陈旭源

(上海市自来水市北有限公司，上海 310000)

1 引言

近年来我国频繁发生饮用水源污染事件，对饮用水质安全保障提出了严峻挑战，并得到社会各界高度关注。2003年8月在黄浦江准水源保护区发生的特大船舶污染事件，泄漏燃油85 t，造成油污带长约10 km的大范围污染，对取水口形成直接威胁。2005年11月，中石油吉林化学工业公司双苯厂发生爆炸，约100 t化学品泄漏进松花江，导致沿江居民用水发生困难，引起了社会极大关注。2006年1月，约600 t紫红色硫酸废水排入綦江河，在河面形成一条长达300 m的污染带，导致沿岸3万居民停水2 d。2007年7月，江苏省沭阳县地面水厂取水口遭受新沂河上游不明污染源污染，城区供水系统被迫关闭，城区20万人断水约40 h。据不完全统计，2001年～2004年，全国共发生具有灾害特征的水污染事故3 988起，平均每年近1 000起。另一方面，我国大多数城市缺乏水源水质在线监测与预警系统，供水厂现行处理技术与工艺难以有效应对突发性污染事件。同时，我国不少地区地震、泥石流等自然灾害频发，给供水系统和供水水质安全带来挑战。更为重要的是，对于各种突发性风险污染源和污染物，缺乏系统的污染物快速诊断、快速处理处置关键技术和应急预案。在当前突发性水污染事件难以根本避免与有效遏制的前提下，以水源地水质监测与预警、水源地污染削减、净水厂强化净化等关键技术为基础，构建保障饮用水安全的多级屏障技术系统，强化应对不同污染特征的突发事件能力，这对于保障供水安全具有重要意义。

移动型风险源是突发性污染事件中重要的风险源之一，而以河流等开放水体为饮用水源的供水厂均存在不同风险水平的移动型风险源。以黄浦江饮用水源为例，调查分析显示，企业事故性泄漏排放产生的工业污染源和船舶事故性溢油或化学品泄漏是最主要的风险源;而船舶的移动型风险源不仅影响程度严重，而且在发生位置、时间、泄漏物质、泄漏量等上具有诸多不确定性，这给供水厂在技术与管理上应对此类风险源带来重大挑战。国际上自20世纪60年代起开始重视水污染突发事件预警与应急处置，并通过立法、执法、管理等不同层面提高供水系统对突发事件的应对能力，而移动型风险源是关注重点。例如，美国、加拿大等国建立了溢油应急计划系统(SPEARS)用于对地中海的石油泄漏等事故的预警。

如何快速有效、经济适度地应对移动型风险源，这是供水企业、政府等相关部门亟须解决的重要难题。由于突发性污染事件往往存在发生不确定、污染高负荷等特点，这就需要从水源地污染负荷削减、长距离输水过程污染控制、水厂强化净化等不同过程建立相应的应对技术策略;进一步地，还需要构建饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台，这对于积极有效地应对上述污染问题具有重要意义。本文以污染负荷削减与控制、水厂强化净化等应对技术为基础，以快速有效、经济适度地应对移动型风险源为目标，开发了饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台，详细介绍了系统功能模块、总体逻辑关系、业务处理逻辑关系、业务流程等，并对基于饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台的工作模式进行了探讨。

2 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台功能框架设计

在应对饮用水突发性移动型风险源时，首先需要确定突发污染事件等级划分标准，对不同污染强度的突发性污染事件进行等级划分;之后需要针对不同响应级别建立不同事件级别下的应急处置与指挥系统人员方案及职责，确保应急工作有序进行;此外，需要从污染物的快速削减技术、取水口污染控制技术、供水调度等技术角度建立不同级别污染事故的应急技术预案，为应急决策管理平台预案数据库提供依据。因为，确定启用实施预案的评判依据是科学有效应对的前提，这既确保对需要启动预案的污染事件快速有效启动应急预案，又能有效避免对影响面小无需启动预案的污染事件频繁启动预案。

因此，在饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台设计时，考虑在现有信息系统的基础上接收原水水质预警信息，针对预警信息检索方法数据中的处理方法以及检索获得的评估处理能力，生成并反馈处理方案。其中，针对不同污染物的处理方法可调用根据中试结果方法库而生成的工艺技术工具包。将应急预案的编制和应急救援预案优化管理流程纳入平台资料库，将应急工艺包编入水厂决策指挥智能平台，工艺包的工艺参数标准、适用范围、处理强度范围和出水效果，纳入指挥平台数据库并可视化编程以满足用户管理和分析决策的需要。该系统平台的功能框架如图1所示。

在系统设计时，不仅充分考虑系统的整体性与子系统之间的耦合，还考虑了本系统与相关技术、管理、决策部门的信息交流与互动支持。例如，本系统可实现与原水水质与毒性在线监测预警系统无缝链接，而原水监测系统输出的数据是本系统的输入数据;同样，本系统输出的评估结果和应对方案，成为下一级部门采取的应对策略的重要依据。因此，本系统并非孤立的系统，而是有效地整合了水源地、水务局、供水厂、调度中心、应急办等不同职能部门，并形成了以现有的各相关单位和部门信息系统为基础、以业务流程为指导、以应急决策指挥为目标的综合系统。饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台业务流程图如图2所示。

3 饮用水突发性移动型风险源应急系统平台开发环境

表1给出了饮用水突发性移动型风险源应急系统平台的基本开发环境。为了完成系统业务逻辑与数据库服务功能，设计了应用服务器和数据库服务器等2台服务器。应用服务器的功能是完成系统业务逻辑及WEB应用;数据库服务器的功能是完成技术方法数据库、应急决策数据库、应急物资数据库、预警信息以及特征污染物数据的设计与开发。数据库在微软SQLSERVER平台上实现。

图1 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台功能框架图Fig．1 Functional Framework of the System Platform for Dealing with Emergent Pollution Incidents in Drinking Water Sources

图2 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台业务流程图Fig．2 Business Flow Chart of the System Platform for Dealing with Emergent Pollution Incidents in Drinking Water Sources

接口设计是软件系统设计的重要组成部分。接口描述的是允许一个层次和另一个层次之间交换请求和响应的一组特性。对数据层与系统逻辑层而言，接口包括对原始数据的存储和抽取;对交互逻辑层与系统逻辑层，接口包括对特定类型数据源的修改。接口仅仅定义一个层次如何向另一个层次发出请求，要求它执行一个任务，而不管这个任务如何执行。在饮用水突发性移动型风险源应急系统平台设计时，接口设计主要包括:选择相关信息系统的数据;选择哪个系统模块的哪些数据;进行字段对应，并可数据清洗;按条件抽取数据和反馈信息;选择由业务系统数据变化触发，还是数据中心定时扫描;所涉及的信息系统包括净水厂信息系统、水源地信息系统、水源调度中心指挥系统、供水监测中心信息系统等。

表1 饮用水突发性移动型风险源应急系统平台开发环境Tab．1 Development Environment of the System Platform for Dealing with Emergent Pollution Incidents in Drinking Water Sources

具体就B/S结构的突发污染快速处理处置技术工具包而言，以GeoServer为平台，通过Drools规则推理，在Struts+Spring+Hibernate的框架下，采用Tomcat的WEB服务器和eclispe+MyEclipse的开发环境进行开发。该工具包平台针对突发性水质污染事故可实现事故前方案生成和演练、事故中方案评价与优化、事故后方案改进和完善。此外，针对用户可实现有预案的进行预案完善和优化、无预案的生成预案和演练和对应急人员进行应急处置培训。该成果满足不同类型污染物、不同突发场景、不同污染阶段下的快速处理处置技术要求，为应急处理处置突发污染事件提供技术支持。

4 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台功能模块

饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台框架下，具有不同主要功能模块，具体如图3所示。

系统平台的各个不同的功能模块彼此相对独立又具有不同的内在逻辑关系，并与水质在线监测预警设备、水厂应急调度中心等具有实时的数据信息传输与处置，为供水企业全面应对污染事件提供良好的平台。模型充分考虑到了计算的灵活性，均采用无结构化网格，具有很强的通用性。模型功能包括前处理的空间网格生成、模拟计算和后处理的数据可视化功能。模型系统基于B/S结构开发，实现参数设置、模拟运算、结果输出的网络化，借助于浏览器，客户端可实现零安装、零维护。

各个功能模块设计了强大的数据接收、存储与管理功能。例如，信息汇集模块涉及的数据包括污染源水质监测数据、污染物信息和预警信息等。污染源水质数据不仅包括在线或离线监测的水质理化指标数据，而且包括实时生物监测的水质综合毒性数据。实时生物监测数据库具有监测时间、生物监测指标、是否发生突发污染等数据项，可实时动态监测生物实时监测数据，也可保存生物监测站的历史监测数据，作为后续在线分析的基础。水质理化指标与综合毒性数据作为突发性污染等级评估和应急预案制定的依据。此外，通过与现有的水质监测点取水口附近GIS地理信息系统进行集成，可在信息化平台上能够进行污染源初步定位;通过和GPRS无线通信数据库进行连接获取现场监控数据，采用C++可视化计算机语言可对已经接收的数据进行曲线、表格形式的动态显示和更新，并在电子液晶宽屏上进行展示。特征污染物基础信息库主要作用是提供特征污染在突发污染时的查询功能，以利于及时采取合适的检测手段进行定量分析。特征污染物基础信息库主要包括污染物的名称、化学式、物理化学性质、毒性及危害、检测及识别方法等5项数据项。

图3 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台的系统功能模块Fig．3 Function Modules of the System Platform for Dealing with Emergent Pollution Incidents in Drinking Water Sources

各个功能模块采取了开放式设计理念，可根据需要对数据库进行即时更新和增删改插等功能。例如，针对以水污染事故源快速处理处置、污染物迁移扩散过程控制、污染物就地快速消减、敏感目标保护、人员安全防护、应急供水等为主体的应急流程单元的实际需要，构建了基于应急流程单元的水体污染快速处理处置技术数据库。技术工具包提供针对各种特定污染物的应急处理措施和技术参数，主要包括的数据项有以下六项:特征污染物名称、启动的应急处理技术名称、所需设备、所需药剂、应急处理技术参数、人员配置。如果某一污染物具有新的应急处理技术，或出现了新的污染物种类，则可方便地编辑相关数据项信息以进一步丰富完善数据库信息。

就一个完善的数据库专家系统而言，需要有完整、科学、有效且快速的应急方案进行支撑，这对于快速、有效应对污染事件具有重要意义。例如，俄罗斯、美国和德国经过15年的研究，认为消除突发事故下较高浓度的二恶英和氯代二恶英吸附过滤是最有效的方法，美国环保局认为活性炭是去除水中有机污染物最安全有效的材料。对突发性水污染应急处置相关技术特性及其协同作用属性进行系统分析和归类，针对突发水污染应急处置单元技术，构建了一套评价指标体系和方法，能相对准确评价各种技术的适用条件、成熟度、处理处置效能和效果、经济成本等，实现了对单一技术综合评价以及对众多技术进行横向比较与优化筛选，并且利用此评价结果作为选择、衡量技术的依据，并实现对各应急单元的技术进行模块化系统集成。

5 饮用水突发性移动型风险源应急应对系统演示举例

系统首页展示某水厂全景图，如发生污染物事件会展示当前污染物事件信息。信息包括污染物名称，系统预判浓度，国标值，到厂时间，进厂实际浓度和出厂实际浓度。显示信息每分钟刷新一次。其中，系统预判浓度有报警闪烁功能，进厂实际浓度和出厂实际浓度需要水质检测人员填写后显示。

以污染物事件处理为例。

污染物事件发生后，系统提供满足生产调度需求并迎合用户操作习惯的半自动式处理方式。用户只需点击信息栏中闪烁的预判浓度值，系统就会提示如何操作，具体流程如下:

(1)通知相关人员

系统展示各级部门负责人的姓名，电话。通知完成点击下一步继续操作。

(2)选择处理预案

系统通过技术工具包的算法结合水厂生产线信息提供预案选择列表，罗列能处理污染物事件的所有处理预案，并标明是否可用。系统会根据优先级选择一个处理预案，同时说明理由。同样的不可用的处理预案，系统也会说明理由。选择预案后将进入下一步操作。

另外，系统为决策者提供了人工干预的功能。当决策者发现系统提供的预案有所偏差可以选择点击手动选择按钮。此时，系统会要求输入决策者的用户名密码验证身份，验证完成后预案列表将开放选择功能。

(3)生产工艺操作步骤

系统可展示生产工艺步骤，包括使用设备名称，投加药剂名称，投加药剂剂量，以及药品持续时间。同时，系统会弹出操作窗口，提示用户一步一步地完成生产工艺。操作窗口的显示信息包括设备状态，药剂名称，投加剂量，以及药品持续时间。用户按照显示的信息操作完成后，点击下一步可进入下一个步骤的操作。操作完成后，页面上展示图片会有所变化。当所有步骤都操作完成后，操作窗口将不再出现，点击返回退回系统首页。

(4)水厂其他信息

在完成生产工艺的同时，系统也提供水厂的其他图文信息给用户参考。如系统提供的水厂生产高程流程图如图4所示。

图4 供水厂生产高程流程图Fig．4 Elevation Flow Chart of Drinking Water Treatment Plant

此外，由于突发性污染事件的处理方案中，净水材料或药剂的投量相对较大，可能对沉淀、过滤等过程产生影响，系统还可以出缩短排泥周期、增大滤池反冲洗频率、增加滤池反冲洗强度等操作建议。

6 结论与展望

我国过去十年来进入突发性水环境污染事件的高发期，并对供水安全提出了重要挑战。如何积极应对突发性饮用水水源污染、保障饮用水安全成为我国面临的重大科技问题。围绕饮用水突发性移动型风险源，设计开发了饮用水突发性移动型风险源应急应对系统平台，并以此为基础，系统整合了水质监测预警、污染负荷削减、水厂强化净化等关键技术与典型污染事件的应急预案，并通过不同职能部门之间的分工协作，形成了以现有的各相关单位和部门信息系统为基础、以业务流程为指导、以应急决策指挥为目标的综合系统。

需要指出的是，本系统在应急处理处置方案的量化方面存在较大的改进空间。例如，工具包系统能够根据场景、应急能力(设备、物资、人力)和风险状况，筛选和优化组合出从源头封堵、过程控制、敏感目标保护的全过程应急技术方案，但不能给出具体的技术参数(封堵物资用量、过程控制加药量等)。今后应进一步结合生产实际与工程需求，进一步更新完善风险污染物去除关键技术并优化工艺参数，进一步整合不同部门之间的信息与数据资源，进一步加强生产、研发、管理、调度等不同职能的融合，逐渐形成科学、有效、快速的饮用水突发性污染事件应对系统平台。