CN105976086A - 输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，该方法首先基于突发水污染事件信息，采用DPSIR模型评价事件对输水工程的整体影响，并判定事件风险等级，形成第一级预警；在此基础上，利用污染物特征参数快速预测公式预判事件对输水目标断面的影响，形成第二级预警。最后，基于预警信息，提出由应急调控方案、分段供水方案和处置后水体分质供水方案组成的输水工程突发水污染事件应急预案。采用本发明预警预案方法形成的预警预案可提高输水工程应对突发水污染事件的能力，并可为安全高效输水提供技术支持，具有广阔的实用前景。

Description

输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法

技术领域

本发明涉及输水工程的突发水污染事件的预警与预案生成方法，具体涉及针对输水工程突发水污染事件的两级预警，以及包括应急调控方案、分段供水方案和分质供水方案在内的应急响应预案生成方法。

背景技术

输水水质安全是输水工程发挥效益的重要保障。输水工程突发水污染事件具有发生突然、突发途径多、污染物种类复杂、影响输水保证率及航运等特征，在突发水污染事件下，输水工程由于其河网连通复杂等原因而致使污染水体控制难度较大。目前，我国针对天然河道的突发水污染事件预测及预警研究较多，而针对输水工程突发水污染事件的风险评价、输水目标断面预警的研究较少；同时，现有应急预案研究主要关注制度管理层面的内容，缺乏能够指导具体应急响应操作的预案。因此，研究适用于输水工程的科学、合理的预警预案体系，能够提升输水工程突发水污染事件中的组织抢险和快速应急能力，极大程度的控制突发污染范围，降低突发污染事件对人体、环境和经济社会的不利影响，保障输水工程发挥经济和社会效益。

应急预案又称为应急计划，是针对突发或潜在突发事件而提出的及时、有效、完整的应急与救援行动，以期减小突发污染事件对人员、环境及社会经济的不利影响。完整且合理的应急预案应综合考虑污染源和污染受体的特性，提出可指导具体操作的应急响应措施。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于，突发水污染事件预警指标单一且没有形成适用于输水工程的预警方法，并未综合考虑事件对输水工程及输水目标断面的影响；同时，现有应急响应措施的生成方法针对性较差、且主要为宏观制度层面的管理方案，难以快速合理的制定出可指导决策者操作的应急预案；基于此，本发明提供了一种输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法。该方法将突发水污染事件风险评价、污染过程预测、应急调控、分段供水与分质供水技术相结合，构建一套完整的输水工程突发水污染事件预警预案体系，有助于提高预警预案的科学性、有效性和合理性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，主要包括：

步骤一、第一级预警：基于DPSIR模型，结合输水工程特性，提出5项主题层因子和15项风险评价指标，构建突发水污染事件风险评价指标体系，确定风险等级标准，并提出风险评价指标计算模型和标准，结合专家打分得到各指标权重，采用综合评价法确定突发水污染事件风险等级，从而做出整体风险等级初判，指导应急组织机构协调联动；

步骤二、第二级预警：建立基于输水目标断面的预警指标计算模型，进行输水目标断面的预警，包括当前事件下输水目标断面水质的污染物浓度超标的倍数、水污染事件影响持续时间，以及在保证输水目标断面水质不受污染事件影响下的应急响应时间；

步骤三、应急预案生成：根据输水工程特性，提出突发水污染事件应急预案，包括：包括：应急调控方案分段供水方案和处置后水体的分质供水方案。

步骤一的第一级预警内容如下：

(1)构建风险评价指标体系：基于DPSIR模型并结合输水工程特性，构建突发水污染事件风险评价指标体系，包括下述5项主题层因子下的风险评价指标：

1-1)驱动力因子是指突发水污染事件的污染途径，包括：船舶倾覆I1-1、路桥车辆侧翻I1-2、区间污染汇入I1-3是指区间侧向工业企业污染物汇入、上级污染汇入I1-4是指来自输水河渠上游段的高浓度污水短时间内集中下泄；

1-2)压力因子是指突发水污染事件特性，包括污染源类型I2、污染源量级I3和距输水河渠距离I4，所述污染源量级I3包括漂浮油类I3-1和可溶污染I3-2，所述距输水河渠距离I4是指污染源距输水干渠的横向距离；

1-3)状态因子是指污染受体在事故下所处的状态，包括突发水污染事件下输水水量保证率I5、输水水质I6、闸泵工程I7以及河段敏感性I8；

1-4)影响因子是指污染受体在压力作用下受到的影响，包括突发水污染事件的暴露人口数量I9、社会经济影响I10、水环境和水生态影响I11；

1-5)响应因子是指为应对突发水污染事件时的安全响应对策，包括安全管理制度I12、设备水平及人员素质等级I13和应急预案I14；

(2)确定风险评价指标体系的分级标准：

2-1)风险等级分级标准，将输水工程突发水污染事件风险等级划分为四级，分别为：特别重大突发水污染事件Ⅰ、重大突发水污染事件Ⅱ、较大突发水污染事件Ⅲ和一般突发水污染事件Ⅳ，风险值分别为[0.75,1.0]，[0.5,0.75]，[0.25,0.5]，[0,0.25)；

2-2)指标体系的分级标准，包括：

船舶倾覆I1-1：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；

路桥车辆侧翻I1-2：＞20，[10,20]，[5,10]，[2,5]，单位：吨；

区间污染汇入I1-3：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：吨；

上级污染汇入I1-4：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；

污染源类型I2：＜0.0001，[0.0001,0.05]，[0.05,0.1]，[0.1,1]，单位：mg/L；

漂浮油类I3-1：＞1000，[100,1000]，[10,100]，[1,10]；

可溶污染I3-2：＞10，[5,10]，[2,5]，[1,2]；

距输水河渠距离I4：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

输水水量保证率I5：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；

输水水质I6：＞5，[4,5]，[3,4]，[2,3]；

闸泵工程I7：[80,100]，[50,80]，[20,50]，[0,20]，单位：％；

河道敏感性I8：＞0.01，[0.008,0.01]，[0.005,0.001],[0.008,0.005]

暴露人口数量I9：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；

社会经济影响I10：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：百万；

水环境和生态影响I11：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

安全管理制度I12：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

设备水平及人员素质I13：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

事故应急预案I14：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

(3)风险评价指标的计算模型

3-1)突发水污染事件的污染途径指标即船舶倾覆I1-1、路桥车辆侧翻I1-2、区间污染汇入I1-3和上级污染汇入I1-4的指标值由具体突发水污染事件信息确定；所述突发水污染事件信息的来源至少包括在线监测、现场汇报和巡测；

3-2)突发污染源类型按照《地表水环境质量标准-GB3838-2002》Ⅲ类标准中该污染物的允许浓度值确定；

3-3)不同类型污染物在不同污染途径下的污染源量级不同，计算公式为：

①突发漂浮油类突发污染源量级计算方法为：

$I_{3-oil}=\frac{A_{oil}}{A_{water-suf}}---\left(1\right)$

式(1)中：A_oil为突发水污染事件下溢油污染能够形成的最大油膜面积，单位：m²，计算中，油膜厚度可取0.001m或根据静水油膜试验测定；A_water-suf为事故河段水体表面面积，单位：m²；

②船舶倾覆、桥梁车辆侧翻情景下，突发可溶性水污染事件污染源量级计算方法：

$I_{3-sol-s-c}=\frac{{10}^{6}M}{V_t}/C_t---\left(2\right)$

式(2)中：M为突发水污染事件污染总量，单位：g；V_t为事故河段水量，单位：m³；C_t为事故所处河段指标污染物在正常调水时的浓度，单位：mg/L；

③可溶污染物区间汇入污染源量级：

$I_{3-sol-l}=\frac{VC+V_L{C}_L}{V+V_L}---\left(3\right)$

式(3)中：V为事故段水量，单位：m³；C为事故段中污染物的本底浓度，单位：mg/L；V_L为侧向入流污水量，单位：m³；C_L为侧向入流污水中污染物的浓度，单位：mg/L；

④上级积蓄高浓度污水短时内汇入量级为：

$I_{3-sol-up}=\frac{VC+Q_u{\mathrm{\ΔtC}}_u}{V+Q_u\mathrm{\Δ}t}---\left(4\right)$

式(4)中：Q_u为进入下级输水河渠的上级污水来流量，m³/s；Δt为上级污水来流持续时间，s；C_u为上级污水中的污染物浓度，单位：mg/L；

3-4)突发污染距输水干渠横向距离为：

I₄＝1-L_t (5)

式(5)中：L_t为突发污染事故位置距输水干渠的横向距离，km，突发污染事件对输水干渠影响的有效距离L_t≤1km；

3-5)输水水量保证率计算公式：

$I_5=1-\frac{Q_t}{Q_d}---\left(6\right)$

式(6)中：Q_t为突发污染事件下输水河渠中的可调水量，m³/s；Q_d为输水工程正常运行时的总调水量，m³/s；

3-6)输水水质指标计算方法：

$I_6=\frac{{10}^{6}M}{V_t}---\left(7\right)$

式(7)中，I₆为事故河段中污染物浓度值，将I₆与《地表水环境质量标准-GB3838-2002》中该污染物的水质等级进行对比，得到I₆值；当I₆≥C₅时，I₆＝5；当C₄≤I₆＜C₅时，I₆＝4；当C₃≤I₆＜C₄时，I₆＝3；当C₂≤I₆＜C₃时，I₆＝2；当I₆＜C₂时，I₆＝1；其中，C₅,C₄,C₃,C₂分别为地表水Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ和Ⅱ类标准时该污染物的浓度；

3-7)闸泵工程指标计算方法为：

$I_7=\frac{{\mathrm{NPP}}_t}{NPP}---\left(8\right)$

式(8)中：NPP_t为由突发污染事件事故段闸泵关停而起其他段闸门和泵站参与应急调控的闸泵总数；NPP为输水工程沿线的闸泵总数；

3-8)河段敏感性指标计算公式为：

$I_8=S=\frac{dH}{dQ}\frac{Q_0}{H_0}---\left(9\right)$

式(9)中：S为河道敏感性指标；Q₀和H₀为输水工程正常运行状态下事故段河道的下游闸前水位和入流流量，单位分别为m和m³/s；dH/dQ为河道下游闸前水位随入流流量的变化率；

3-9)暴露人口数量公式如下：

$I_9=\frac{{\mathrm{NP}}_t}{NP}---\left(10\right)$

式(10)中：NP_t为突发污染事件下的暴露人口数量；NP为输水工程沿线受益人口总数；

3-10)社会经济影响计算公式为：

I₁₀＝L_w+L_s+L_aq+L_ec+L_et (11)

式中：L_w,L_s,L_aq,L_ec,L_et分别为供水、航运、水产养殖、闸泵应急调控成本和水利风景区门票损失，万元；

3-11)水环境和水生态影响包括两个方面，计算公式如下：

I₁₁＝0.5(1-R)+0.5R_t (12)

式(12)中：R为生态环境系数，R＝1/(1+e^(3-1/En))，En为突发污染事件所在区域的恩格尔系数；R_t为事故段所处功能区对水环境和水生态的影响值，在源头水保护区、国家自然保护区，R_t＝1.0；在集中式生活饮用水地表水源地保护区，R_t＝0.8；在工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，R_t＝0.4；在农业用水区及一般景观要求水域，R_t＝0.1；

3-12)安全管理制度包括安全标识设置、安全培训教育、安全责任落实与监督检查、安全奖惩制度，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{12}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{12}}{100}---\left(13\right)$

式(13)中：score₁₂为安全制度得分；

3-13)设备水平和人员素质包括设备水平达标和人员素质达标两项；其中，设备水平若达到生产工艺要求，则为40分，不合格记为0分；人员素质达标可依据操作人员是否持证上岗而确定指标值，经考核合格后持证上岗，则得60分，不合格则记为0分；计算公式如下：

$I_{13}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{13}}{100}---\left(14\right)$

式(14)中：score₁₃为设备水平和人员素质得分；

3-14)应急预案包括联动方案、处置方案、保障方案、预案宣传演习四个方面，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{14}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{14}}{100}---\left(15\right)$

式(15)中：score₁₄为应急预案得分；

(4)指标体系权重

采用1-9刻度法并结合DPSIR的层次结构模型，获得指标I_i(i＝1～14)的权重W_T-I-ij(i,j＝1～14)；

(5)突发水污染事件风险等级综合评价

$R_s=\underset{i,j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{T-I-ij}\×I_i---\left(16\right)$

式(16)中：R_s为突发水污染事件风险等级计算值；W_T-I-ij(i,j＝1～14)为各指标权重；I_i(i＝1～14)为各指标计算值，根据步骤二确定的风险等级分级标准确定本次评价的突发水污染事件的等级。

步骤二的第二级预警中指标计算方法如下：

(1)污染物浓度超标的倍数

根据突发水污染事件所在河段、污染源类型和污染源量级以及输水目标断面位置，计算在正常输水情况下因突发水污染事件而致使输水目标断面污染物浓度超标的倍数，所述输水目标断面位置至少包括水质监测断面位置、水厂进水口位置和沿线取水口位置；计算公式如下：

式(17)中：C_s为输水断面水质标准，不同类型污染物的C_s根据《地表水环境质量标准GB3838-2008》确定，mg/L；C_max为突发污染到达输水目标断面的峰值浓度，mg/L，C_max的计算公式为：

$C_{max}=\frac{Mv}{Q\sqrt{4{\mathrm{\πD}}_L{t}_{\max }}}---\left(18\right)$

式(18)中：M为突发污染总量，单位：g；v为正常输水时河渠流速，单位：m/s；Q为正常输水时河渠流量，单位：m³/s；D_L为河渠纵向离散系数，m²/s；t_max为可溶污染物浓度的峰值位置或漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间，s；其中，可溶污染物浓度的峰值到达输水目标断面的时间为t_max-s＝L_pd/v，s；漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间为t_max-oil＝L_pd/1.15v，s；L_pd为突发污染位置距离输水目标断面的距离，m；

当或通过巡测和现场报告确定存在漂浮油类污染时，则需进一步计算应急响应时间t_R和突发水污染事件影响的持续时间t_c两个预警指标；

(2)应急响应时间t_R

应急响应时间t_R为突发水污染事件发生后，下游输水目标断面为保证其正常运行下的水质要求而启动应急措施的最晚时间，单位：s；

$\mathrm{\α}\·{\mathrm{vt}}_R+\frac{1}{2}{W}_{t_R}\≤L_{pd}---\left(19\right)$

式(19)中：α为输移系数，当污染物为可溶污染物时，α＝1，当污染物为漂浮油类污染时，α＝1.15；为应急响应时间t_R时刻下污染物纵向长度，m；

可溶污染物纵向长度W_tR-s：

$W_{tR-s}=7.96M_s^{0.0565}\sqrt{2D_L{t}_R}---\left(20\right)$

漂浮油类污染物纵向长度W_tR-oil：

$\frac{{\mathrm{dW}}_{t_R-oil}}{{\mathrm{dt}}_R}=0.5v---\left(21\right)$

式(20)和式(21)中：M_s为突发污染总量标准化值，M_s＝M'/10，M'为突发污染总量，由现场人员汇报和巡测估算得到，t；

(3)突发水污染事件影响的持续时间t_c

突发水污染事件影响的持续时间为污染物纵向长度通过输水目标断面的持续时间，计算公式为：

t_c＝W_tR/v (22)

式(22)中：W_tR为在不采取调控措施下，可溶污染物峰值或漂浮油类污染物油膜中心点到达输水目标断面时的纵向长度，m。

步骤三中，应急预案反映输水工程应对突发水污染事件的特性，应急预案中指标及其计算方法为：

(1)应急调控方案的指标及其计算：

1)泵站和闸门的关停历时t_C；

t_PC≥t_a (23)

t_GC≥2t_ww (24)

式(23)和式(24)中：t_PC,t_GC分别为泵站和闸门的关停历时，s；t_a为泵站允许关停时长，s；t_ww为河渠内的水波传播时间，s；

2)闸泵最晚启停时间t_CL；

t_CL＝t_R (25)

式(25)中：t_R为应急响应时间，s；

3)闸泵关停河段N_c；

当t_CL≥t_GC时，N_c＝N_PS； (26)

当t_CL＜t_GC时，N_c＝N_PS+1； (27)

式(26)和式(27)中：N_PS为突发污染事故渠段；N_PS+1为突发污染事故下游河段；

(2)分段供水方案的指标及其计算：

1)替代输水线路N_S；

结合沿线调蓄湖库提出应急调控下可行的替代输水线路；

2)应急供水时长t_S；

应急供水时长为闸泵调控下，根据替代输水线路沿线湖库和下游河渠的水量存蓄能力，结合闸泵抽调能力提出的可应急供水的时长；

①单线输水干渠

$t_{S-1}=\underset{i=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{hs-i}/Q_{out}---\left(28\right)$

式(28)中：i为突发污染所处河段；t_S-1为单线输水工程的应急供水时长，s；V_hs-i为河段内可应急供水存蓄量，m³；Q_out为水位变幅满足水力安全时的输水干渠最下游河段的出口流量，m³/s；

②沿线存在调蓄湖库的输水干线

t_S-2＝V_as/(Q_out-p-Q_in-p) (29)

式(29)中：t_S-2为沿线湖库的应急供水时长，s；V_as为调蓄库容，m³，当湖库下游泵站正常运行时的前池平均水位大于调蓄湖库死水位，则取调蓄湖库正常蓄水位与前池平均水位之间的库容；当下游连通泵站正常运行时前池平均水位小于调蓄湖库死水位，则取蓄湖库兴利库容；Q_out-p和Q_in-p分别为连接调蓄湖库出流和入流的泵站流量，m³/s；

(3)分质供水方案的指标及其计算：

1)分质供水线路N_DS；

根据突发污染事件应急调控下的污染段位置及河渠的水系连通情况确定；

2)分质供水总量V_S；

$V_S=L_S\stackrel{\‾}{A_S}---\left(30\right)$

式(30)中：L_S为污染河渠的河长，m；为污染河渠的平均过流面积，m²；

3)分质供水时长t_S-out；

t_S-out＝V_S/Q_out (31)

式(31)中：Q_out为退水闸过闸流量，m³/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明充分结合输水工程特性，提出科学合理的预警预案生成方法，对应急响应措施的实施具有重要指导意义，能够提升输水工程的应急响应能力，确保输水水量水质安全。

附图说明

图1为本发明输水工程突发水污染事件的预警及预案体系；

图2为本发明中输水工程突发水污染事件风险评价框图；

图3为本发明中输水工程突发水污染事件应急预案示意图；

图4为本发明中输水工程分质供水方案框图；

图5(a)为本发明研究材料中洪泽湖水位库容曲线；

图5(b)为本发明研究材料中骆马湖水位库容曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，主要是包括两级预警和预案的生成，采用DPSIR模型评价事件对输水工程的整体影响，判定事件的风险等级，从而形成第一级预警；在此基础上，利用污染物特征参数快速预测公式预判事件对输水目标断面的影响，从而形成第二级预警；基于预警信息，提出由应急调控方案、分段供水方案和处置后水体分质供水方案组成的输水工程突发水污染事件应急预案。是通过以下步骤实现的：

步骤一、第一级预警，即风险等级的确定：包括

如图2所示，基于DPSIR模型，结合输水工程特性，提出5项主题层因子和15项风险评价指标，构建突发水污染事件风险评价指标体系，确定风险等级标准，并提出风险评价指标计算模型和标准，结合专家打分得到各指标权重，采用综合评价法确定突发水污染事件风险等级，从而做出整体风险等级初判，为应急组织机构的协调联动提供决策支持。

步骤二、第二级预警，即预警指标计算：提出基于输水目标断面的预警指标计算模型，进行输水目标断面的预警，包括当前事件下输水目标断面水质的污染物浓度超标的倍数，得出在保证输水目标断面水质不受污染事件影响下的应急响应时间和水污染事件影响持续时间。

步骤三、应急预案的生成：如图3所示，根据输水工程特性，提出突发水污染事件应急预案，包括：应急调控方案、分段供水方案和处置后水体的分质供水方案。

如图2所示，步骤一的风险等级确定方法为：

(1)构建风险评价指标体系

通过巡查和现场报告，获取输水工程突发水污染事件的基本信息，根据DPSIR模型，结合输水工程特性，提出5项主题层因子和15项风险评价指标，构建突发水污染事件风险评价指标体系，准则层和主题层因子及其对应的细化指标如下：

1)驱动力因子为突发事件的污染途径，结合输水干线潜在风险源类型，从空间上提出四类突发污染途径，分别为：与水体直接接触的船舶倾覆、立交的路桥车辆侧翻、来自上游的高浓度污水短时间内集中下泄、区间侧向工业企业污染物汇入；

2)压力因子为突发水污染事件特性，包括污染源类型、污染源量级以及污染源距输水干渠的垂直距离；

3)状态因子为污染受体在事故下所处的状态，包括突发水污染事件下输水水量保证率、输水水质、闸泵工程的级别和数量以及事故河段的敏感性；

4)影响因子为污染受体在压力作用下的所受影响，包括突发水污染事件暴露人口数量、社会经济影响和水环境和水生态影响。除上述三种影响之外，在风险评价中还可以考虑突发事件对人体心理和身体上产生的其他潜在影响；

5)响应因子为应对突发水污染事件时的安全响应对策，包括针对该类事件是否有安全管理制度、设备水平及人员素质等级和有无应急预案。

(2)指标体系分级标准确定

1)风险等级分级标准

输水工程突发水污染事件风险等级共划分为四级，分别为：特别重大突发水污染事件(Ⅰ)、重大突发水污染事件(Ⅱ)、较大突发水污染事件(Ⅲ)和一般突发水污染事件(Ⅳ)，风险值分别为[0.75,1.0]，[0.5,0.75]，[0.25,0.5]，[0,0.25]。

2)指标体系的分级标准

指标体系的分级标准如表1：

表1 输水工程突发水污染事件风险等级评价指标分级标准

(3)风险评价指标的计算模型

1)突发水污染事件的污染途径指标即船舶倾覆I1-1、路桥车辆侧翻I1-2、区间污染汇入I1-3和上级污染汇入I1-4的指标值由具体突发水污染事件信息确定；所述突发水污染事件信息的来源至少包括在线监测、现场汇报和巡测；

2)突发污染源类型按照《地表水环境质量标准-GB3838-2002》Ⅲ类标准中该污染物的允许浓度值确定；

3)不同类型污染物在不同污染途径下的污染源量级不同，计算公式为：

①突发漂浮油类突发污染源量级计算方法为：

$I_{3-oil}=\frac{A_{oil}}{A_{water-suf}}---\left(1\right)$

式中：A_oil为突发水污染事件下溢油污染能够形成的最大油膜面积，单位：m²，计算中，油膜厚度可取0.001m或根据静水油膜试验测定；A_water-suf为事故河段水体表面面积，单位：m²；

②船舶倾覆、桥梁车辆侧翻情景下，突发可溶性水污染事件污染源量级计算方法：

$I_{3-sol-s-c}=\frac{{10}^{6}M}{V_t}/C_t---\left(2\right)$

式中：M为突发水污染事件污染总量，单位：g；V_t为事故河段水量，单位：m³；C_t为事故所处河段指标污染物在正常调水时的浓度，单位：mg/L；

③可溶污染物区间汇入污染源量级：

$I_{3-sol-l}=\frac{VC+V_L{C}_L}{V+V_L}---\left(3\right)$

式中：V为事故段水量，单位：m³；C为事故段中污染物的本底浓度，单位：mg/L；V_L为侧向入流污水量，单位：m³；C_L为侧向入流污水中污染物的浓度，单位：mg/L；

④上级积蓄高浓度污水短时内汇入量级为：

$I_{3-sol-up}=\frac{VC+Q_u{\mathrm{\ΔtC}}_u}{V+Q_u\mathrm{\Δ}t}---\left(4\right)$

式中：Q_u为进入下级输水河渠的上级污水来流量，m³/s；Δt为上级污水来流持续时间，s；C_u为上级污水中的污染物浓度，单位：mg/L；

4)突发污染距输水干渠横向距离为：

I₄＝1-L_t (5)

式中：L_t为突发污染事故位置距输水干渠的横向距离，km，突发污染事件对输水干渠影响的有效距离L_t≤1km；

5)输水水量保证率计算公式：

$I_5=1-\frac{Q_t}{Q_d}---\left(6\right)$

式中：Q_t为突发污染事件下输水河渠中的可调水量，m³/s；Q_d为输水工程正常运行时的总调水量，m³/s；

6)输水水质指标计算方法：

$I_6=\frac{{10}^{6}M}{V_t}---\left(7\right)$

式中，I₆为事故河段中污染物浓度值，将I₆与《地表水环境质量标准-GB3838-2002》中该污染物的水质等级进行对比，得到I₆值；当I₆≥C₅时，I₆＝5；当C₄≤I₆＜C₅时，I₆＝4；当C₃≤I₆＜C₄时，I₆＝3；当C₂≤I₆＜C₃时，I₆＝2；当I₆＜C₂时，I₆＝1；其中，C₅,C₄,C₃,C₂分别为地表水Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ和Ⅱ类标准时该污染物的浓度；

7)闸泵工程指标计算方法为：

$I_7=\frac{{\mathrm{NPP}}_t}{NPP}---\left(8\right)$

式中：NPP_t为由突发污染事件事故段闸泵关停而起其他段闸门和泵站参与应急调控的闸泵总数；NPP为输水工程沿线的闸泵总数；

8)河段敏感性指标计算公式为：

$I_8=S=\frac{dH}{dQ}\frac{Q_0}{H_0}---\left(9\right)$

式中：S为河道敏感性指标；Q₀和H₀为输水工程正常运行状态下事故段河道的下游闸前水位和入流流量，单位分别为m和m³/s；dH/dQ为河道下游闸前水位随入流流量的变化率；

9)暴露人口数量公式如下：

$I_9=\frac{{\mathrm{NP}}_t}{NP}---\left(10\right)$

式中：NP_t为突发污染事件下的暴露人口数量；NP为输水工程沿线受益人口总数；

10)社会经济影响计算公式为：

I₁₀＝L_w+L_s+L_aq+L_ec+L_et (11)

式中：L_w,L_s,L_aq,L_ec,L_et分别为供水、航运、水产养殖、闸泵应急调控成本和水利风景区门票损失，万元；

11)水环境和水生态影响包括两个方面，计算公式如下：

I₁₁＝0.5(1-R)+0.5R_t (12)

式中：R为生态环境系数，R＝1/(1+e^(3-1/En))，En为突发污染事件所在区域的恩格尔系数；R_t为事故段所处功能区对水环境和水生态的影响值，在源头水保护区、国家自然保护区，R_t＝1.0；在集中式生活饮用水地表水源地保护区，R_t＝0.8；在工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，R_t＝0.4；在农业用水区及一般景观要求水域，R_t＝0.1；

12)安全管理制度包括安全标识设置、安全培训教育、安全责任落实与监督检查、安全奖惩制度，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{12}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{12}}{100}---\left(13\right)$

式中：score₁₂为安全制度得分；

13)设备水平和人员素质包括设备水平达标和人员素质达标两项；其中，设备水平若达到生产工艺要求，则为40分，不合格记为0分；人员素质达标可依据操作人员是否持证上岗而确定指标值，经考核合格后持证上岗，则得60分，不合格则记为0分；计算公式如下：

$I_{13}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{13}}{100}---\left(14\right)$

式中：score₁₃为设备水平和人员素质得分；

14)应急预案包括联动方案、处置方案、保障方案、预案宣传演习四个方面，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{14}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{14}}{100}---\left(15\right)$

式中：score₁₄为应急预案得分；

(4)指标体系权重

采用1-9刻度法，建立结合DPSIR的层次结构模型，根据专家打分获得指标I_i(i＝1～15)的权重，分别为：I₁＝0.044，I₂＝0.169，I₃＝0.045，I₄＝0.019，I₅＝0.149，I₆＝0.090，I₇＝0.025，I₈＝0.048，I₉＝0.154，I₁₀＝0.118，I₁₁＝0.041，I₁₂＝0.022，I₁₃＝0.033，I₁₄＝0.029，I₁₅＝0.012。

(5)突发水污染事件风险等级综合评价

$R_s=\underset{i,j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{T-I-ij}\×I_i---\left(16\right)$

式中：R_s为突发水污染事件风险等级计算值；W_T-I-ij(i,j＝1～15)为各指标权重；I_i(i＝1～15)为各指标计算值，根据步骤二确定的风险等级分级标准确定本次评价的突发水污染事件的等级。

步骤二的预警指标计算方法包括：

(1)污染超标倍数

根据突发水污染事件所在河段、污染源类型和污染源量级以及输水目标断面(至少包括水质监测断面、水厂进水口和沿线取水口)位置，计算在正常输水情况下因突发水污染事件而致使输水目标断面污染物浓度超标的倍数，计算公式如下：

式中：C_s为输水断面水质标准，不同类型污染物的C_s根据《地表水环境质量标准GB3838-2008》确定，mg/L；C_max为突发污染到达输水目标断面的峰值浓度，mg/L，C_max的计算公式为：

$C_{max}=\frac{Mv}{Q\sqrt{4{\mathrm{\πD}}_L{t}_{\max }}}---\left(18\right)$

式中：M为突发污染总量，单位：g；v为正常输水时河渠流速，单位：m/s；Q为正常输水时河渠流量，单位：m³/s；D_L为河渠纵向离散系数，m²/s；t_max为可溶污染物浓度的峰值位置或漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间，s；其中，可溶污染物浓度的峰值到达输水目标断面的时间为t_max-s＝L_pd/v，s；漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间为t_max-oil＝L_pd/1.15v，s；L_pd为突发污染位置距离输水目标断面的距离，m；

当或通过巡测和现场报告确定存在漂浮油类污染时，则需进一步计算应急响应时间t_R和突发水污染事件影响的持续时间t_c两个预警指标；

(2)应急响应时间t_R

应急响应时间t_R为突发水污染事件发生后，下游输水目标断面为保证其正常运行下的水质要求而启动应急措施的最晚时间，单位：s；

$\mathrm{\α}\·{\mathrm{vt}}_R+\frac{1}{2}{W}_{t_R}\≤L_{pd}---\left(19\right)$

式中：α为输移系数，当污染物为可溶污染物时，α＝1，当污染物为漂浮油类污染时，α＝1.15；为应急响应时间t_R时刻下污染物纵向长度，m；

可溶污染物纵向长度W_tR-s：

$W_{tR-s}=7.96M_s^{0.0565}\sqrt{2D_L{t}_R}---\left(20\right)$

漂浮油类污染物纵向长度W_tR-oil：

$\frac{{\mathrm{dW}}_{t_R-oil}}{{\mathrm{dt}}_R}=0.5v---\left(21\right)$

式中：M_s为突发污染总量标准化值，M_s＝M'/10，M'为突发污染总量，可由现场人员汇报和巡测估算得到，t；

(3)突发水污染事件影响的持续时间t_c

突发水污染事件影响的持续时间为污染物纵向长度通过输水目标断面的持续时间，计算公式为：

t_c＝W_tR/v (22)

式中：W_tR为在不采取调控措施下，可溶污染物峰值或漂浮油类污染物油膜中心点到达输水目标断面时的纵向长度，m。

如图3所示，步骤三的预案组成充分反映了输水工程应对突发水污染事件的特性，包括应急调控方案、结合沿线调蓄湖库的分段供水方案和处置后水体的分质供水方案。具体应急预案指标计算方法为：

(1)应急调控方案的指标及其计算：

1)泵站和闸门的关停历时t_C。

t_PC≥t_a (23)

t_GC≥2t_ww (24)

式中：t_PC,t_GC分别为泵站和闸门的关停历时，s；t_a为泵站允许关停时长，s；t_ww为河渠内的水波传播时间，s。

2)闸泵最晚启停时间t_CL。

t_CL＝t_R (25)

式中：t_R为应急响应时间，s。

3)闸泵关停河段N_c。

当t_CL≥t_GC时，N_c＝N_PS； (26)

当t_CL＜t_GC时，N_c＝N_PS+1； (27)

式中：N_PS为突发污染事故渠段；N_PS+1为突发污染事故下游河段。

(2)分段供水方案的指标及其计算：

1)替代输水线路N_S。

结合沿线调蓄湖库提出应急调控下可行的替代输水线路。

2)应急供水时长t_S。

应急供水时长为闸泵调控下，根据替代输水线路沿线湖库和下游河渠的水量存蓄能力，结合闸泵抽调能力提出的可应急供水的时长。

①单线输水干渠

$t_{S-1}=\underset{i=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{hs-i}/Q_{out}---\left(28\right)$

式中：i为突发污染所处河段；t_S-1为单线输水工程的应急供水时长，s；V_hs-i为河段内可应急供水存蓄量，m³；Q_out为水位变幅满足水力安全时的输水干渠最下游河段的出口流量，m³/s。

②沿线存在调蓄湖库的输水干线

t_S-2＝V_as/(Q_out-p-Q_in-p) (29)

式中：t_S-2为沿线湖库的应急供水时长，s；V_as为调蓄库容，m³，当湖库下游泵站正常运行时的前池平均水位大于调蓄湖库死水位，则取调蓄湖库正常蓄水位与前池平均水位之间的库容；当下游连通泵站正常运行时前池平均水位小于调蓄湖库死水位，则取蓄湖库兴利库容；Q_out-p和Q_in-p分别为连接调蓄湖库出流和入流的泵站流量，m³/s。

(3)分质供水方案的指标及其计算：

1)分质供水线路N_DS。

根据突发污染事件应急调控下的污染段位置及河渠的水系连通情况确定。

2)分质供水总量V_S。

$V_S=L_S\stackrel{\‾}{A_S}---\left(30\right)$

式中：L_S为污染河渠的河长，m；为污染河渠的平均过流面积，m²。

3)分质供水时长t_S-out。

t_S-out＝V_S/Q_out (31)

式中：Q_out为退水闸过闸流量，m³/s。

研究材料：

本发明基于输水工程的特性，提出两级预警及包括应急调控方案、分段供水方案和分质供水方案在内的应急响应预案，以应对不同污染类型、不同河段及不同输水目标的突发水污染事件。

以南水北调东线一期工程江苏段S237运河大桥交通事故为例，开展由该事件引起的突发水污染风险等级评价及预警和预案。

1.根据现场人员汇报获知突发水污染事件的基本信息为：S237运河大桥位于里运河江都至宝应段，距江都泵站距离为31.0km，以车辆突发交通事故侧翻进入调水干渠为典型突发情景，车辆载运量为10t，载运货物为***，金宝航道分汊口距突发污染位置的距离L_pd为36.8km。

2.第一级预警——风险等级确定

根据本发明步骤一中提出的风险评价指标的计算模型，结合***特性和东线一期工程江苏段输水河网的特征，计算出15项指标值，如表2：

表2 南水北调东线一期工程江苏段突发水污染事件的风险等级评价指标计算表

根据表2中各项指标的计算值结合本发明提出的风险综合评价方法，得到结合风险分级标准判断可得此污染事件为重大突发水污染事件风险等级，决策部门应启动重大突发水污染事件风险等级预警并开展相应等级下的组织机构协调联动，为应急调控和应急处置做好人机准备。

3.第二级预警——预警指标计算

根据本发明步骤二中提供的预警判断指标计算模型，计算该突发事件下污染物浓度到达宝应分汊口的超标倍数。

$C_{max}=\frac{Mv}{Q\sqrt{4{\mathrm{\πD}}_L{t}_{max}}}=\frac{{10}^7\×0.59}{400\×\sqrt{4\mathrm{\π}\×200\×62373}}=1.17mg/L$

查阅规范可知氰化物三类水浓度标准为C_s＝0.02mg/L，计算污染物超标倍数为：

当污染物达到金宝航道分汊口时，其峰值浓度的超标倍数为57.5，水体中***浓度超标严重，需要提出包括应急调控、分段供水和处置后水体的分质供水应急措施，形成应对突发事件的有效应急预案。此突发水污染事件的应急响应时间为：

$\mathrm{\α}\·{\mathrm{vt}}_R+\frac{1}{2}{W}_{t_R}\≤L_{pd}$

$W_{tR-s}=7.96M_s^{0.0565}\sqrt{2D_L{t}_R}$

以上两式联立求解得到应急响应时间应满足t_R≤5.5h。

根据应急响应下的污染物纵向长度及事故河段正常输水情况下的平均流速，计算突发污染对分汊口的影响时间为：t_c＝W_tR/v＝12.0h。

4.应急预案的生成

(1)应急调控方案南水北调东线一期工程江苏段输水河渠边坡较缓、过流面积大、水面宽，闸泵调控下渠段水位变幅较小，关泵对水力安全影响较小。因此，东线应急调控的主要目标位控制污染范围。为保障泵站机组关停安全，设置泵站关停历时t_a为20min，泵站关停河段N_c为江都站至淮安泵站，泵站最晚启停时间等于应急响应时间，为突发污染后5.5h。在突发水污染事件后，应按上述操作开展泵站应急调控，避免污染物进入金宝航道分汊口。

(2)分段供水方案

在江都泵站和淮安泵站关停的情况下，充分发挥洪泽湖和骆马湖的调蓄能力，提出可行的替代输水线路为：调节金湖站泵站流量至100m³/s，运西线洪泽湖以南河段输水量降为100m³/s；洪泽湖以北段由洪泽湖补抽20m³/s水量北送，输水总量达到设计输水量120m³/s；运河线洪泽湖以南段不输水，洪泽湖以北段开启高粱涧闸和淮阴一站、三站，抽调150m³/s水量北送，由骆马湖补抽125m³/s水量，运河线皂河站至邳州市输水总量达到设计输水量275m³/s。

根据洪泽湖和骆马湖的水位库容曲线，图5(a)和图5(b)所示，洪泽湖和骆马湖净出湖流量分别为170m³/s和125m³/s，计算两湖在突发水污染事件下的可调蓄时长t_S，见表3所示。

表3 洪泽湖及骆马湖调蓄时长计算表

(3)分质供水方案

根据处置后水体水质实测结果，开展分质供水。流程如图4所示，首先确定处置后水体所在位置，估算出处置后水体的水量，根据处置后水体水质等级，并结合潜在受水区情况，提出可行的分质供水通道，至少有入海、入江、入湖和进如下游渠段四种，再根据进出口控制闸的流量估算分质供水时长，形成完整的分质供水方案。在此研究材料中，若处置后水体满足地表水Ⅲ类标准，则开启污染段闸泵恢复输水；若处置后水体为Ⅳ类水，处置后水体可作为灌溉用水，由沿线连通河道盐邵河、南澄子河、北澄子河、横泾河、子婴河排入昭关灌区、高邮灌区和宝应灌区；若处置后水体为Ⅴ类，则采取退水措施，由江都双向泵站排入长江。根据河段水位信息计算出分质供水水量V_S约为6.4×10⁷m³，由于东线暂缺各分(退)水口详细资料，暂不计算其分质供水时长。

针对南水北调东线一期工程江苏段S237运河大桥运载***车辆侧翻而引起的突发水污染事件，通过以上述步骤，首先评价突发水污染事件对输水工程的整体风险等级，完成一级预警；而后基于污染物浓度过程预测开展东线江苏段突发水污染事件对金宝航道分汊口目标断面的二级预警，并根据指标计算值提出相应的应急调控方案、分段供水方案和处置后水体的分质供水方案，形成完整应急预案。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、第一级预警：基于DPSIR模型，结合输水工程特性，提出5项主题层因子和15项风险评价指标，构建突发水污染事件风险评价指标体系，确定风险等级标准，并提出风险评价指标计算模型和标准，结合专家打分得到各指标权重，采用综合评价法确定突发水污染事件风险等级，从而做出整体风险等级初判，指导应急组织机构协调联动；

步骤二、第二级预警：建立基于输水目标断面的预警指标计算模型，进行输水目标断面的预警，包括当前事件下输水目标断面水质的污染物浓度超标的倍数、水污染事件影响持续时间，以及在保证输水目标断面水质不受污染事件影响下的应急响应时间；

步骤三、应急预案生成：根据输水工程特性，提出突发水污染事件应急预案，包括：应急调控方案、分段供水方案和处置后水体的分质供水方案。

2.根据权利要求1所述输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，其特征在于：步骤一的第一级预警内容如下：

(1)构建风险评价指标体系：基于DPSIR模型并结合输水工程特性，构建突发水污染事件风险评价指标体系，包括下述5项主题层因子下的风险评价指标：

1-1)驱动力因子是指突发水污染事件的污染途径，包括：船舶倾覆I1-1、路桥车辆侧翻I1-2、区间污染汇入I1-3是指区间侧向工业企业污染物汇入、上级污染汇入I1-4是指来自输水河渠上游段的高浓度污水短时间内集中下泄；

1-2)压力因子是指突发水污染事件特性，包括污染源类型I2、污染源量级I3和距输水河渠距离I4，所述污染源量级I3包括漂浮油类I3-1和可溶污染I3-2，所述距输水河渠距离I4是指污染源距输水干渠的横向距离；

1-3)状态因子是指污染受体在事故下所处的状态，包括突发水污染事件下输水水量保证率I5、输水水质I6、闸泵工程I7以及河段敏感性I8；

1-4)影响因子是指污染受体在压力作用下受到的影响，包括突发水污染事件的暴露人口数量I9、社会经济影响I10、水环境和水生态影响I11；

1-5)响应因子是指为应对突发水污染事件时的安全响应对策，包括安全管理制度I12、设备水平及人员素质等级I13和应急预案I14；

(2)确定风险评价指标体系的分级标准：

2-1)风险等级分级标准，将输水工程突发水污染事件风险等级划分为四级，分别为：特别重大突发水污染事件Ⅰ、重大突发水污染事件Ⅱ、较大突发水污染事件Ⅲ和一般突发水污染事件Ⅳ，风险值分别为[0.75,1.0]，[0.5,0.75]，[0.25,0.5]，[0,0.25)；

2-2)指标体系的分级标准，包括：

船舶倾覆I1-1：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；

路桥车辆侧翻I1-2：＞20，[10,20]，[5,10]，[2,5]，单位：吨；

区间污染汇入I1-3：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：吨；

上级污染汇入I1-4：＞1000，[500,1000]，[100,500]，[10,100]，单位：吨；

污染源类型I2：＜0.0001，[0.0001,0.05]，[0.05,0.1]，[0.1,1]，单位：mg/L；

漂浮油类I3-1：＞1000，[100,1000]，[10,100]，[1,10]；

可溶污染I3-2：＞10，[5,10]，[2,5]，[1,2]；

距输水河渠距离I4：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

输水水量保证率I5：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；

输水水质I6：＞5，[4,5]，[3,4]，[2,3]；

闸泵工程I7：[80,100]，[50,80]，[20,50]，[0,20]，单位：％；

河道敏感性I8：＞0.01，[0.008,0.01]，[0.005,0.001],[0.008,0.005]

暴露人口数量I9：[80,100]，[40,80]，[10,40]，[0,10]，单位：％；

社会经济影响I10：＞100，[50,100]，[10,50]，[1,10]，单位：百万；

水环境和生态影响I11：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

安全管理制度I12：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

设备水平及人员素质I13：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

事故应急预案I14：[0.8,1]，[0.5,0.8]，[0.2,0.5]，[0,0.2]；

(3)风险评价指标的计算模型

3-1)突发水污染事件的污染途径指标即船舶倾覆I1-1、路桥车辆侧翻I1-2、区间污染汇入I1-3和上级污染汇入I1-4的指标值由具体突发水污染事件信息确定；所述突发水污染事件信息的来源至少包括在线监测、现场汇报和巡测；

3-2)突发污染源类型按照《地表水环境质量标准-GB3838-2002》Ⅲ类标准中该污染物的允许浓度值确定；

3-3)不同类型污染物在不同污染途径下的污染源量级不同，计算公式为：

①突发漂浮油类突发污染源量级计算方法为：

$I_{3-oil}=\frac{A_{oil}}{A_{water-suf}}---\left(1\right)$

式(1)中：A_oil为突发水污染事件下溢油污染能够形成的最大油膜面积，单位：m²，计算中，油膜厚度可取0.001m或根据静水油膜试验测定；A_water-suf为事故河段水体表面面积，单位：m²；

②船舶倾覆、桥梁车辆侧翻情景下，突发可溶性水污染事件污染源量级计算方法：

$I_{3-sol-s-c}=\frac{{10}^{6}M}{V_t}/C_t---\left(2\right)$

式(2)中：M为突发水污染事件污染总量，单位：g；V_t为事故河段水量，单位：m³；C_t为事故所处河段指标污染物在正常调水时的浓度，单位：mg/L；

③可溶污染物区间汇入污染源量级：

$I_{3-sol-l}=\frac{VC+V_L{C}_L}{V+V_L}---\left(3\right)$

式(3)中：V为事故段水量，单位：m³；C为事故段中污染物的本底浓度，单位：mg/L；V_L为侧向入流污水量，单位：m³；C_L为侧向入流污水中污染物的浓度，单位：mg/L；

④上级积蓄高浓度污水短时内汇入量级为：

$I_{3-sol-up}=\frac{VC+Q_u{\mathrm{\ΔtC}}_u}{V+Q_u\mathrm{\Δ}t}---\left(4\right)$

式(4)中：Q_u为进入下级输水河渠的上级污水来流量，m³/s；Δt为上级污水来流持续时间，s；C_u为上级污水中的污染物浓度，单位：mg/L；

3-4)突发污染距输水干渠横向距离为：

I₄＝1-L_t (5)

式(5)中：L_t为突发污染事故位置距输水干渠的横向距离，km，突发污染事件对输水干渠影响的有效距离L_t≤1km；

3-5)输水水量保证率计算公式：

$I_5=1-\frac{Q_t}{Q_d}---\left(6\right)$

式(6)中：Q_t为突发污染事件下输水河渠中的可调水量，m³/s；Q_d为输水工程正常运行时的总调水量，m³/s；

3-6)输水水质指标计算方法：

$I_6=\frac{{10}^{6}M}{V_t}---\left(7\right)$

式(7)中，I₆为事故河段中污染物浓度值，将I₆与《地表水环境质量标准-GB3838-2002》中该污染物的水质等级进行对比，得到I₆值；当I₆≥C₅时，I₆＝5；当C₄≤I₆＜C₅时，I₆＝4；当C₃≤I₆＜C₄时，I₆＝3；当C₂≤I₆＜C₃时，I₆＝2；当I₆＜C₂时，I₆＝1；其中，C₅,C₄,C₃,C₂分别为地表水Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ和Ⅱ类标准时该污染物的浓度；

3-7)闸泵工程指标计算方法为：

$I_7=\frac{{\mathrm{NPP}}_t}{NPP}---\left(8\right)$

式(8)中：NPP_t为由突发污染事件事故段闸泵关停而起其他段闸门和泵站参与应急调控的闸泵总数；NPP为输水工程沿线的闸泵总数；

3-8)河段敏感性指标计算公式为：

$I_8=S=\frac{dH}{dQ}\frac{Q_0}{H_0}---\left(9\right)$

式(9)中：S为河道敏感性指标；Q₀和H₀为输水工程正常运行状态下事故段河道的下游闸前水位和入流流量，单位分别为m和m³/s；dH/dQ为河道下游闸前水位随入流流量的变化率；

3-9)暴露人口数量公式如下：

$I_9=\frac{{\mathrm{NP}}_t}{NP}---\left(10\right)$

式(10)中：NP_t为突发污染事件下的暴露人口数量；NP为输水工程沿线受益人口总数；

3-10)社会经济影响计算公式为：

I₁₀＝L_w+L_s+L_aq+L_ec+L_et (11)

式中：L_w,L_s,L_aq,L_ec,L_et分别为供水、航运、水产养殖、闸泵应急调控成本和水利风景区门票损失，万元；

3-11)水环境和水生态影响包括两个方面，计算公式如下：

I₁₁＝0.5(1-R)+0.5R_t (12)

式(12)中：R为生态环境系数，R＝1/(1+e^(3-1/En))，En为突发污染事件所在区域的恩格尔系数；R_t为事故段所处功能区对水环境和水生态的影响值，在源头水保护区、国家自然保护区，R_t＝1.0；在集中式生活饮用水地表水源地保护区，R_t＝0.8；在工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，R_t＝0.4；在农业用水区及一般景观要求水域，R_t＝0.1；

3-12)安全管理制度包括安全标识设置、安全培训教育、安全责任落实与监督检查、安全奖惩制度，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{12}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{12}}{100}---\left(13\right)$

式(13)中：score₁₂为安全制度得分；

3-13)设备水平和人员素质包括设备水平达标和人员素质达标两项；其中，设备水平若达到生产工艺要求，则为40分，不合格记为0分；人员素质达标可依据操作人员是否持证上岗而确定指标值，经考核合格后持证上岗，则得60分，不合格则记为0分；计算公式如下：

$I_{13}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{13}}{100}---\left(14\right)$

式(14)中：score₁₃为设备水平和人员素质得分；

3-14)应急预案包括联动方案、处置方案、保障方案、预案宣传演习四个方面，所述四项内容各占25分，总分为100分，指标值计算公式如下：

$I_{14}=\frac{100-{\mathrm{score}}_{14}}{100}---\left(15\right)$

式(15)中：score₁₄为应急预案得分；

(4)指标体系权重

采用1-9刻度法并结合DPSIR的层次结构模型，获得指标I_i(i＝1～14)的权重W_T-I-ij(i,j＝1～14)；

(5)突发水污染事件风险等级综合评价

$R_s=\underset{i,j=1}{\overset{n}{\Σ}}{W}_{T-I-ij}\×I_i---\left(16\right)$

式(16)中：R_s为突发水污染事件风险等级计算值；W_T-I-ij(i,j＝1～14)为各指标权重；I_i(i＝1～14)为各指标计算值，根据步骤二确定的风险等级分级标准确定本次评价的突发水污染事件的等级。

3.根据权利要求1所述输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，其特征在于：步骤二的第二级预警中指标计算方法如下：

(1)污染物浓度超标的倍数

根据突发水污染事件所在河段、污染源类型和污染源量级以及输水目标断面位置，计算在正常输水情况下因突发水污染事件而致使输水目标断面污染物浓度超标的倍数，所述输水目标断面位置至少包括水质监测断面位置、水厂进水口位置和沿线取水口位置；计算公式如下：

式(17)中：C_s为输水断面水质标准，不同类型污染物的C_s根据《地表水环境质量标准GB3838-2008》确定，mg/L；C_max为突发污染到达输水目标断面的峰值浓度，mg/L，C_max的计算公式为：

$C_{max}=\frac{Mv}{Q\sqrt{4{\mathrm{\πD}}_L{t}_{max}}}---\left(18\right)$

式(18)中：M为突发污染总量，单位：g；v为正常输水时河渠流速，单位：m/s；Q为正常输水时河渠流量，单位：m³/s；D_L为河渠纵向离散系数，m²/s；t_max为可溶污染物浓度的峰值位置或漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间，s；其中，可溶污染物浓度的峰值到达输水目标断面的时间为t_max-s＝L_pd/v，s；漂浮油类污染物的油膜中心点到达输水目标断面的时间为t_max-oil＝L_pd/1.15v，s；L_pd为突发污染位置距离输水目标断面的距离，m；

当或通过巡测和现场报告确定存在漂浮油类污染时，则需进一步计算应急响应时间t_R和突发水污染事件影响的持续时间t_c两个预警指标；

(2)应急响应时间t_R

应急响应时间t_R为突发水污染事件发生后，下游输水目标断面为保证其正常运行下的水质要求而启动应急措施的最晚时间，单位：s；

$\mathrm{\α}\·{\mathrm{vt}}_R+\frac{1}{2}{W}_{t_R}\≤L_{pd}---\left(19\right)$

式(19)中：α为输移系数，当污染物为可溶污染物时，α＝1，当污染物为漂浮油类污染时，α＝1.15；为应急响应时间t_R时刻下污染物纵向长度，m；

可溶污染物纵向长度W_tR-s：

$W_{tR-s}=7.96M_s^{0.0565}\sqrt{2D_L{t}_R}---\left(20\right)$

漂浮油类污染物纵向长度W_tR-oil：

$\frac{{\mathrm{dW}}_{t_R-oil}}{{\mathrm{dt}}_R}=0.5v---\left(21\right)$

式(20)和式(21)中：M_s为突发污染总量标准化值，M_s＝M'/10，M'为突发污染总量，由现场人员汇报和巡测估算得到，t；

(3)突发水污染事件影响的持续时间t_c

突发水污染事件影响的持续时间为污染物纵向长度通过输水目标断面的持续时间，计算公式为：

t_c＝W_tR/v (22)式(22)中：W_tR为在不采取调控措施下，可溶污染物峰值或漂浮油类污染物油膜中心点到达输水目标断面时的纵向长度，m。

4.根据权利要求1所述输水工程突发水污染事件的预警及预案生成方法，其特征在于：步骤三中，应急预案反映输水工程应对突发水污染事件的特性，包括应急调控方案、结合沿线调蓄湖库的分段供水方案和处置后水体的分质供水方案；应急预案中指标及其计算方法为：

步骤三中，应急预案反映输水工程应对突发水污染事件的特性，应急预案中指标及其计算方法为：

(1)应急调控方案的指标及其计算：

1)泵站和闸门的关停历时t_C；

t_PC≥t_a (23)

t_GC≥2t_ww (24)

式(23)和式(24)中：t_PC,t_GC分别为泵站和闸门的关停历时，s；t_a为泵站允许关停时长，s；t_ww为河渠内的水波传播时间，s；

2)闸泵最晚启停时间t_CL；

t_CL＝t_R (25)

式(25)中：t_R为应急响应时间，s；

3)闸泵关停河段N_c；

当t_CL≥t_GC时，N_c＝N_PS； (26)

当t_CL＜t_GC时，N_c＝N_PS+1； (27)

式(26)和式(27)中：N_PS为突发污染事故渠段；N_PS+1为突发污染事故下游河段；

(2)分段供水方案的指标及其计算：

1)替代输水线路N_S；

结合沿线调蓄湖库提出应急调控下可行的替代输水线路；

2)应急供水时长t_S；

应急供水时长为闸泵调控下，根据替代输水线路沿线湖库和下游河渠的水量存蓄能力，结合闸泵抽调能力提出的可应急供水的时长；

①单线输水干渠

$t_{S-1}=\underset{i=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_{hs-i}/Q_{out}---\left(28\right)$

式(28)中：i为突发污染所处河段；t_S-1为单线输水工程的应急供水时长，s；V_hs-i为河段内可应急供水存蓄量，m³；Q_out为水位变幅满足水力安全时的输水干渠最下游河段的出口流量，m³/s；

②沿线存在调蓄湖库的输水干线

t_S-2＝V_as/(Q_out-p-Q_in-p) (29)式(29)中：t_S-2为沿线湖库的应急供水时长，s；V_as为调蓄库容，m³，当湖库下游泵站正常运行时的前池平均水位大于调蓄湖库死水位，则取调蓄湖库正常蓄水位与前池平均水位之间的库容；当下游连通泵站正常运行时前池平均水位小于调蓄湖库死水位，则取蓄湖库兴利库容；Q_out-p和Q_in-p分别为连接调蓄湖库出流和入流的泵站流量，m³/s；

(3)分质供水方案的指标及其计算：

1)分质供水线路N_DS；

根据突发污染事件应急调控下的污染段位置及河渠的水系连通情况确定；

2)分质供水总量V_S；

$V_S=L_S\stackrel{\‾}{A_S}---\left(30\right)$

式(30)中：L_S为污染河渠的河长，m；为污染河渠的平均过流面积，m²；

3)分质供水时长t_S-out；

t_S-out＝V_S/Q_out (31)

式(31)中：Q_out为退水闸过闸流量，m³/s。