水系统风险分析及可靠性辨识

8.1.2.1　水系统风险分析

水资源系统风险泛指在特定的时空环境条件下，水资源系统中所发生的非期望事件。具体讲，是指水体及其环境和人类水事活动过程中潜在的对人类的财产、健康、生命安全以及区域社会经济发展和环境构成不利影响或危害的非期望事件，是人们所不愿发生的事件。

水资源系统大多规模庞大、牵涉面广、影响因素众多，因而产生的风险因子也多。一般包括自然因子（降水、自然灾害、地理等）、技术因子（结构不完善、系统各部分不协调、技术中的缺陷、不成熟的设计、模型中的不确定性等）、经济因子（需求的变化、通货膨胀、利率的变化、过高的估算效益、偏低估算效益等）、社会因子（政治因素、制度的缺陷、人自身的局限、缺乏沟通、战争等蓄意破坏行为、人口增长等）。因此可把水资源系统风险进一步划分为：水文风险（由于水文现象本身所固有的不确定性引起的一些风险问题，如洪水风险、干旱缺水风险等）、工程地质风险、结构风险（考虑水工建筑物结构可靠性中荷载及超载力随机变化所产生的风险问题）、水资源工程管理风险（水资源工程运行调度中水电供、需及主观决策因素受不确定性影响而导致的运行风险等）、经济风险（水资源系统投入与产出关系随机变化所产生的风险、投资风险）、其他风险（如生态环境风险、社会风险、政治风险等）。

纵观水资源系统风险分析的发展过程，大致可分为三个阶段。第一阶段为20 世纪50年代末期至70年代初期。主要研究水文风险，以水文模型选择及参数确定方面的不确定性为主。第二阶段为70～80 年代初。主要研究一些基础问题，如风险的内涵、衡量风险的性能指标不确定性来源等，探索风险费用、风险效益间的相互关系和工程评价准则，重点是单目标问题。第三阶段为80 年代至今。在这一阶段中，研究范围从水文、水利工程扩大到经济、社会、环境、生态等风险问题。风险分析与决策分析关系更加密切，并逐步运用系统工程科学和多目标理论方法为复杂的水资源系统风险分析和管理服务。

必须指出，尽管在水资源系统中风险分析的研究取得了许多可喜的进展和成果，但水资源系统风险分析无论在理论和方法上，还是在应用上都远未达到完善的地步。一些基本问题如风险的确切概念，还有待进一步探讨。水资源工程多目标风险管理基本理论体系的研究，风险损失函数，尤其是涉及到社会、政治、生态环境和工业损失指标等的研究有待深入。决策者及政府可接受的风险标准，水资源系统中各类风险的分布及其动态演变规律，风险分析在具体工程实践中的应用、作用和进一步推广等问题都值得研究。

8.1.2.2　水系统可靠性辨识

水系统按水源分可分为地表水系统和地下水系统；按用途分可分为城镇供水系统和农村供水系统。城镇供水系统按水源又可分为自来水系统和自备井系统以及河道取水系统，按用户又可分为工业用水和生活用水系统；农村供水系统按水源又可分为地下水系统和地表水系统，按用途又可分为农业灌溉系统，林、牧、渔业用水系统和生活用水系统以及农村工业供水系统。水系统风险辨识参见图8.1。

图8.1　水系统风险辨识简图

上述水系统之间从工程（形式）上看，多数为独立的系统，但实质上都是互相关联的，有时是互补的，有时是互斥的。如地表水与地下水的互补、外调水与当地水的互补，城市用水与农村用水的互斥等。

水系统的可靠性（风险）可从水量、水质、工程、需求四种风险类型进行讨论。(www.xing528.com)

1.水源水量的可靠性

水源水量的可靠性主要包括：当地地表水及其径流调节能力的可靠性、地下水储量及其持续开采的可靠性；外流域调水水量供给的可靠性；多水源联合运用能力可靠性等。

2.水质的可靠性

从水质的角度，水资源通常可分为洁净（合格）水、再生水、污水、本底不合格水几大类。合格的地表水和地下水一般能满足用户需要，水质可靠性很高，但存在被污染的潜在威胁。再生水的用户一般对水质要求不高，但由于再生水受处理工艺、设备、处理深度、处理事故概率等多方面影响，用户承担的水质风险可能较大。此外，再生水由于关键有毒有害物质难于处理，用于农业灌溉时不能排除污染农作物、土壤和地下水的可能性。污水直接排入河道并用于农业灌溉，造成农作物、土壤、地下水和环境污染的概率非常高，水质风险高。本底不合格水（如高氟水等），直接利用要承担较高风险（如氟中毒）。

3.供水工程的可靠性

供水工程包括水源工程、扬水加压工程、输水工程、水净化工程、配水工程等，这些工程多呈串联关系。一般上一级工程的可靠性对系统的影响较大，而尾端工程的可靠性仅影响局部，对整个系统影响较小。工程性事故一般为：操作性事故、自然灾害破坏事故（地震、风暴潮、洪水等）、设计施工隐患事故、污染事故、停电事故、人为破坏事故等。工程的风险性在一定程度上人类比较容易控制和预防，但完全避免工程事故几乎是不可能的，而且一般情况下，工程环节越多，供水距离越长，发生事故的概率越高。一般地，供水系统事故具有可修复性。

4.不同用水需求对供水系统可靠性的影响

不同的用户对水质、水量、保证率的要求有很大差异。对于具备充分灌溉和良好灌溉水质条件的地区，农业灌溉对水质、水量、保证率的要求都比较低；在非充分灌溉、水质受到轻微污染的地区，农业会遭受一定的损失，农业灌溉遇到干旱年，农业会造成减产，但局部的或短期的减产对社会经济运行的整体影响相对较小。工业用水刚性较大，在一定节水、用水水平下，缺水与减产一般成正比，突然停水还有可能使生产系统遭受破坏（如锅炉爆炸等），因此，工业用户对供水系统的可靠性要求严格。生活用水的刚性也较大，一般在水资源分配中应优先保证，对系统可靠性要求最高。

此外，在系统供水能力、可供水量一定的情况下，系统总需水量的大小和不同的节水水平对系统可靠性也会产生很大影响。节水可有效地降低生产风险。