城市供水系统风险评估体系研究与应用

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3.0 侯斌 2024-11-19 5 4 2.63MB 100 页 15积分
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摘 要
城市供水是国家高度重视的生命线工程。供水安全直接关系到人民群众的健
康和经济社会的可持续发展，因此做好城市供水安全的保障工作是落实科学发展
观的基本要求和构建和谐社会的重要组成部分。当前我国许多城市的供水系统设
计建造和维护运行管理均建立在正常的原水水质条件下，未涉及水源条件变化或
突发事故发生情况下的运行管理机制。因此对于城市多级屏障安全供水理念来
讲，我国现有的城市供水系统存在很大的安全隐患。
目前我国的供水系统管理多以经验为主，管理手段不尽科学合理。各个地区
由于经济、技术水平的差异，造成外界条件的变化导致供水水质的不稳定，供水
安全保障率低，并由此引发大量饮用水安全问题。因此建立一套科学合理的城市
供水系统风险评估体系对于我国城市供水系统有着很重要的意义，可以使现有供
水系统的事发控制或滞后控制变成超前控制，保证城市供水系统的安全运行。
本文主要基于以上目的，通过充分了解风险管理理论在城市供水系统的应用
现状，学习风险管理的理论知识，分析城市供水系统以及风险的特点，初步建立
了城市供水系统风险评估体系，并对建立的风险评估体系进行了实证研究。本文
的主要内容包括：
一、城市供水系统风险评估体系的构建。主要包括城市供水系统风险评估体
系的目标、范围和程序，城市供水系统风险识别，城市供水系统评估指标体系的
构建，城市供水系统风险分析和风险评价模型的构建等。在城市供水系统风险评
估体系建立的过程中主要采用了事故树分析法、层次分析法、半定量化风险矩阵、
模糊综合评价法、灰色聚类法和熵权值法。
二、城市供水系统风险评估体系的实证应用。利用建立的城市供水系统风险
评估体系对长春市供水系统制水子系统进行系统的风险识别，分析和评价最终确
定长春市供水系统制水子系统的风险等级。
三、长春市供水系统制水子系统风险源的应对措施。主要针对风险评估过程
中识别出的重要风险源进行详细分析并提出相应的应对措施。
关键词：供水系统 风险评估体系 风险识别 风险分析 风险评价
制水子系统
ABSTRACT
City water supply is a lifeline engineering by the country attached great
importance. Water safety is directly related to people's health and the sustainable
development of economy and society, so the city water supply security is the
implementation of scientific outlook on development is the basic requirement and an
important part of constructing harmonious society.
In the current the design construction and maintenance management of a lot of
city water supply system in our country are established under normal water condition,
but did not involve the operation management mechanism in the case that the water
conditions change or unexpected accident happening.
So to the city multi-level barrier water supply safety concept, our country's
existing city water supply system has the very big security hidden danger.
At present a lot of our country's water supply management systems depend on
the experience, and the management means is not very scientific and reasonable.
the difference of the economic, technical level of the various regions caused the
external conditions changing which led that changes in water quality is not stable,
water supply safety guarantee rate is low, and thus causes a lot of problem of safety of
drinking water.
Therefore it is of great importance for our urban water supply system to establish
a scientific and reasonable system which can evaluate the risk and realize the
anticipatory control rather than the incident control or hysteresis control. With this
system, the urban water supply system can function properly
In order to realize this objective, the paper mainly based on a full understanding
of the present application of risk management theory in city water supply system, the
studying of the risk management theory of knowledge and the analysis of urban water
supply system and its risk characteristics, established a risk assessment system of
urban water supply system, initially. Then the paper conducted an empirical study of
the establishment of risk evaluation system.
The main contents of the paper include:
First, the establishment of risk evaluation system in urban water supply system.
It mainly includes the target, scope and procedures of the risk assessment system.
Besides, the feature description, the risk identification, the establishment of the
evaluation index, risk analysis and the construction of risk evaluation model are also
included. I mainly use the method of fault tree analysis, analytic hierarchy process,
the semi-quantitative risk matrix, fuzzy comprehensive evaluation method and
entropy weight method in the urban water supply system risk evaluation system
establishment process.
Second, the application of risk evaluation system in urban water supply system.
Taking advantage of the established risk evaluation mechanism to Identify, analyze
and evaluate the preparation system of the water supply system of Changchun City, in
the finally determine the risk grade of the preparation system.
Third, the risk counter measures of the Water Preparation System of the urban
water supply system in Changchun. Analyzing the risk sources which are identified in
the process of risk assessment in detail and putting forward the measures accordingly.
Key Words：Water Supply System, Risk Assessment System, the Risk
Identification, the Risk Analysis, the Risk Evaluation, the Water
Preparation System
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论................................................................................................................. 1
§1.1 课题来源 ............................................................................................................. 1
§1.2 选题背景和意义 ................................................................................................. 1
§1.2.1 选题背景........................................................................................................ 1
§1.2.2 选题意义........................................................................................................ 2
§1.3 风险管理在城市供水系统中的国内外研究现状 ............................................. 3
§1.3.1 风险管理在城市供水系统中的国外研究现状............................................ 3
§1.3.2 风险管理在城市供水系统中的国内研究现状............................................ 5
§1.4 研究思路和研究方法 ......................................................................................... 7
§1.4.1 研究思路........................................................................................................ 7
§1.4.2 研究方法........................................................................................................ 7
§1.5 主要内容 ............................................................................................................. 7
第二章 城市供水系统风险评估体系的基础理论研究................................................. 9
§2.1 风险的基础理论 ................................................................................................. 9
§2.1.1 风险的定义.................................................................................................... 9
§2.1.2 风险与不确定性的区别................................................................................ 9
§2.1.3 风险的本质.................................................................................................... 9
§2.1.4 风险的属性与特征...................................................................................... 10
§2.2 风险评估的基础理论 ....................................................................................... 11
§2.2.1 风险评估的概念和流程.............................................................................. 11
§2.2.2 风险评估的理论方法.................................................................................. 12
§2.3 城市供水系统风险概述 ................................................................................... 14
§2.3.1 城市供水系统的概念.................................................................................. 14
§2.3.2 城市供水系统风险的定义.......................................................................... 15
§2.3.3 城市供水系统风险的分类.......................................................................... 15
§2.3.4 城市供水系统的风险特征.......................................................................... 15
第三章 城市供水系统风险评估体系的建立............................................................. 17
§3.1 城市供水系统风险评估的目标、范围和流程 ............................................... 17
§3.1.1 城市供水系统风险评估体系的目标.......................................................... 17
§3.1.2 城市供水系统风险评估体系的适用范围.................................................. 17
§3.1.3 城市供水系统风险评估体系的流程.......................................................... 17
§3.2 城市供水系统风险源识别 ............................................................................... 18
§3.2.1 城市供水系统特征描述.............................................................................. 18
§3.2.2 城市供水系统风险源调查.......................................................................... 19
§3.2.3 城市供水系统风险源识别.......................................................................... 22
§3.3 城市供水系统风险评估指标体系的构建 ....................................................... 26
§3.3.1 城市供水系统风险评估指标体系的构建原则.......................................... 26
§3.3.2 城市供水系统风险评估指标的构建.......................................................... 26
§3.4 城市供水系统风险分析和风险评价模型的建立 ........................................... 27
§3.4.1 常用的风险分析和风险评价方法.............................................................. 28
§3.4.2 城市供水系统风险分析和风险评价模型的选择...................................... 34
§3.4.3 熵权的相关理论.......................................................................................... 35
§3.4.4 城市供水系统风险分析和风险评价模型的构建...................................... 38
§3.5 本章小结 ........................................................................................................... 42
第四章 风险评估体系在长春市供水系统制水子系统的应用................................. 43
§4.1 长春市供水系统概况 ....................................................................................... 43
§4.2 长春市城市供水系统制水子系统风险源识别 ............................................... 43
§4.2.1 长春市城市供水系统制水子系统特征描述.............................................. 43
§4.2.2 长春市城市供水系统制水子系统风险源调查.......................................... 44
§4.2.3 长春市制水系统风险识别.......................................................................... 46
§4.3 城市供水系统风险分析、评价模型在长春市制水子系统中的应用 ........... 52
§4.4 长春市供水系统制水子系统的风险应对措施 ............................................... 73
第五章 总结和展望....................................................................................................... 76
§5.1 总结 ................................................................................................................... 76
§5.2 论文的创新点 ................................................................................................... 77
§5.3 展望 ................................................................................................................... 77
附录................................................................................................................................. 79
参考文献......................................................................................................................... 91
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果............................................. 96
致谢................................................................................................................................. 97
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题来源
本学位论文课题基于课题《城市供水系统风险评估与安全管理研究》，是国家
“十一五”水体污染控制与治理科技重大专项“饮用水安全保障技术研究与示范”
主题“饮用水安全保障管理技术体系研究与示范” 项目下的课题四。
§1.2 选题背景和意义
§1.2.1 选题背景
供水行业既是国民经济和社会发展的基础产业，又是公共事业。供水安全是
衡量城市现代化水平的一个重要标志，也是城市居民正常生活的基础保障。更在
一定程度上体现着国家的经济发达程度和科技技术水平[1]。近年来随着我国城市化
进程的快速发展，城镇用水人口的大幅度增加，城市供水系统规模也得到了空前
的发展。
据2009 年年底的相关统计数据，全国共有大中小城市 655 个，日供水能力为
2.66 亿立方米，供水总量为 500 亿多立方米，管道总长度为 48 万千米，城市用水
人口高达 3.5 亿多人，城市用水普及率为 94.7%[2]。虽然我国城市的供水能力很充
足，但是由于水源的地区性分布不均衡，近年来极端气候在某些城市的频繁出现，
导致目前我国的水资源短缺矛盾依然很突出。自然环境因素除外水资源的污染是
造成我国水资源短缺的另一个重要原因。2009 年我国的环境公报显示，全国地表
水污染很严重，七大水系总体为轻度污染；202 个城市的地下水受到不同程度的污
染，水质以良好-较差为主流。8个省（自治区、直辖市）641 口监测井中适合集中
式生活饮用水的水源只占 26.2%[3]。
除了水资源短缺以及污染严重的问题，我国城市供水系统还存在一些问题。
1.管网水质问题，一些学者对国内 24 个主要城市的供水管网进行研究，结果
发现地表水水厂出厂水的水质基本稳定的占 21%，腐蚀性的占 50%，轻微结垢的
占29%。地下水水厂出水水质基本稳定的占 50%，有腐蚀性的占 30%，轻微结垢
的占 30%[4]。
2.供水管网漏水是供水行业普遍存在的问题。长久以来，管网漏损率高一直是
制约供水企业发展的大问题，严重影响供水企业的经营与发展。研究发现，我国
一般城市自管网水漏损率达到 10%-30%，最高可达 40%造成了水资源的极大浪费，
使我国本来就紧缺的淡水资源陷于更加紧张的状态[5]。
城市供水系统风险评估体系研究与应用
2
3.水质检测能力较低。我国环境监测现在采用流域监测管理方法而非点源监
测，对一些流域比如淮河流域、太湖流域等进行了全流域统一监测，有利于掌握
全流域的水质状况。流域水环境监测工作目前依然存在省界断面和网络管理问题
等,由于流域覆盖面较广涉及到省界断面测定由谁负责的问题[6]。
4.二次供水极易造成二次污染
目前，大部分二次供水设施大部分采用混凝土水池，内壁粗糙，容易附着污
垢，孳生青苔，部分钢板水箱也存在严重锈蚀现象；多数管道容积大，滞留时间
长，余氯消除快；部分卫生防护差，工艺及管材不合格；普遍存在管理主体不明
确、管理要求不统一、管理措施不到位等情况，二次污染普遍存在[7]。
二次供水极易造成二次污染末梢水水质取决于水源地水质、净水处理工艺、
供水管网状态和二次供水设施及其管理等多种因素。目前， 我国末梢水水质总体
合格率偏低，突发性污染事件增多，饮用水引起的水性传染病时有发生[8]。导致末
梢水水质恶化的主要原因是管网老化破损及二次供水污染，而自建设施供水设施
简陋、管理薄弱，导致末梢水水质难以保证，存在水性传染病发生的隐患。
通过对以上问题分析可以发现我国城市供水系统的复杂化程度以及所处环境
的不确定因素的增多是导致问题发生的主要原因。而风险管理正是一门可以有效
地识别以上所说的不确定性因素即风险的学科。它可以根据所管理的对象采用合
适的风险分析方法对识别出的不确定因素进行详细的分析预测其可能的影响后
果，并采取合适的方法对其加以控制。因此深入了解学习风险管理的相关理论和
充分学习国外风险管理在城市供水系统的应用经验，建立一套系统的城市供水系
统风险评估体系改善城市供水系统的现状是我国城市供水系统发展过程中一个迫
切需要解决的关键问题。
§1.2.2 选题意义
城市供水系统是国家高度重视的生命线工程。供水安全直接关系到人民群众
的健康和经济社会的可持续发展，做好城市供水系统安全保障工作是落实我国科
学发展观的基本要求和构建和谐社会的重要组成部分。目前我国许多城市的供水
系统设计建造和维护运行管理均建立在正常的原水水质条件下，均未涉及水源条
件变化或突发事故的技术保障和管理机制。也正是这种管理上的漏缺导致我国的
城市供水系统存在着多种隐患。
建立城市供水系统风险评估体系可以为我国的城市供水系统的标准化、规范
化和科学化管理提供技术支持对提高国家、地方行业主管部门的监督管理水平，
全面保障我国城市供水的安全，实现节能降耗和可持续发展起到重要推动作用。
第一章 绪 论
3
城市供水系统风险评估体系在供水系统系统中的应用的重要意义主要包括：1.可以
使供水企业的安全管理变得更科学、更全面、更系统、更规范、更有针对性，从
而使供水系统的安全基础变得更加牢固；2.可以很大程度地提高供水行业的风险管
理意识，增强组织在复杂变换的环境中的生存和持续发展能力；3.有利于改善公司
的内部管理和公司治理，提高整个供水行业的运营效果和效率；4.有利于供水企业
实施主动、前瞻性的管理方式，积极地处理企业面对的机会和威胁；5.有利于供水
企业增强对事故的预防和处理能力，减少企业损失。
§1.3 风险管理在城市供水系统中的国内外研究现状
世界范围内对城市供水系统风险评估体系的理论研究较少，大部分国家目前
仍处于将风险管理的理论引入到城市供水系统的初级阶段。风险评估作为风险管
理理论的重要部分在城市供水系统中还没有得到系统的研究和应用。
§1.3.1 风险管理在城市供水系统中的国外研究现状
1.供水企业安全技术管理体系(TSM)
在1999-2000 年间，德国水气专业协会开发了一个广泛的、基于其规定的、用
于检查供气和供水企业安全技术管理的体系，并且在 2000 年8月公布。通过进行
体系评估，供水企业可以检查其管理系统以确保正常、高效的运行，同时通过中
立的德国水气专业协会的专家对管理系统进行客观的评估。TSM 充分应用了风险
管理的理论知识，在供水行业进行了具体应用，建立了完善的供水企业的风险评
估体系。
TSM 的风险管理框架主要依据《安全可靠的饮用水供应——正常运行模式下
的风险管理》(W1001)来进行开展，其适用范围主要是正常运行条件下的基础风险、
全过程的水供应管理。主要基于三个目标：健康目标；供应目标和美育目标。所
采用的原则为多障碍原则，如图 1-1 所示：
饮用水资源的持续保护
·监测
·保护区域
·与其他利益相关者合作
家庭安装
·选择与饮用水相关材料
·装置安装
·专业安装
饮用水生产
·取水
·水处理
·储水
·运输
·供应
符合技术指标
政府 水供应商 资产所有人
城市供水系统风险评估体系研究与应用
4
图1-1 供水过程中的多障碍原则
W1001 的风险管理过程如图 1-2 所示：
图1-2 基于风险，面向全过程管理的风险评估
在之后的两年半的实践里，对 TSM 的应用取得了非常明显的成就，得到了联
邦德国政府的大力支持。目前 TSM 风险评估体系，得以引进世界范围内的好多国
家，进行供水行业的风险评估，得到了很好的实践验证。
2.《水安全计划手册—供水企业分步实施的风险管理》(WSP)
世界卫生组织在饮用水水质准则中提出了《水安全计划手册-供水企业分步实
施的风险管理》，并且世界水协会的波恩(Bonn)安全饮用水宪章促进了水安全计划
的应用。水安全计划是一种综合性持续确保供水安全的最有效的方法，是对从水
源至用户的所有环节进行风险评估与风险管理的方法[9]。水安全计划是目前风险管
理在供水行业应用的一个很好的体现，它的目标是持续地确保饮用水供给的安全
性与可接受性。在本部手册中，针对供水行业的特点，运用风险管理的理论知识，
对整个供水系统，提出了明显的要求以及实施的方法。对每一个过程中应该注意
到的一些问题均作了一个很好的说明，是世界范围内的持续地确保供水安全的最
有效的方法，也是对从水源至用户的所有环节进行风险评估与风险管理的一个综
合性的方法。并且明确的提出了开展水安全计划工作的具体框架如图 1-3 所示：
通过水安全计划开展的模块可以看出在开展水安全计划的过程中，应该做的
主要工作以及工作的重心等。目前水安全计划在世界范围内得到了大范围的推广，
在我国的上海、深圳、太原等城市进行了实践。
描述供水系统
供水系统的评估
危险识别
风险评估
风险控制
在线监测
补救
核实供应安全
定
期
审
查
第一章 绪 论
5
反
馈
图1-3 水安全计划开展的工作框架图
从水安全计划开展的工作框架图中可以看出，系统评估是水安全计划开展的重要
内容。而系统评估中的主要内容即描述供水系统、确定危害及风险评估、确定与
确认控制措施，风险评估与风险再优化是风险管理中风险评估的主要内容。
§1.3.2 风险管理在城市供水系统中的国内研究现状
风险管理理论在我国城市供水系统的研究还处于初期阶段，目前还没有人开
展风险管理理论在城市供水系统中的系统的研究。截止目前，国内城市供水方面
只对安全方面这一特定领域进行了研究，如水质风险、二次供水、设备等，且多
数聚焦在理论方法的研究上。国内供水方面专家鲍士荣，张曙光[10]在水厂设备运
行系统风险评估方面作了初步探索；李洪兴，陶勇[11]等将 HACCP 体系引入供水管
理；刘道祥[12]将风险管理理论引入水资源系统，侧重点在于风险评估方法的研究；
准备
—初步行动，组建水安全计划开发团队（模块1）
系统评估
—描述供水系统（模块2）
—确定危害及风险评估（模块3）
—确定与确认控制措施，风险再评
估与风险再优化（模块4）
—开发、实施及维护改进/升级计划（模块5）
运行监控
—定义控制措施（模块6）
—确认水安全计划的有效性（模块7）
（系统能满足以健康为基础的目标吗？）
升级
重要系
统修正
的必要
投资
（模块
5）
管理和交流
—准备管理程序（模块8）
—开发支持性项目（模块9）
事故
（应急情况）
事故
后修
改水
安全
计划
（模
块11）
计划与
进行阶
段性的
水安全
计划检
查（模
块10）
摘要：

摘要城市供水是国家高度重视的生命线工程。供水安全直接关系到人民群众的健康和经济社会的可持续发展，因此做好城市供水安全的保障工作是落实科学发展观的基本要求和构建和谐社会的重要组成部分。当前我国许多城市的供水系统设计建造和维护运行管理均建立在正常的原水水质条件下，未涉及水源条件变化或突发事故发生情况下的运行管理机制。因此对于城市多级屏障安全供水理念来讲，我国现有的城市供水系统存在很大的安全隐患。目前我国的供水系统管理多以经验为主，管理手段不尽科学合理。各个地区由于经济、技术水平的差异，造成外界条件的变化导致供水水质的不稳定，供水安全保障率低，并由此引发大量饮用水安全问题。因此建立一套科学合理的城市...

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