重慶純水設(shè)備解讀：鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的主要風(fēng)險及其危害
【重慶水處理設(shè)備網(wǎng)http://xqccscq.com/】文中從鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的抗性以及突發(fā)事故下的韌性兩方面論述了目前研究的供水平安保證韌性化建設(shè)技術(shù)。并通過分析某鄉(xiāng)村供水平安保證建設(shè)實例，提出鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證與韌性建設(shè)的重點在于供水韌性范圍的確定和提升，以及供水系統(tǒng)高效協(xié)同管理的實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞】智慧水務(wù) 分區(qū)壓力控制 低負(fù)荷處置設(shè)計 多水源供水
一、鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的抗性
1鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)運(yùn)行普通風(fēng)險
鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)運(yùn)行普通風(fēng)險指的供水系統(tǒng)運(yùn)行過程中普遍存在幾乎無法防止的一些影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素。參考一些供水系統(tǒng)風(fēng)險評估的文獻(xiàn)，本文總結(jié)了供水系統(tǒng)各子系統(tǒng)最為罕見、危害最大的普通風(fēng)險因素，其主要風(fēng)險因素和危害如表1所示。
表1鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的主要風(fēng)險及其危害
供水系統(tǒng)平安保證與韌性鄉(xiāng)村建設(shè)
供水系統(tǒng)運(yùn)行普通風(fēng)險在于供水質(zhì)量的穩(wěn)定性，主要是水質(zhì)達(dá)標(biāo)問題、水量充分問題以及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定問題。原水系統(tǒng)中原水的渾濁度、藻密度、堿度、硬度等指標(biāo)受季節(jié)變化影響很大，而水源地污染會導(dǎo)致重金屬、總氮、總磷、糞大腸菌群超標(biāo)，重慶GMP純化水設(shè)備取水設(shè)備、泵站、輸水管道會因老化腐蝕等被破壞，從而導(dǎo)致原水供應(yīng)的停止，單一水源取水和單一水管輸水在運(yùn)行呈現(xiàn)問題時管道無法檢修，影響供水穩(wěn)定性。制水系統(tǒng)中水處置工藝差就無法適應(yīng)原水水質(zhì)的變化，出廠水水質(zhì)直接影響到供水質(zhì)量，水廠的制水設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、控制設(shè)備呈現(xiàn)故障，都會導(dǎo)致供水水質(zhì)、水量、水壓的不穩(wěn)定，水廠運(yùn)行管理的日常巡檢維護(hù)以及應(yīng)急平安預(yù)案是保證供水平安性的重要一環(huán)。輸配水系統(tǒng)中管網(wǎng)的老化腐蝕會導(dǎo)致飲用水污染，管網(wǎng)爆管、漏損問題嚴(yán)重影響供水的質(zhì)量和效率，泵站安排的不合理使得供水呈現(xiàn)低壓區(qū)、死水區(qū)，會導(dǎo)致水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、壓力偏低，水質(zhì)保證的缺失會引起管網(wǎng)水質(zhì)污染、末端水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題，管網(wǎng)維護(hù)維修不到位使得運(yùn)行平安不穩(wěn)定。二次供水系統(tǒng)中設(shè)施建設(shè)不規(guī)范會導(dǎo)致水質(zhì)污染、水壓不穩(wěn)，管理維護(hù)不到位會導(dǎo)致運(yùn)行不安全、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，水箱的安排直接影響供水水質(zhì)、水量、水壓穩(wěn)定性。
進(jìn)一步分析這些風(fēng)險因素可以發(fā)現(xiàn)，鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下抗風(fēng)險能力較差的原因在于系統(tǒng)設(shè)計無法滿足新的用水需求以及系統(tǒng)管理能力較弱。隨著鄉(xiāng)村發(fā)展和運(yùn)行時間推移，呈現(xiàn)了嚴(yán)重且復(fù)雜的水源污染、用水量多且變化系數(shù)大的用戶、日益提高的水質(zhì)規(guī)范，原有的水處理工藝、輸配水管網(wǎng)設(shè)計以及舊的供水設(shè)施已經(jīng)無法保證供水平安。而更為嚴(yán)重的原有的供水系統(tǒng)管理無法提供快速的響應(yīng)和高效的修復(fù)能力，這使得鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)更加脆弱。因此，亟需有效的供水保證技術(shù)來提高鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的抗性以應(yīng)對這些風(fēng)險。
2鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)抗性提升技術(shù)
鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)運(yùn)行普通風(fēng)險發(fā)生的2個根本原因：供水系統(tǒng)設(shè)計不合理以及管理能力差。通過總結(jié)供水系統(tǒng)平安保證技術(shù)研究文獻(xiàn)，表2中列舉了一些印證有效的鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)抗性提高技術(shù)。
鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)抗性提高技術(shù)主要在提高水量韌性、水質(zhì)韌性以及提升運(yùn)行管理能力。水量韌性的提高主要通過輸配水系統(tǒng)中的管網(wǎng)壓力控制和二次供水系統(tǒng)中的設(shè)施裝置改造等技術(shù)保證最有利點水量要求，其重點在于二次加壓設(shè)備和調(diào)蓄水量的設(shè)置，目前，最常用的方法是疊壓供水設(shè)備、低位貯水池供水以及高位水箱供水。具體調(diào)蓄水量大小應(yīng)根據(jù)調(diào)蓄方法分別討論：使用疊壓供水設(shè)備時，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行即可以滿足用水量的變化，而存在中轉(zhuǎn)水箱時，中轉(zhuǎn)水箱容量不小于服務(wù)區(qū)域最大時用水量的50%使用低位貯水池時，水池調(diào)蓄水量不小于服務(wù)區(qū)域日供水量的8%12%使用高位水箱調(diào)蓄時，水箱調(diào)蓄水量不小于最高日用水量的5%為充沛保證水量韌性，供水系統(tǒng)調(diào)蓄水量應(yīng)當(dāng)大于供水系統(tǒng)的最高時用水量。而水質(zhì)韌性的提高重點是原水水質(zhì)的保證、制水水質(zhì)平安余量的設(shè)計和管網(wǎng)水質(zhì)穩(wěn)定性的保證。原水水質(zhì)平安需要通過多水源供水保證其穩(wěn)定性，而由于二次污染問題的存在水處置工藝需要提標(biāo)優(yōu)化使得出廠水質(zhì)設(shè)計高于平安規(guī)范以保證管網(wǎng)末端水質(zhì)達(dá)標(biāo)。輸配水過程中管網(wǎng)更新、供水設(shè)施改造以及中途補(bǔ)氯等方法，可以減少致病微生物孳生、提高末端余氯、降低消毒副產(chǎn)物生成潛能，保證管網(wǎng)水質(zhì)的生物穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。運(yùn)行管理能力的提高主要通過全系統(tǒng)監(jiān)測和日常管理的強(qiáng)化來實現(xiàn)。全系統(tǒng)監(jiān)測需要覆蓋水源水質(zhì)、水處置設(shè)施設(shè)備、制水全流程水質(zhì)、泵站、管網(wǎng)水量水壓水質(zhì)、二次供水設(shè)備等方面，全面實時采集水量、水壓、水質(zhì)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、設(shè)施視頻圖片等數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行事故。日常管理的強(qiáng)化同樣要涉及到供水系統(tǒng)運(yùn)行的各個方面，水質(zhì)檢測應(yīng)有檢測制度和檢測人員，進(jìn)一步增加檢測項目、提高檢測頻率、加強(qiáng)檢測能力可以有效保證系統(tǒng)水質(zhì)管理能力。水處置設(shè)施設(shè)備應(yīng)有檢查、清洗、檢修制度和巡檢人員，提高檢修頻率、完善修復(fù)流程、提升清洗效果可以有效保證運(yùn)行平安。二次供水設(shè)施設(shè)備應(yīng)有檢查、清洗制度和維護(hù)人員，雇傭?qū)I(yè)的清洗團(tuán)體、提高檢查頻率和水平可以有效保證供水質(zhì)量。管理企業(yè)應(yīng)有調(diào)度部門，制定科學(xué)的調(diào)度戰(zhàn)略和方法，合理組織和協(xié)調(diào)供水系統(tǒng)各組成部分之間的運(yùn)行管理。
表2鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)抗性提高技術(shù)及其實際效果
供水系統(tǒng)平安保證與韌性鄉(xiāng)村建設(shè)
總結(jié)分析這些技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行的實質(zhì)在于為供水系統(tǒng)設(shè)計冗余，保證在呈現(xiàn)風(fēng)險時，供水水量、水壓、水質(zhì)仍然可以滿足要求，即提高系統(tǒng)吸收擾動的能力。而提高管理能力的目標(biāo)在于實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)同管理，加快系統(tǒng)處置風(fēng)險，并建立應(yīng)對機(jī)制，提高的系統(tǒng)恢復(fù)和適應(yīng)能力。因此，可以說鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下抗性的核心內(nèi)容在于韌性范圍和協(xié)同管理的設(shè)計和實現(xiàn)。重慶純水設(shè)備
二、鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)突發(fā)事故下的韌性
1鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)運(yùn)行突發(fā)事故
鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)運(yùn)行突發(fā)事故指的突發(fā)公共事故，針對供水系統(tǒng)的主要是自然災(zāi)害、事故災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件和社會平安事件。其中，自然災(zāi)害主要有地震、干旱、臺風(fēng)、暴雨等，事故災(zāi)害是指供水設(shè)施設(shè)備事故、環(huán)境污染和生態(tài)破壞、供水企業(yè)的各類事故，公共衛(wèi)生事件是指嚴(yán)重影響公眾健康和生命安全的事件，社會平安事件是對社會秩序造成影響的群體性事件。鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證主要遇到前3種。
2鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)韌性提升技術(shù)
應(yīng)對突發(fā)事故采用的供水平安保證技術(shù)主要為應(yīng)急管理，供水系統(tǒng)應(yīng)急管理是指利用收集到信息實現(xiàn)具備實時性、動態(tài)性、多維性和集成性的供水系統(tǒng)高效協(xié)同管理。應(yīng)急管理包括預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)這4個階段。預(yù)防階段是對災(zāi)害風(fēng)險的識別和降低，準(zhǔn)備階段是對災(zāi)害的預(yù)警和全面準(zhǔn)備，響應(yīng)是災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急指揮和應(yīng)對，而恢復(fù)主要是災(zāi)后的重建工作。這4個階段雖然目標(biāo)不同，但它實質(zhì)是對于突發(fā)事故的吸收、恢復(fù)和適應(yīng)。
通過整理分析相關(guān)文獻(xiàn)，表3中總結(jié)了應(yīng)對不同突發(fā)事故所采用的主要技術(shù)方法及其實際效果。應(yīng)對自然災(zāi)害的技術(shù)主要在于預(yù)防和準(zhǔn)備階段，一般的做法是進(jìn)行風(fēng)險識別和應(yīng)急準(zhǔn)備，這一方面最受關(guān)注的干旱下的水量保證和地震下的供水管網(wǎng)的穩(wěn)定性。節(jié)水措施、廢水回用以及聯(lián)合調(diào)度戰(zhàn)略可以有效地保證供水量以應(yīng)對干旱。通過供水管網(wǎng)地震韌性評估，可以發(fā)現(xiàn)在地震災(zāi)害發(fā)生時，供水管網(wǎng)需要極強(qiáng)的物理性能，才干夠應(yīng)對地震帶來的高壓和變形，主要影響管網(wǎng)抗震能力的物理屬性包括管徑、管材和接口類型等。研究標(biāo)明：管徑小的管道更容易在地震中失效；而管道資料很大水平上影響管道抗高壓能力，常用的資料中球墨鑄鐵管抗壓能力較好，塑料管次之，混凝土管最差；接口類型中柔性接口明顯強(qiáng)于剛性接口，銜接式接口發(fā)生局部插入現(xiàn)象的柔性接口管道仍然可以保證連通性。對于事故災(zāi)害的應(yīng)對更加關(guān)注響應(yīng)和恢復(fù)，其目標(biāo)是快速發(fā)現(xiàn)事故并通過高效的協(xié)同管理進(jìn)行修復(fù)，供水系統(tǒng)面對的事故災(zāi)害主要是突發(fā)環(huán)境污染事故和供水設(shè)施破壞。應(yīng)急凈水技術(shù)是應(yīng)對突發(fā)環(huán)境事故的有效技術(shù)，主要有粉末活性炭吸附技術(shù)、化學(xué)沉淀技術(shù)、化學(xué)氧化技術(shù)、強(qiáng)化消毒技術(shù)、曝氣吹脫技術(shù)和藻類綜合處理技術(shù)等，可以高效應(yīng)對突發(fā)污染引起有機(jī)污染物、重金屬、氮磷、致病微生物、藻類等超標(biāo)問題，保證水廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定。而供水設(shè)施破壞事故可以通過系統(tǒng)的全覆蓋監(jiān)測和智慧決策系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)。對于公共衛(wèi)生事件的應(yīng)對最為重要的響應(yīng)階段，應(yīng)對重大污染病傳達(dá)事故時，通過建立公共衛(wèi)生智慧應(yīng)急體系協(xié)同多方面全系統(tǒng)共同保證供水平安。因此，鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)突發(fā)事故下韌性提高的關(guān)鍵在于通過確定韌性范圍和系統(tǒng)協(xié)同管理實現(xiàn)高效的應(yīng)急管理。
表3鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)韌性提高技術(shù)及其實際效果
供水系統(tǒng)平安保證與韌性鄉(xiāng)村建設(shè)
三、鄉(xiāng)村供水管系統(tǒng)平安保證韌性建設(shè)分析
1某鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證實例
南方某鄉(xiāng)村為保證供水平安、可靠，供水水量富余，進(jìn)行全面的供水系統(tǒng)平安保證建設(shè)。鄉(xiāng)村總供水能力為25萬m3/d原水主要為水庫水，共有4個水廠生產(chǎn)供水。其供水系統(tǒng)韌性建設(shè)的主要技術(shù)方法如圖1所示，分為供水韌性設(shè)計以及智慧水務(wù)建設(shè)兩方面。供水韌性設(shè)計方面：供水原水不只僅依靠單一水庫供給，水庫水受到污染或水量缺乏時，水廠可以從附近城市的水庫取水或者利用取水泵站就近取水，實現(xiàn)多水源供水，同時，水庫會對原水進(jìn)行預(yù)氧化、預(yù)消毒處理，保證原水水質(zhì)穩(wěn)定；重慶純水設(shè)備水廠設(shè)計了2條平行工藝運(yùn)行，保證運(yùn)行穩(wěn)定，并考慮低負(fù)荷處置設(shè)計，使得出水水質(zhì)高于設(shè)定的一級A規(guī)范，同時，設(shè)定應(yīng)急預(yù)案應(yīng)對運(yùn)行過程發(fā)生的設(shè)備運(yùn)行事故、水質(zhì)污染事故、管網(wǎng)爆管事故、生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)行等情況，實現(xiàn)應(yīng)急事故的響應(yīng)和恢復(fù)；配水管網(wǎng)進(jìn)行了分區(qū)壓力控制，有效降低了漏損，管網(wǎng)上出現(xiàn)的運(yùn)行事故會通過自來水公司的處置流程進(jìn)行修復(fù)處置。供水用戶方面，自來水公司會進(jìn)行供水設(shè)備的定期維護(hù)檢修，并設(shè)立應(yīng)急事故水池保證應(yīng)急用水。且在供水韌性設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行了智慧水務(wù)建設(shè)，其主要內(nèi)容是對整個供水系統(tǒng)水質(zhì)、水量、水壓變化進(jìn)行了全面監(jiān)測，水廠和二次供水建立了智能控制系統(tǒng)以及構(gòu)建配水管網(wǎng)水力模型與水質(zhì)模型預(yù)測供水運(yùn)行。
供水系統(tǒng)平安保證與韌性鄉(xiāng)村建設(shè)
圖1某鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證與韌性化建設(shè)
通過智慧水務(wù)的建設(shè)模擬了鄉(xiāng)村某分區(qū)1d供水運(yùn)行情況，分區(qū)開放管道流量變化以及該分區(qū)的壓力監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)該分區(qū)的流量變化較大，日間用水量大，最大流入流量可達(dá)到28L/而夜間用水量非常小，甚至發(fā)生倒流的情況。監(jiān)測點壓力顯示其最小壓力水頭超過15m而規(guī)范規(guī)定管網(wǎng)末梢水壓不小于0.14MPa完全滿足供水要求。因此，鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)常態(tài)下的抗性有充分的保證。
供水系統(tǒng)平安保證與韌性鄉(xiāng)村建設(shè)
圖2水力模擬下某分區(qū)開放管道流量及其相應(yīng)監(jiān)測點壓力變化
應(yīng)對突發(fā)事故方面，水庫水廠均建立了完備的應(yīng)急預(yù)案，并設(shè)立了應(yīng)急搶修中心負(fù)責(zé)供水管網(wǎng)事故災(zāi)害以及供水管網(wǎng)需開挖性的應(yīng)急搶修工作。通過智慧水務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)平臺一張圖及時發(fā)現(xiàn)供水問題，實現(xiàn)平臺及時發(fā)布通水、搶修通知，并實現(xiàn)維修維護(hù)現(xiàn)場全程跟進(jìn)，第一時間獲取現(xiàn)場進(jìn)度。因此，鄉(xiāng)村公司系統(tǒng)突發(fā)事故下可以快速響應(yīng)高效修復(fù)，有較強(qiáng)的韌性。
該城市采用的韌性提高技術(shù)普適性強(qiáng)，可以適用于大部分的供水系統(tǒng)，同時，對于供水風(fēng)險有很強(qiáng)的抵御能力。另外，智慧水務(wù)建設(shè)逐漸普及，通過韌性設(shè)計和智慧水務(wù)來加強(qiáng)供水韌性具有相當(dāng)高的可行性和代表性。韌性設(shè)計可以有效地為系統(tǒng)設(shè)置運(yùn)行彈性，提高系統(tǒng)水質(zhì)、水量韌性，保證供水質(zhì)量，而智慧水務(wù)建設(shè)可以極大水平地協(xié)同各供水相關(guān)單位，提高系統(tǒng)的應(yīng)急管理能力。 重慶純水設(shè)備
2鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證韌性建設(shè)核心內(nèi)容
綜合分析鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)韌性提高技術(shù)以及建設(shè)實例可知，韌性建設(shè)的核心內(nèi)容在于韌性范圍的確定和提升以及高效協(xié)同管理的實現(xiàn)。韌性范圍的確定和提升是指通過風(fēng)險識別來指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行的冗余設(shè)計，保證供水系統(tǒng)的高彈性工作，例如通過預(yù)測水質(zhì)、水量、水壓在供水系統(tǒng)中的變化來調(diào)整供水系統(tǒng)調(diào)蓄水量和水廠出水水質(zhì)平安余量，通過對自然災(zāi)害下供水系統(tǒng)韌性進(jìn)行評估進(jìn)行應(yīng)急準(zhǔn)備的調(diào)整和優(yōu)化。韌性范圍的確定使得供水系統(tǒng)在面對風(fēng)險時仍然可以正常運(yùn)行并保證供水質(zhì)量。高效協(xié)同管理的實現(xiàn)指的供水管理需要通過制度、平臺的建立聯(lián)合各個供水子系統(tǒng)以及管理單位的政府、企業(yè)甚至是社會組織共同應(yīng)對突發(fā)事故，并且利用信息化、智能化的決策支持全面提高響應(yīng)、恢復(fù)能力。供水系統(tǒng)韌性范圍的確定和擴(kuò)大以及高效協(xié)同管理的實現(xiàn)可以使得系統(tǒng)具備極強(qiáng)的韌性以實現(xiàn)擾動的吸收、恢復(fù)以及適應(yīng)。
結(jié)束語
鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)平安保證韌性建設(shè)對于鄉(xiāng)村發(fā)展以及人民健康都非常重要，韌性建設(shè)的研究與應(yīng)用是供水系統(tǒng)平安保證重要方向。供水系統(tǒng)韌性應(yīng)同時具備常態(tài)下的抗性以及突發(fā)事故下的韌性?？偨Y(jié)分析韌性提升的技術(shù)方法特點，韌性建設(shè)的核心內(nèi)容在于韌性范圍的確定設(shè)計以及協(xié)同管理的實現(xiàn)。
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