綜合而成的綜合水
環(huán)境系統(tǒng)的安全。
1．2 城市水安全概念辨析
考慮上述專家對水安全的認(rèn)識，并根據(jù)城市水安全特有
的制約因素，我們認(rèn)為可以把城市水安全認(rèn)為是：在特定的
城市區(qū)域內(nèi)，能夠消除所以嚴(yán)重涉水災(zāi)害，減少居民對涉水
災(zāi)害的危機(jī)感，確保城市生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)及城市居民自
身可持續(xù)發(fā)展的“水資源”狀態(tài)。這里的“水資源”既包括通常
所說的水質(zhì)、水循環(huán)、水量及其存在形式和時空分布狀況，還
包括“虛擬水”等。
2 水安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建
2．1 基于改進(jìn)PSR的指標(biāo)選擇
PRS模型框架是由OECD (Organization for Economic
Co—operation and Development，聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織)于
1994年提出的壓力一狀態(tài)一響應(yīng)(Pressure—State—Response。
PSR)框架模型。目前國內(nèi)研究人員通過采用PSR模型
(Pressure—State—Response Mode1)對城市進(jìn)行水安全評價，取
得一定的效果，自從模型提出來以后，得到了較廣的拓展和
應(yīng)用。但是現(xiàn)有的模型對于響應(yīng)則用人文指標(biāo)，而壓力和狀
態(tài)多采用資源環(huán)境指標(biāo)、。但對于壓力、狀態(tài)的理解上主要強(qiáng)
調(diào)水資源本身的相關(guān)指標(biāo)，而響應(yīng)方面則主要指人類活動的
反饋?zhàn)饔?，忽視了水資源本身具有的自凈能力、容納能力等，
又陷入了狹義水安全評價的范疇。
本文通過建立改進(jìn)的PSR模型和構(gòu)建指標(biāo)體系進(jìn)行水
安全的綜合評價，更加強(qiáng)調(diào)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)和資源都應(yīng)具有
壓力、狀態(tài)和響應(yīng)這3方面的表征指標(biāo)，模型才能更加完整
和清晰地表達(dá)出環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、資源的之問的相互關(guān)系。文
章在改進(jìn)的PSR模型的基礎(chǔ)上(圖1)，將模型劃分為3個子
系統(tǒng)、3個層次，并重新對指標(biāo)體系進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，去除研究
時間內(nèi)變化幅度劇烈的指標(biāo)，本著可持續(xù)性、科學(xué)性、可操作
性、全面性的原則，最終構(gòu)建的指標(biāo)體系(表1 o S(狀態(tài))指
與水資源相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等要素當(dāng)前所處的狀態(tài)或表征指
標(biāo)，如城市水資源量、城市化率、城市化進(jìn)程等；P(壓力)指人
類活動引起的水安全問題壓力因素，如人口增長、生活污水
排放量、農(nóng)藥的施用量等；R(響應(yīng))指人類在社會經(jīng)濟(jì)活動
和國家政策中的對水安全問題的能動反映，在這其中也包括
水資源的水體自身的自凈能力以及可恢復(fù)性它是動態(tài)變化
的，如水環(huán)境法律法規(guī)與管理、防災(zāi)應(yīng)急能力等。
收稿日期：2010—03—31
作者簡介：賴武榮(1976一)，男，福建武平人，工程師，主要從事水利水電、公路等地質(zhì)勘查設(shè)計。
· 45 ·
2010年第4期 甘肅水利水電技術(shù) 第46卷
決策依據(jù)、政策模擬
壓力
資源壓力
環(huán)境壓力
社會經(jīng)濟(jì)
壓力
水資源過
度利用，水
環(huán)境污染，
人口壓力
水資源
合理利用
狀態(tài)
資源狀態(tài)
環(huán)境狀態(tài)
社會經(jīng)濟(jì)
狀態(tài)
決策依據(jù)
政策模擬
政策響應(yīng)
水體自凈
環(huán)境政策
社會行為
水環(huán)境承
載力
政策響應(yīng)
圖1 水安全評價指標(biāo)體系PSR模型框架
表1 基于PSR的水安全指標(biāo)體系及權(quán)重
準(zhǔn)則層 要素層 指標(biāo)層 各指標(biāo)
權(quán)重
壓
力
指
標(biāo)
p
水資源壓力
JDl
水環(huán)境壓力
P，
社會經(jīng)濟(jì)壓力
洪澇(或旱災(zāi))
威脅壓力P4
環(huán)境狀態(tài)
Sl
狀
態(tài)社會經(jīng)濟(jì)狀態(tài)
指 S：
標(biāo)
S
響
應(yīng)
指
標(biāo)
R
資源狀態(tài)
S
環(huán)境保護(hù)與
治理響應(yīng)
Rt
社會經(jīng)濟(jì)影響
R，
管理響應(yīng)
人均日生活用水P1
人均水資源量Pl
水資源利用率
每公頃耕地化肥施用量P2。
工業(yè)廢水特征污染物排放量
生活污水排放量
工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量P3。
農(nóng)業(yè)單位面積均用水量
人口密度
發(fā)生概率(tk／a)只。
經(jīng)濟(jì)損失比重P42
飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率．s
城市人均公共綠地|sn
城市地面水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率|s
地表飲用水綜合污染指數(shù)s。
人均GDP(以50 a為1oo)
城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)
城市化率
水資源供需比(可供水量／需水量)s，。
地表水資源量
地下水綜合補(bǔ)給量．s
地下水超采率
綠化覆蓋率|s
城市污水處理率R。。
工業(yè)治理廢水總投資占GDP比例|R。
工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率 ，
工業(yè)用水重復(fù)利用率
農(nóng)民人均純收人如
水價R
萬人在校大學(xué)生數(shù)R
防災(zāi)應(yīng)急能力R 。
市民節(jié)水意識R
水環(huán)境法律法規(guī)與管理R
46 -
2．2 基于AHP的指標(biāo)權(quán)重確定
采用層次分析法(AHP)確定和構(gòu)建水安全綜合評價指
標(biāo)的權(quán)值。由于AHP法是指標(biāo)權(quán)重確定的有效方法，它將相
互關(guān)聯(lián)的眾多要素按隸屬關(guān)系劃分為若干層次，并通過分析
建立層次清晰的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，利用數(shù)學(xué)方法中的綜合調(diào)查
訪問來得到各方面專家的意見，最后給出各層次各要素的相
對重要性權(quán)重。
本文根據(jù)26位專家的問卷調(diào)查，分析和研究后，分別建
立了準(zhǔn)則層一要素層、要素層一指標(biāo)層之間的判斷矩陣，在將
數(shù)據(jù)導(dǎo)入DPS中進(jìn)行層次單排序計算，經(jīng)過一系列計算，判
斷矩陣的隨機(jī)一致性比例CR均小于0．1，并達(dá)到要求。最后
求得的水安全評價指標(biāo)權(quán)重見表1。
3 水安全評價
3．1 綜合評價指數(shù)的確定
本文的水安全指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)采用的是將各指標(biāo)量化分
級確定。通過參照國內(nèi)外專家學(xué)者的研究成果，考慮我國目
前的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，以國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展規(guī)劃
值為依據(jù)，通過咨詢專家學(xué)者，確定各因素隸屬不同等級的
范圍，研究具體指標(biāo)的臨界點(diǎn)以確定指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)。為了準(zhǔn)
確反映水安全的影響因素，本文的評價體系選取了33個不
同的指標(biāo)來評價和描述水安全狀態(tài)。水安全程度按A?B C
D、E劃分為5個級別。
(1)A級別為：極不安全。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)全面惡
化，已嚴(yán)重阻礙了城市經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展。如果達(dá)到此標(biāo)
準(zhǔn)，建議政府發(fā)出一級響應(yīng)警告。
(2)B級別為：不安全。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)不能與社
會、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，已威脅到城市經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展。如
果達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，建議政府發(fā)出二級響應(yīng)警告。
(3)C級別為：基本安全。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)與社會、
經(jīng)濟(jì)能協(xié)調(diào)發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展?jié)M意程度一般。
如果達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，建議政府加強(qiáng)水安全管理。
(4)D級別為：安全。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟(jì)
健康協(xié)調(diào)發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展?jié)M意程度較高。如
果達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，建議政府保持水安全管理現(xiàn)狀。
(5)E級別為：非常安全。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)與社會、
經(jīng)濟(jì)健康協(xié)調(diào)高效發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展?jié)M意程
度很高。
3．2 水安全評價綜合指數(shù)公式
水安全評價綜合指數(shù)值，可由各子指標(biāo)加權(quán)求和得到。
= Σ (1)
j=t
式中．sf為水安全評價綜合指數(shù)； 為各子指標(biāo)的權(quán)重；
為各指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。經(jīng)上述公式計算可知水
安全評價綜合指數(shù)。
4 結(jié)論
(1)從水安全的概念出發(fā)，建立了基于指標(biāo)體系的城市
水安全評價的模型框架，克服了其它多因素評價方法的不
足，便于實(shí)際操作和評價客觀，為城市水安全評價提供了新
的研究方法。
(2)分別從環(huán)境、水資源及社會經(jīng)濟(jì)(下轉(zhuǎn)第52頁)
加 弛 加 勰
2010年第4期 甘肅水利水電技術(shù) 第46卷
工藝要求，在濾池前設(shè)置進(jìn)水渠，為C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆；為
保證濾池的正常運(yùn)行和保障水質(zhì)滿足飲用水水質(zhì)要求，設(shè)計
定時對濾池進(jìn)行氣、水反沖洗，污水經(jīng)排污溝進(jìn)入廠區(qū)排污
管。D型濾池平面尺寸14．39 m~12．01 m。
D型濾池是代替?zhèn)鹘y(tǒng)石英砂濾池的一種新型凈水設(shè)
備，它是在V形濾池基礎(chǔ)上改造而成，濾料采用863纖維
濾料，取代了傳統(tǒng)的砂過濾技術(shù)，小阻力配水系統(tǒng)，氣、水
反沖洗，恒水位或變水位過濾方式，可以確保濾料達(dá)到高
效、廣域、變速和自適應(yīng)。D型濾池具備傳統(tǒng)快濾池的主要優(yōu)
點(diǎn)，同時運(yùn)用了DA863過濾技術(shù)，相對傳統(tǒng)快濾池其特點(diǎn)
是：可實(shí)現(xiàn)高濾速、高精度的過濾，提高出水質(zhì)量，從而減
小構(gòu)筑物體積，節(jié)省占地面積，最大程度地節(jié)約投資費(fèi)用；
特有的攔截技術(shù)，可保證濾料在反沖洗時不會流失；反沖
洗耗水率低(1％一2％)，運(yùn)行費(fèi)用??；工藝技術(shù)先進(jìn)，操作簡
單，運(yùn)行方便，經(jīng)濟(jì)合理，并設(shè)有化驗(yàn)及自動凈水、消毒電控
系統(tǒng)。多方面性能優(yōu)于傳統(tǒng)快濾池，是一種實(shí)用、新型、高
效的濾池。
(4)反沖洗設(shè)備：采用半地下式結(jié)構(gòu)。設(shè)置反洗水泵和
反洗風(fēng)機(jī)各2臺。2臺水泵1用1備。采用自灌式啟動，水泵
管路中吸水管首端安裝手動檢修閥門，出水管路上安裝止回
閥，室外設(shè)檢修蝶閥；2臺風(fēng)機(jī)1用1備。風(fēng)機(jī)的總管上設(shè)置
止回閥，防止濾池內(nèi)的水倒流。
(5)加藥系統(tǒng)：依據(jù)源水濁度變化，藥劑可采用聚合氯
化鋁，投加濃度5％～10％ ，投加量5—10 mg／L。采用濕式投
加，藥劑通過高位溶液池將藥劑經(jīng)過溶解、攪拌均勻后，重力
流至投配池，配置成一定濃度的藥液，采用壓力計量泵投加
到濾池前的靜態(tài)混合器內(nèi)。
(6)加氯及消毒系統(tǒng)：根據(jù)出廠水質(zhì)要求，需進(jìn)行過濾
后加氯消毒。濾后水消毒為連續(xù)式投加，投加點(diǎn)在濾池出水
總于管上，加氯量根據(jù)濾后水量比例和余氯投加。有效氯投
加量按1~2 mg／L。
(7)自動控制系統(tǒng)：為提高新建水廠的管理水平和自動
化程度，設(shè)計采用先進(jìn)的PLC自動控制技術(shù)。D型濾池及其
配套設(shè)備自動控制采用就地獨(dú)立控制的原則進(jìn)行?？刂剖以O(shè)
有控制柜，其面板上設(shè)有系統(tǒng)模擬圖，可直觀了解系統(tǒng)各電
氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。
本系統(tǒng)采用PLC自動控制，PLC運(yùn)行工況有3種：
① 手動控制：對濾池設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、操作以及維修時，
通過手動操作方式對濾池系統(tǒng)內(nèi)的所有控制點(diǎn)進(jìn)行操作、監(jiān)
控。
② 半自動控制：由于異常情況需要強(qiáng)制運(yùn)行某單元程
序如單池過濾，單池反沖洗等，則采用此控制形式，以達(dá)到濾
池正常運(yùn)行及出水要求。若強(qiáng)制實(shí)行單元操作如過濾，則該
單元的液位控制，設(shè)定的時間參數(shù)都將不起作用，如果強(qiáng)制
反沖洗，則按水沖、氣沖、水氣混沖、水漂洗進(jìn)行，以上過程完
成后，再切換到全自動操作方式。
③ 自動控制：通過設(shè)定濾池內(nèi)的過濾液位以及反沖洗
各階段的設(shè)定時間對濾池整個運(yùn)行過程實(shí)行全自動控制。其
過程為：初濾一過濾一液位到設(shè)定位置一水泵啟動抽水一水
洗一風(fēng)機(jī)啟動進(jìn)氣一氣洗一氣水混沖一水漂洗一初濾一過
濾。
(8)調(diào)蓄系統(tǒng)：根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》工程類型
劃分標(biāo)準(zhǔn)，工程類型為I型，考慮到工程受益人口較多，高峰
期用水量較大，清水池調(diào)節(jié)容積按日供水量l0 445．9 m 的
30％計算確定為3 000 m，。修建清水池1座，容積3 000 m ，
直徑28 m，池深5．0 m，清水池基礎(chǔ)為CIO混凝土墊層，池
體全部采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土，池中共設(shè)置支柱32根，柱
高5 In，為提高水池的不透水性，水池內(nèi)壁、頂板底面、底板
頂面，用1：2防水水泥砂漿抹面。池內(nèi)設(shè)240 ITlm導(dǎo)流墻防
滯水，同時可保證加氯消毒后的混合時間。為防止冬季池
內(nèi)水凍結(jié)或凍脹破壞，夏季氣溫升高引起水質(zhì)變質(zhì)，池頂
覆土1 ITI。
3 結(jié)語
根據(jù)原水水質(zhì)狀況，設(shè)計采用的該組合水處理工藝，通
過2 a多的運(yùn)行，水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計要求，相對于傳統(tǒng)
凈水工藝，該工藝設(shè)計新穎，凈水廠房占地面積小、節(jié)約投
資；水質(zhì)處理效果良好，運(yùn)行管理方便。效益十分明顯。
參考文獻(xiàn)：
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筒 乖 乖 乖 鋸 喬 ． ! 、r，不 ； 不 ． ：
(上接第46頁)三方面研究和考慮，建立33個指標(biāo)體系及權(quán)
重，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，找到了主要影響因素。
(3)基于“壓力一狀態(tài)一響應(yīng)”概念模型，并在城市可持續(xù)
發(fā)展概念下建立了城市水安全綜合評價指標(biāo)體系，為建立廣
泛適用的城市水安全評價指標(biāo)系統(tǒng)提供了新的發(fā)展思路和
研究方法。
(4)本文將水安全程度按A、B、C、D、E劃分為5個級
別，為城市水安全響應(yīng)提出了新評價建議，但是該等級劃分
還有待在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步完善。
- 52
參考文獻(xiàn)：
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