從(cóng)源頭到龍頭 飲用水系統安全保障建設與實踐

導讀(dú)：以系統論解析飲用水安全保障，以對“十一五”“水專項”以來(lái)形成的關鍵技術(shù)進行技術(shù)評估的基礎上，形成包含安全性設計(jì)、韌性設計(jì)、可(kě)持續設計(jì)的飲用水安全保障技術(shù)體(tǐ)系，解決了從(cóng)源頭到龍頭的全流程工(gōng)藝技術(shù)、風(fēng)險應對和應急供水及救援技術(shù)、應對現在和未來(lái)發展挑戰技術(shù)的全方位的技術(shù)集成。

1 飲用水安全保障系統觀與研究辦法

1.1 基于系統論的技術(shù)路(lù)線

安全飲用水是現代社會公共健康領域的重要基石之一。如(rú)何從(cóng)技術(shù)體(tǐ)系上實現飲用水的安全保障，保障城(chéng)市生(shēng)命線，支撐“以水定城(chéng)”新時期國(guó)家水安全的重要發展思路(lù)，是當前的重要工(gōng)作(zuò)。

我們将“飲用水”視作(zuò)一個系統進行分(fēn)析。

飲用水系統從(cóng)結構上包括從(cóng)源頭到龍頭的取、輸、淨、配過程，處于自(zì)然系統與社會系統之間；從(cóng)功能上，得(de)到潔淨、充足的飲用水，需要實現合格的水質、充足的水量、穩定的水壓等3項基本目标，在實現基本目标的過程中，還(hái)應确保系統自(zì)身(shēn)的安全。

從(cóng)要素上，包括物質和能量流要素（水源、用戶需求、電耗、藥耗等）、關聯方要素（技術(shù)研發和推廣、規劃設計(jì)、運行管理(lǐ)、設備材料、政府監管、投資建設、終端用戶）、技術(shù)體(tǐ)系要素（技術(shù)法規、标準、工(gōng)藝技術(shù)、專利）等。

從(cóng)環境上，飲用水系統在工(gōng)程建設全生(shēng)命周期中對于不同類型的環境變量具備應對能力。包括：常态條件(jiàn)下（如(rú)季節性影(yǐng)響）的安全性，随着人(rén)類認知的深入，會有不同的需求；突發事(shì)件(jiàn)下的安全性，如(rú)自(zì)然災害、事(shì)故災難、公共衛生(shēng)事(shì)件(jiàn)和社會安全事(shì)件(jiàn)等突發事(shì)件(jiàn)的應急供水能力，因此應具備一定的冗餘性和可(kě)修複能力；應對社會發展和自(zì)然條件(jiàn)長期變化的可(kě)持續性（現在和未來(lái)），因此應當是一個近平衡的開放(fàng)體(tǐ)系。

外因通過内因起作(zuò)用。要素和環境的影(yǐng)響，最終通過系統自(zì)身(shēn)及其結構元件(jiàn)實現，因此研究工(gōng)作(zuò)從(cóng)包括源頭到龍頭的各項工(gōng)藝技術(shù)出發，充分(fēn)考量其技術(shù)特性。

從(cóng)目标和問(wèn)題導向進一步歸納。在工(gōng)藝技術(shù)的研究中，充分(fēn)考慮對飲用水系統的作(zuò)用，以及應對三類環境問(wèn)題的響應。

落實到具體(tǐ)的工(gōng)程項目上，還(hái)存在技術(shù)和本地化因素的适配問(wèn)題。

1.2 技術(shù)評估

針對飲用水系統、要素、環境及其相(xiàng)互作(zuò)用，建立包括技術(shù)特性、技術(shù)質量等3項一級指标和12項二級指标、32項三級指标組成的指标體(tǐ)系，并按照(zhào)預評估—技術(shù)驗證—技術(shù)評價等3步驟對水專項等來(lái)源關鍵技術(shù)進行技術(shù)評估，評估成果支持标準化文件(jiàn)和标準體(tǐ)系。

（1）預評估。從(cóng)“十一五”水專項以來(lái)形成的關鍵技術(shù)中，18項水系統規劃技術(shù)、55項設計(jì)技術(shù)的基礎上，結合國(guó)内外的研究和應用實踐，梳理(lǐ)形成5項規劃關鍵技術(shù)和9類18項設計(jì)關鍵技術(shù)（見(jiàn)表1）。

（2）技術(shù)驗證。相(xiàng)關技術(shù)，采用生(shēng)産性試驗驗證和回顧性驗證、仿真試驗驗證相(xiàng)結合的方式，經19個城(chéng)市超過50個技術(shù)驗證點的技術(shù)驗證（見(jiàn)表2）。

（3）技術(shù)評價。以上相(xiàng)關成果用以支撐标準化文件(jiàn)的編制和标準體(tǐ)系的構建。

供水系統應具備安全性、韌性和可(kě)持續性。據此歸納飲用水安全保障技術(shù)體(tǐ)系。單項的技術(shù)可(kě)能會涉及安全性、韌性、可(kě)持續性中的一項或多項，在本文中，以主要以從(cóng)屬的屬性進行表述。

設計(jì)是可(kě)靠性的基礎。本文重點以規劃設計(jì)階段爲主導，設備材料、運行管理(lǐ)、監管不作(zuò)爲探討(tǎo)和研究的重點。除非特别指明，本文中設計(jì)均指廣義的設計(jì)，包括設計(jì)、規劃、計(jì)劃、方案、布局等，不限于我國(guó)工(gōng)程建設流程中的設計(jì)階段。

2 安全性設計(jì)

從(cóng)源頭到龍頭的全流程工(gōng)藝技術(shù)。相(xiàng)關科(kē)研成果覆蓋了《生(shēng)活飲用水衛生(shēng)标準》規定的微生(shēng)物指标、毒理(lǐ)指标、感官性狀和一般化學指标、消毒劑指标等，還(hái)涉及了緻突變前體(tǐ)物、微型動物、人(rén)工(gōng)合成有機(jī)物、抗生(shēng)素、賈第蟲和隐孢子蟲、含氮副産物如(rú)NDMA等污染物或指标。經系統化歸納，不僅包含了從(cóng)源頭到龍頭的安全保障工(gōng)藝技術(shù)，也包括了韌性、可(kě)持續性設計(jì)的相(xiàng)關技術(shù)。

2.1 原位淨化和水質保持技術(shù)

包括人(rén)工(gōng)濕地水質淨化和保持技術(shù)、湖庫調控控藻技術(shù)。人(rén)工(gōng)濕地水質淨化和保持技術(shù)在技術(shù)驗證和評價石臼漾濕地、鵲山(shān)引黃(huáng)水庫濕地、氿濱濕地以及貫泾港濕地等工(gōng)程示範的基礎上，提出了不同水溫條件(jiàn)、不同水質污染特征下用于水源淨化和水質保持的工(gōng)藝參數、不同季節的管理(lǐ)要點，并指出人(rén)工(gōng)濕地具有普适性，能夠顯著提高水源水質，建設費用和運行直接成本較低。人(rén)工(gōng)濕地還(hái)可(kě)提高全流程的保障率、降低鹵代有機(jī)物消毒副産物風(fēng)險。

湖庫調控控藻技術(shù)是通過不同形式的水動力學調控措施（外部引水閘涵調度和揚水曝氣器、推進器等内部增強循環等），調整水體(tǐ)的水力學條件(jiàn)、水溫或濁度，實現抑制藻類增殖。其中外部引水閘涵調度用于有外水引入的條件(jiàn)，主要通過增加濁度抑藻；揚水曝氣器用于水深較大(dà)、具有垂直方向水溫分(fēn)層的湖庫，主要通過降低表層水溫抑藻；推進器用于較小的水體(tǐ)，主要通過增強水力擾動抑藻。

2.2 預處理(lǐ)技術(shù)

化學預氧化、生(shēng)物預處理(lǐ)和物理(lǐ)預處理(lǐ)等預處理(lǐ)技術(shù)已獲較爲廣泛的應用。

化學預氧化藥劑一般選用氯（次鈉）、臭氧、二氧化氯、高錳酸鉀，可(kě)根據不同的水質問(wèn)題包括鐵、錳、硫化物、臭味、色度、輔助混凝、緻突變前體(tǐ)物控制、人(rén)工(gōng)合成有機(jī)物、抑制生(shēng)物成長等，以及獲取的便利性進行選擇。氯铵已證實基本無效。除非因臭味控制或緻突變前提物控制的需要，或者工(gōng)藝中設置有主臭氧，否則單獨的臭氧預氧化并不經濟。采用多種預處理(lǐ)藥劑時，應分(fēn)點投加并保持各自(zì)的接觸反應時間。

生(shēng)物預處理(lǐ)适用于含氨氮水和含藻水的處理(lǐ)。一般而言，固定床濾池效果優于接觸氧化，管理(lǐ)難度相(xiàng)反。不規則的陶粒多孔填料優于表面光(guāng)滑的塑料制人(rén)工(gōng)濾料。進水氨氮月均約1.5～4.0 mg/L時宜選用生(shēng)物預處理(lǐ)。

物理(lǐ)預處理(lǐ)中，粉末活性炭一般用于應急處理(lǐ)；預沉僅見(jiàn)于引黃(huáng)河水的廠(chǎng)外預處理(lǐ)。

因特殊時期特殊原因，可(kě)見(jiàn)臭氧預處理(lǐ)和生(shēng)物預處理(lǐ)聯用，尚不能證實該工(gōng)藝組合的有效性。

2.3 強化常規處理(lǐ)技術(shù)

常規工(gōng)藝（混凝→固液分(fēn)離(lí)（沉澱、氣浮或澄清）→消毒）是淨水處理(lǐ)的核心工(gōng)藝和削減污染物的主要環節。強化措施分(fēn)别從(cóng)3個子環節展開。

以機(jī)械混合和機(jī)械反應替代水力混合、水力反應，并通過調整攪拌器轉速優化反應G值，以及混凝劑的種類和投加量，可(kě)以強化應對低溫低濁和水質水量變化。

氣浮在低溫低濁或高藻時作(zuò)爲固液分(fēn)離(lí)單元具有優勢，而沉澱在常溫常濁、突發高濁時具有優勢，兩者結合，在生(shēng)産中出現了氣浮前置于平流沉澱池（串聯）、平流沉澱池後置氣浮（串聯）、雙層沉澱—氣浮池（并聯、串聯或單獨運行）、斜闆浮沉池（單獨運行）等不同變種。

高速澄清（沉澱）可(kě)用于用地高度緊張，可(kě)能存在高無機(jī)懸浮物沖擊的低藻低有機(jī)物原水，可(kě)采用。該工(gōng)藝需要額外投加助凝劑PAM。

狹義的消毒是指采用消毒劑對水中的緻病微生(shēng)物進行消殺、飲用水處理(lǐ)中的最後一個環節。消毒的有效性和副産物的控制是消毒的兩大(dà)目标。在工(gōng)程實踐中，确保消毒的有效性，可(kě)以通過一定限度的消毒劑量和接觸時間控制；而消毒副産物的控制往往需要同時在前序工(gōng)藝中去(qù)除消毒副産物前體(tǐ)物、狹義消毒階段控制消毒副産物生(shēng)成，由此擴展到廣義消毒。

消毒一般包括物理(lǐ)消毒（适當孔徑的膜濾，含超濾、納濾和反滲透）、化學消毒（氯、氯铵、二氧化氯、臭氧等傳統消毒劑消毒，紫外線光(guāng)化學氧化消毒，臭氧催化氧化、紫外/過氧化氫聯用、臭氧/過氧化氫聯用等高級氧化消毒）。物理(lǐ)消毒和光(guāng)化學氧化消毒多見(jiàn)于小型供水系統和末端消毒，其他(tā)化學消毒在不同規模都(dōu)有廣泛應用。需要指出的是，在集中式生(shēng)活飲用水廠(chǎng)，紫外消毒原主要用于賈第蟲、隐孢子蟲等的消殺，現行的産品标準也承襲了用于兩蟲的劑量指标，而國(guó)内普遍采用了絮凝-沉澱-過濾的常規處理(lǐ)工(gōng)藝、正常運行能确保兩蟲的去(qù)除，在國(guó)内案例尚無充足相(xiàng)關運行數據的情況下，紫外線如(rú)何有效應用于适合中國(guó)的場景的問(wèn)題，還(hái)需要進一步探討(tǎo)。

采用不同的消毒劑消毒需要關注不同的典型消毒副産物。氯、二氧化氯、臭氧、氯胺消毒分(fēn)别需要關注有機(jī)鹵代物、氯酸鹽、溴酸鹽、含氮副産物如(rú)NDMA等。紫外線尚不明确。由于不同的消毒副産物各有限制，對于不良水質，聯用不同的消毒劑，不僅有利于發揮消毒優勢，也有利于控制消毒副産物。

對于廣泛采用的氯消毒工(gōng)藝，對于Ⅰ類或Ⅱ類原水，30 min耗氯量不超過1 mg/L的，可(kě)直接采用常規處理(lǐ)氯消毒；Ⅲ類原水，30 min耗氯量1～2 mg/L的，宜前置預氯化工(gōng)藝；原水水質更差的，宜采用二氧化氯等其他(tā)預氧化措施。消毒接觸池出水餘氯宜不超過0.8 mg/L。

2.4 臭氧活性炭深度處理(lǐ)

臭氧-生(shēng)物活性炭工(gōng)藝已經成爲國(guó)内深度處理(lǐ)的主導工(gōng)藝，在應對有機(jī)微污染，特别是氯消毒的消毒副産物前體(tǐ)物具有優勢。然而，在應用中也發現了幾個問(wèn)題：溴酸鹽控制、低溫水臭氧化反應速率低、生(shēng)物風(fēng)險控制、pH降低。

工(gōng)藝流程與設計(jì)參數（效能提升）優化。根據水源特性，采用臭氧催化氧化、臭氧高級氧化、投加點與投加方式優化等工(gōng)藝設計(jì)，可(kě)有效提升目标微污染物（有機(jī)物、氨氮、臭味、藻毒素、色、臭）去(qù)除率，特别是冬季低溫條件(jiàn)。相(xiàng)關技術(shù)在濟南(nán)鵲華水廠(chǎng)、蘇州白(bái)洋灣水廠(chǎng)、哈爾濱依蘭水廠(chǎng)、淮南(nán)市一水廠(chǎng)、嘉興石臼漾水廠(chǎng)等地應用，取得(de)了一定的成效。

溴酸鹽控制技術(shù)。針對溴離(lí)子濃度100 ng/L以上的水源水，采用加铵、臭氧/過氧化氫、催化臭氧氧化、多點投加臭氧等方式，可(kě)有效控制出廠(chǎng)水溴酸鹽濃度超标風(fēng)險。相(xiàng)關技術(shù)在濟南(nán)鵲華水廠(chǎng)、上海臨江水廠(chǎng)、吳江第二水廠(chǎng)等地應用，取得(de)預期的效果。

生(shēng)物風(fēng)險控制技術(shù)。針對南(nán)方高溫環境，活性炭濾池潛在的微型動物增殖和洩漏風(fēng)險，采用砂濾池後置、交替預氧化、沖擊式滅殺技術(shù)、砂墊層、生(shēng)物攔截濾網、超濾膜工(gōng)藝等措施，可(kě)以有效控制出廠(chǎng)水生(shēng)物風(fēng)險。

對于前述目标微污染物超标較少或偶發性超标，引入炭砂濾池作(zuò)爲短(duǎn)流程深度處理(lǐ)手段，在較低程度、季節性或短(duǎn)期的污染負荷下，可(kě)以提升處理(lǐ)效果；炭砂濾池長效運行的穩定性，如(rú)濾料混層、活性炭飽和等問(wèn)題也需要關注。

2.5 膜及膜組合處理(lǐ)工(gōng)藝

膜組件(jiàn)、膜材料和臭氧發生(shēng)器同屬于“十二五”水專項産業化的重大(dà)産出，經過水專項的推動和孵化，實現了多項産業化基地的建設和替代進口，市場占有率也成功翻轉。

以超濾爲核心的膜組合淨水工(gōng)藝，可(kě)有效地淨化以顆粒物、懸浮物和病原微生(shēng)物爲主要污染物的水源水。通過與一種或多種膜前預處理(lǐ)技術(shù)（如(rú)混凝沉澱、粉末活性炭吸附、高錳酸鉀預氧化、二氧化氯預預氧化）聯用，可(kě)強化污染物的去(qù)除和控制膜污染，處理(lǐ)特殊污染水源水，如(rú)有機(jī)污染、低溫低濁、高氨氮、高藻、高嗅味和有機(jī)物、無機(jī)污染物等典型水質特征的水源水。對于溶解性無機(jī)污染物（如(rú)硫酸鹽、苦鹹水）和溶解性微污染物（如(rú)抗生(shēng)素），可(kě)以采用超濾+納濾雙膜法組合工(gōng)藝。

典型超濾膜的預期壽命3～5年(nián)。采取适當的措施，可(kě)以有效緩解膜污染，壽命延長到6～7年(nián)。

2.6 配水管網系統

配水管網在将出廠(chǎng)水輸送到用戶的過程中，常見(jiàn)水質問(wèn)題及成因包括：剩餘消毒劑會和水中及管壁的還(hái)原性物質反應，從(cóng)而導緻剩餘消毒劑逐步下降、消毒副産物增加，對于長距離(lí)配水或環狀管網的末梢，水齡較長時更爲突出；管道、管件(jiàn)、内襯中的重金屬等有害物質析出，或管道沉積物析出緻龍頭水渾濁，對于低堿軟水，或多水源切換至其中堿度、硬度相(xiàng)對較低的水源時尤爲突出；水壓不均衡、壓力擾動造成局部負壓，緻負壓抽吸有害物質；或末端供水管理(lǐ)不善，緻使外界物質侵入。

對于剩餘消毒劑衰減問(wèn)題，除在前端加強有機(jī)物等還(hái)原物質的去(qù)除外，還(hái)需要改善管網拓撲結構、避免管網水在環狀管網末端往複流動，以及采取加強管網水質監測、補氯等控制措施加以控制。

對于重金屬等有害物質析出問(wèn)題，需要嚴格把握管道及焊料、管件(jiàn)、内襯、接口的質量，同時應對低堿度軟水投加堿劑等穩定劑，适度提高堿度和pH等措施。水源切換時需要特别關注，以避免黃(huáng)水、渾水、重金屬等問(wèn)題。

對于壓力控制問(wèn)題，一方面結合水量預測和管網優化調度，降低壓力波動；另一方面通過合理(lǐ)布局儲水能力、防止倒流和進排氣設施，抑制壓力波動。

對于末端供水的外界物質侵入，需要理(lǐ)順管理(lǐ)體(tǐ)制、提升管理(lǐ)水平。

此外，配水管網主幹系統還(hái)應采取措施防止接出分(fēn)支的倒流等衛生(shēng)防護措施。

2.7 農村供水

農村供水系統具有水源選擇能力小、水量小且波動大(dà)、供水距離(lí)長、管徑小等典型特征。相(xiàng)對于城(chéng)市供水系統，隻能就(jiù)近選擇水源，未必有可(kě)保障水質、水量的水源；淨水廠(chǎng)設施、運行管理(lǐ)多有不規範；多見(jiàn)間歇供水，難以保障水質特别是消毒劑餘量。微生(shēng)物學安全性仍然是農村供水的難題。

可(kě)采用處理(lǐ)工(gōng)藝優化、裝備化與設備化、城(chéng)鄉一體(tǐ)化統籌供水等技術(shù)手段。

通過工(gōng)藝的優化，如(rú)消毒一節所述，可(kě)以實現消毒和副産物的有效控制，其中對于微污染水，也可(kě)将砂濾池調整爲煤砂或炭砂濾池短(duǎn)程深度處理(lǐ)，提升處理(lǐ)能力。重慶巴南(nán)、四川樂至、定遠(yuǎn)縣等示範區17個水廠(chǎng)的改造，實現了水廠(chǎng)的處理(lǐ)能力和出水水質明顯提高。

裝備化提升了處理(lǐ)系統的易維護性，從(cóng)而提高了系統的保障率。無論是傳統工(gōng)藝的一體(tǐ)化設備，還(hái)是膜裝備，都(dōu)有所幫助。後者在Ⅰ或Ⅱ類的低濁水處理(lǐ)中，具有較好的經濟性。

城(chéng)鄉一體(tǐ)化統籌供水是提升鄉村供水安全保障的重要技術(shù)措施之一。相(xiàng)對于處理(lǐ)工(gōng)藝的優化和處理(lǐ)廠(chǎng)的裝備化、設備化，不僅解決了淨水廠(chǎng)運行管理(lǐ)的規範性問(wèn)題，也通過統一的水源調度實現了水源水質水量的保障。然而，城(chéng)鄉一體(tǐ)化的實施，管道系統的延伸，導緻建設和運維費用增加、水齡變長、壓力不均衡加劇(jù)、漏損增加等問(wèn)題，産生(shēng)的問(wèn)題可(kě)能會超過解決的問(wèn)題，因此應論證集中或分(fēn)散的尺度。

鄉村技術(shù)力量和資金薄弱的問(wèn)題将在一定時期内繼續存在。預期鄉村供水仍會存在多種模式并存：距離(lí)城(chéng)市較近的供水點，将納入城(chéng)鄉一體(tǐ)化統籌供水的範疇；水源條件(jiàn)較好、距離(lí)較遠(yuǎn)的，通過工(gōng)藝優化、裝備化和設備化改善供水；距離(lí)較遠(yuǎn)、水源條件(jiàn)不佳的供水點，則通過城(chéng)鄉一體(tǐ)化統籌和裝備化并用的方式，及供給經處理(lǐ)（不含氯化）的準原水，在供水點經氯化後配送至用戶，或直接供給原水，經裝備處理(lǐ)後配送至用戶。萬人(rén)千噸以下還(hái)需要細分(fēn)規模、進一步研究。

3 韌性設計(jì)

風(fēng)險應對、應急供水與救援技術(shù)。供水系統應具備風(fēng)險的應對能力。針對不同的風(fēng)險，應具備靈活應對、使其危害最小化，并能快(kuài)速恢複的能力，即韌性。韌性設計(jì)中，在典型的突發事(shì)件(jiàn)中，系統依次經曆抗性（無損應對）、韌性（有損應對）、修複和恢複3個階段，其基本原理(lǐ)是冗餘設計(jì)，包括針對設施安全性的低負荷冗餘、并聯冗餘、失效元件(jiàn)的快(kuài)速隔離(lí)和修複等技術(shù)的組合。

突發公共事(shì)件(jiàn)是其中的典型的高危風(fēng)險。突發公共事(shì)件(jiàn)主要包括自(zì)然災害、事(shì)故災難、公共衛生(shēng)事(shì)件(jiàn)、社會安全事(shì)件(jiàn)4類。相(xiàng)關标準規定城(chéng)市給水工(gōng)程應具備應對4類突發事(shì)件(jiàn)的應急供水能力。

從(cóng)技術(shù)層面，涉及飲用水的主要包括前3類：

典型的自(zì)然災害，包括：地震、台風(fēng)、雨(yǔ)雪冰凍、暴雨(yǔ)、地質災害等，以及幹旱。抗災設防實行預防爲主、平災結合的方針。不同地區根據其風(fēng)險特征制定相(xiàng)應的對策。日(rì)本地處地震多發區，進行了大(dà)量應對地震的研究和應對措施。我國(guó)針對汶川等地震也有大(dà)量總結，主要針對輸配水管網；我國(guó)台北提出針對旱災、暴雨(yǔ)、突發事(shì)件(jiàn)、地震，分(fēn)别采取降低漏失率至10%以内和節水16%、淨水能力提升50%、對11個區雙系統供水、應急供水和采取抗震措施等。

事(shì)故災難，公共設施和設備事(shì)故、環境污染和生(shēng)态破壞事(shì)件(jiàn)、企業的各類安全事(shì)故等。其中環境污染近年(nián)多發，水專項進行了針對性研究，形成了應急處理(lǐ)成果。

公共衛生(shēng)事(shì)件(jiàn)。主要包括傳染病疫情、群體(tǐ)性不明原因疾病，以及其他(tā)嚴重影(yǐng)響公衆健康和生(shēng)命安全的事(shì)件(jiàn)。在全球性COVID-19疫情中，武漢提出了水源監測、水廠(chǎng)穩定運行、配水管網持續正壓運行、儲水設施高水位運行等措施。

突發公共事(shì)件(jiàn)的應對中，應把保障人(rén)民(mín)群衆的生(shēng)命安全和身(shēn)體(tǐ)健康、最大(dà)程度地預防和減少安全生(shēng)産事(shì)故災難造成的人(rén)員(yuán)傷亡作(zuò)爲首要任務。其措施按照(zhào)流程順序歸納如(rú)下。

3.1 風(fēng)險識别與決策

解析城(chéng)市供水系統，識别影(yǐng)響供水系統安全的高危要素，建立風(fēng)險因子列表，并分(fēn)析其影(yǐng)響程度和發生(shēng)概率。風(fēng)險因子數據來(lái)源于已發生(shēng)知識庫（用戶反饋、企業自(zì)查、政府和行業監管、社會公開信息等）和專業研判（專家咨詢等）。

根據風(fēng)險因子的影(yǐng)響程度、發生(shēng)概率，及兩者疊加的量化方法，按照(zhào)風(fēng)險從(cóng)高到低評估城(chéng)市供水系統的應對能力。可(kě)采用模拟的方法，結合風(fēng)險水平和功能缺失程度，定量化分(fēn)析城(chéng)市供水系統的脆弱點，并提出包括系統改擴建、應急供水等在内改進策略和方案。

3.2 水源

（1）水源水質監測。水源水質監測，特别是在線儀表的設置，可(kě)以爲應急提供有效的支持，便于應急預案的及時啓動。除傳統的物理(lǐ)、化學指标外，生(shēng)物毒性指标（斑馬魚或青鳉魚、水溞、發光(guāng)菌）也實現了在線儀表檢測。

（2）備用與應急水源。當水源發生(shēng)突發環境污染或自(zì)然條件(jiàn)改變緻污染物超标時，應視情況及時采取不同措施：關閉受污染水源，并啓動應急或備用水源；通過區域之間的協同、外調清水原水；或是采取不同水源勾兌，使勾兌後的水符合飲用水水源水質标準。

應急水源的規模（儲水量）應至少滿足一次應急供水的規定，即應急供水水量和時長的要求。應急供水水量随着城(chéng)市的社會經濟結構而有所區别。

應急水源可(kě)以是另建的水源，也可(kě)以是人(rén)工(gōng)濕地、臨時清水庫。

（3）瓶裝水。瓶裝水可(kě)以就(jiù)地存貯，或在應急事(shì)件(jiàn)中運送到受影(yǐng)響地區，兩者可(kě)同時實施。

就(jiù)地存貯的瓶裝水，可(kě)以預存貯于家庭；也可(kě)存貯于超市、物流中心等地，和糧油應急儲備同步實施。

由于瓶裝水的配送可(kě)以快(kuài)速實施，并且不受本地水源和處理(lǐ)系統的影(yǐng)響，因此往往是突發應急事(shì)件(jiàn)第一階段首選的策略之一。然而，如(rú)果供水中斷時間延長，則無法持續，因此，必須和城(chéng)市供水系統修複等其他(tā)措施配合使用。

3.3 淨水處理(lǐ)

根據水質特征和風(fēng)險狀況，采取不同的工(gōng)程設計(jì)。

（1）流程冗餘。适度延長或增加平行的工(gōng)藝單元，并可(kě)調整，如(rú)增加預處理(lǐ)段、通過不同的預處理(lǐ)藥劑應對不同的水源污染，活性炭濾池增加砂墊層和濾網，采用多種消毒劑和多點投加的組合消毒工(gōng)藝、用以增強對不同緻病微生(shēng)物的滅殺或控制消毒副産物等。

（2）負荷冗餘和工(gōng)藝單元分(fēn)組。根據處理(lǐ)規模，适度采取相(xiàng)對較低的設計(jì)負荷，或平行的冗餘單元。如(rú)：濾池采用相(xiàng)對較低的濾速，藥劑投加裝置适當增大(dà)最大(dà)投藥能力，氣浮和沉澱可(kě)切換等。

（3）靈巧設計(jì)。工(gōng)藝流程或工(gōng)藝單元具有高度的可(kě)調能力以适應水質水量的變化。如(rú)：工(gōng)藝流程線可(kě)以根據水質條件(jiàn)或設備狀況調整或超越，絮凝反應可(kě)通過攪拌器轉速調整G值和GT值，增加藥劑的投加點位等。

3.4 輸配水管網系統

（1）冗餘設計(jì)和應急響應。規劃設計(jì)采用平行管線、環狀管網等措施，在應急事(shì)件(jiàn)中，根據災後設施狀況等，采取一定的閥門(mén)控制方法隔離(lí)受影(yǐng)響管段，或臨時布線連通的閥門(mén)控制措施，減輕災後影(yǐng)響。

（2）事(shì)故區域臨時供水路(lù)徑。因配水系統的損壞，局部地區無法配送，在未受污染的水供應充足的情況下，可(kě)以建立臨時水道或通過運水車轉輸。

（3）低水質供水。理(lǐ)論上城(chéng)市供水系統應供應合格水質，必要時可(kě)以降低處理(lǐ)量，在不影(yǐng)響水質安全的條件(jiàn)下，确保生(shēng)命保障的基本水量。然而，供水系統從(cóng)水力學角度，無法将減量的水量輸送到管網末端；大(dà)多數城(chéng)市的生(shēng)活飲用水管網也同時直連消火(huǒ)栓，降低供水量也就(jiù)相(xiàng)應降低供水壓力，無法保障消防用水，事(shì)實上是不可(kě)接受的。

一種可(kě)能的方法是城(chéng)市供水滿足一定的底限要求如(rú)消毒的要求後用于消防等非飲用水。根據需要可(kě)把管網水作(zuò)爲水源，由淨水車淨化後配給（清水池、水箱或散裝供水）。

較小的供水系統，應不直連消火(huǒ)栓。

（4）輸配水系統修複。在經過低質供水，或發生(shēng)黃(huáng)水渾水等事(shì)故狀态後，必須經過清洗、消毒後方可(kě)轉向正常供水。對于枝狀管網，該步驟易于實現；環狀管網則應提供合理(lǐ)分(fēn)隔的措施，确保不同分(fēn)段的沖洗和排水。

3.5 應急儲備與救援

（1）應急儲備。日(rì)本逐年(nián)穩步提升應急儲備水量，供水系統的儲水設施有效容積從(cóng)1975年(nián)的0.142億m³增長到2015年(nián)的0.356億m³、增長151%，按最高日(rì)供水能力計(jì)則分(fēn)别相(xiàng)當于5.9 h和13.7 h、增長132%。台灣省台北市則按3 L/（cap·d）、持續供應28 d的标準建設儲水設施。美國(guó)也将在線或離(lí)線的儲水設施作(zuò)爲應急的重點，并建議(yì)了叉車、槽罐車等裝載、運輸、分(fēn)發的設備、器材。

通過設置在水廠(chǎng)内的應急清水池或者管網内的高位水池中儲備的清水爲應急送水車提供清水。當發生(shēng)嚴重供水危機(jī)時，供水系統中水源、水廠(chǎng)和管網設施均無法正常使用或供水幹管水質變差的突發狀況，及時關閉應急儲水設施與常規供水管道的閥門(mén)，将清水保存在應急儲水設施中，然後配置送水車向集中供水點輸水，保證應急狀态下居民(mín)生(shēng)存用水，爲城(chéng)市正常供水設施的維修及恢複提供時間。

（2）區域救援。2019年(nián)底住建部“國(guó)家供水應急救援能力建設”項目移交，建成華北、華東、華中、華南(nán)、東北、西南(nán)、西北、新疆8個區域的國(guó)家供水應急救援中心，應急處理(lǐ)裝備大(dà)部分(fēn)地區可(kě)12 h内到達、偏遠(yuǎn)地區18～30 h内到達，必要時偏遠(yuǎn)地區采用空運方式12 h内到達。也可(kě)參考建立較小的區域級别的救援措施。區域救援滿足供水系統修複前的應急供水需求。

4 飲用水安全保障系統觀與研究辦法

應對現在和未來(lái)發展挑戰技術(shù)。可(kě)持續性是指滿足當前需求同時不影(yǐng)響後代滿足自(zì)身(shēn)需求的能力。飲用水系統的可(kě)持續性設計(jì)應考慮社會可(kě)持續性、生(shēng)态可(kě)持續性、經濟可(kě)持續性和科(kē)技可(kě)持續性。

4.1 社會可(kě)持續性

“以水定城(chéng)、以水定地、以水定人(rén)、以水定産”是保障國(guó)家水安全的重要發展思路(lù)，是作(zuò)爲自(zì)然元素的水資源永續利用支撐城(chéng)市經濟社會的可(kě)持續發展的基礎。水資源開源（含再生(shēng)水利用和雨(yǔ)水利用等）、節流（用戶節水）、提升供水效率構成提升城(chéng)市水資源利用效率的主要舉措。其中前兩者不在本課題的討(tǎo)論範圍内，不予贅述。

影(yǐng)響供水效率的因素包括水處理(lǐ)設施的自(zì)用水、輸配水系統的漏失。

（1）淨水廠(chǎng)自(zì)用水率控制。常規處理(lǐ)工(gōng)藝的淨水廠(chǎng)的自(zì)用水率一般爲供水量的5%～10%。水處理(lǐ)設施的自(zì)用水主要包括：絮凝池和沉澱池（澄清池）排泥水、各類濾池沖洗排水、膜系統的濃水等。

混凝效果好、絮體(tǐ)密實，并采取适當的排水量控制如(rú)污泥濃度在線檢測時，可(kě)以減少沉澱池的排泥水水量。

濾池采用氣水沖洗可(kě)較單水沖洗大(dà)幅度降低耗水量，如(rú)采用氣水沖洗的單層均粒石英砂濾池較采用單沖沖洗的單層細砂級配濾池，單次沖洗用水降低約40%，且沖洗周期延長。

飲用水中較常采用的中空纖維超濾膜，其水回收率一般應達到90%以上，浸沒式膜較壓力式膜易于達到更高的水回收率，建議(yì)設計(jì)取值分(fēn)别爲96%和94%。

（2）輸配水系統漏損控制。淨水廠(chǎng)産水量和水司向目标用戶的售水量之間存在一定的産銷差。産銷差扣除向消防等公用設施的免費供水外的部分(fēn)稱爲漏損。漏損包括物理(lǐ)漏損（也稱漏失）和賬面漏損（非法用水和計(jì)量誤差）。研究主要針對物理(lǐ)漏損。

（3）2016年(nián)全國(guó)城(chéng)市供水總量爲421.84億m³，管網漏損總量爲61.50億m³，管網漏失總量爲28.47億m³，平均漏損率大(dà)于22%，漏損的水量大(dà)體(tǐ)上與北京、上海、廣州的計(jì)量用水量之和相(xiàng)等。縣鎮水司漏損率有過之而無不及。實現目标漏損率10%将大(dà)幅減少水資源的消耗和提升對旱災的應對能力，可(kě)以爲未來(lái)城(chéng)市發展留出更多空間。

管網漏失控制常用計(jì)量分(fēn)區和壓力控制、檢漏和修複、管道更新3種方法。

管道更新。建立管道數據庫，包括管道的管材、規格、管徑、接口、生(shēng)産廠(chǎng)商、時間和批次、施工(gōng)商、敷設位置、地質條件(jiàn)、曆史爆管情況等，通過對爆管曆史數據的分(fēn)析，預測易爆管管段，及時更新。管道更新費用較高，但(dàn)對漏失量和水質等指标得(de)到顯著改善。

檢漏和修複。建立檢漏隊伍，制定适宜的獎懲措施，采用相(xiàng)關儀、聽漏儀等設備，及時檢出漏點并予以修複。檢漏和修複是諸多水司行之有效的措施。目前檢漏難以檢出DN300以内管道的漏點。

計(jì)量分(fēn)區和壓力控制。已經形成包括水平衡與流量分(fēn)區、管網建模—供水分(fēn)界線—壓力管理(lǐ)等多層級分(fēn)區、漏失定位輔助檢漏修複、智能壓力調控、柔性管道降複壓控制等的漏損控制集成技術(shù)。

以上技術(shù)經驗證，不同城(chéng)市或片區可(kě)實現4～27個百分(fēn)點的提升，具有良好的效益。

4.2 生(shēng)态可(kě)持續性

按全國(guó)城(chéng)市及縣鎮供水企業年(nián)電耗約143億kW·h，二次供水和居民(mín)端60億kW·h計(jì)，供水電耗相(xiàng)當于全國(guó)總用電量的0.32%，或工(gōng)業以外各類用電量之和的1.04%。供水企業電耗占直接運行費用的50%～80%，運行管理(lǐ)總費用的30%～50%。可(kě)見(jiàn)供水能耗絕對量高、占比大(dà)，是當地的能耗大(dà)戶，供水行業的節能可(kě)以顯著降低溫室氣體(tǐ)排放(fàng)。

我國(guó)當前水處理(lǐ)工(gōng)藝以常規工(gōng)藝爲主，供水企業城(chéng)市單位電耗595.95 kW·h/1 000 m³，縣鎮單位電耗430.89 kW·h/1 000 m³，其中泵的電耗約占80%。随着處理(lǐ)要求的提高和工(gōng)藝流程線的延長、從(cóng)城(chéng)市向農村的拓展完善，供水能耗還(hái)會逐漸提高。

典型高能耗段的典型電耗：臭氧8.5～36 kW·h/1 000 m³（氧氣源）、15～50 kW·h/1 000 m³（空氣源）；中空纖維超濾膜 15～25 kW·h/1 000 m³（浸沒式）、45～75 kW·h/1 000 m³（壓力式）；紫外消毒16～27 kW·h/1 000 m³；納濾膜 200～480 kW·h/1 000 m³；二次供水 250～900 kW·h/1 000 m³。

在“十一五”“十二五”期間，通過輸配水管網的優化調度，實現典型城(chéng)市能耗降低7%～21%；臭氧發生(shēng)器、中空纖維超濾膜在價格降低30％～50%以上的同時，實現能耗水平達到國(guó)際先進水平；二次供水通過供水泵等關鍵組建和工(gōng)況優化設計(jì)，實現典型城(chéng)市降低能耗50％～60%以上。

以上成果标準化後将推動供水行業的大(dà)幅進步。

4.3 經濟可(kě)持續性

供水行業的資産和運營管理(lǐ)，經過了依托計(jì)算機(jī)和傳感器實現從(cóng)手動到初步信息化，依托PLC+組态軟件(jiàn)模式實現SCADA，再依托物聯網實現智慧水務的過程。随着信息化技術(shù)的進步，精細管理(lǐ)得(de)以應用于供水行業，并創造巨大(dà)的價值。

智慧水務可(kě)在以下5個方面突破：

智慧生(shēng)産。通過需水量預測、水源的水量水質預測，合理(lǐ)的技術(shù)方案，輔助在達成水質、水量、水壓目标的基礎上，優化調度水源、水廠(chǎng)和輸配水系統的運行、節能降耗、控制漏損，實現運行成本，包括能耗、藥耗、水資源費等的綜合降低。

資産和外購(gòu)服務管理(lǐ)。建立數據庫并予以分(fēn)析，離(lí)線或實時預判設備、設施狀況，降低故障率和維修率，提升資産服務年(nián)限，實現資産的有效維護、資産和外購(gòu)服務的有效采購(gòu)。

資産和外購(gòu)服務管理(lǐ)。建立數據庫并予以分(fēn)析，離(lí)線或實時預判設備、設施狀況，降低故障率和維修率，提升資産服務年(nián)限，實現資産的有效維護、資産和外購(gòu)服務的有效采購(gòu)。

智慧服務。于供水企業而言提升水表的抄見(jiàn)率并降低了抄表人(rén)工(gōng)成本；于用戶而言，标準話(huà)服務降低了對話(huà)成本。

風(fēng)險控制支持。實時檢查數據的異動，爲風(fēng)險控制提供支持。

協助人(rén)才培養。通過模拟操作(zuò)等功能加快(kuài)培養專業人(rén)才。專業人(rén)才是供水行業有效運行的基礎。

智慧水務應在自(zì)頂向下設計(jì)、系統性布局的基礎上，合理(lǐ)利用信息與通信技術(shù)（ICT）等新技術(shù)工(gōng)具，最終服務于生(shēng)産運營和對外服務，以标準化、現代化的管理(lǐ)降低成本爲目的。

4.4 科(kē)技可(kě)持續性

自(zì)從(cóng)現代淨水工(gōng)藝确立以來(lái)，近百年(nián)間，在應對各類環境威脅和用戶需求的基礎上，飲用水技術(shù)得(de)到長足的發展。這一趨勢在可(kě)預見(jiàn)的将來(lái)仍然持續。

我們需要一個開放(fàng)的技術(shù)體(tǐ)系乃至一個開放(fàng)的标準體(tǐ)系，容納、承接、鼓勵新技術(shù)，以應對未來(lái)的挑戰。過去(qù)的技術(shù)體(tǐ)系和标準體(tǐ)系，在人(rén)才匮乏的時代，幫助我們應對了高速建設發展的時期。我們的教育體(tǐ)系已經培養了大(dà)批人(rén)才，不論從(cóng)宏觀還(hái)是微觀，都(dōu)具備了更高的社會能力，技術(shù)體(tǐ)系和标準體(tǐ)系也要與之适應，必須更加開放(fàng)，才可(kě)以适應當今的發展條件(jiàn)和發展需要。

技術(shù)需要标準化方可(kě)推動應用。飲用水領域的建設标準體(tǐ)系改革正在進行。未來(lái)國(guó)家強制層面上隻做底限要求，包括目标層和必要的技術(shù)措施，行業标準、地方标準、團體(tǐ)标準将更多的發揮作(zuò)用，體(tǐ)系上也會更爲完備。

标準體(tǐ)系的完備需要新技術(shù)的标準化支撐。運用技術(shù)評估這一生(shēng)産力工(gōng)具，有助于在短(duǎn)時期内，快(kuài)速将國(guó)家水專項、基金項目、地方和企業投入的科(kē)研項目中獲取的技術(shù)規整化、标準化，從(cóng)而填補标準體(tǐ)系的空白(bái)，推動技術(shù)的應用和行業技術(shù)進步。