新技术新设备在南水北调中线水质突发事件应急处置中的应用

孙永平，唐 涛

（南水北调中线干线工程建设管理局，100038，北京）

南水北调工程是实现我国水资源优化配置的重大战略性基础设施，对缓解我国北方地区水资源严重短缺、保障供水安全、促进经济社会可持续发展、改善生态环境意义十分重大。南水北调中线工程从丹江口水库陶岔渠首闸引水入渠道，经长江流域与淮河流域分水岭方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，将江水输送至北京、天津，设计多年平均年调水量95亿m3。自2014年12月12日正式通水以来，工程综合效益显著，已成为沿线河南省、河北省特别是北京市和天津市的主要饮用水水源。

南水北调工程成败在于水质，完善水质保障体系,确保水质安全，实现“一泓清水永续北送”目标，是南水北调中线工程运行管理单位承担的重要任务。

一、中线水质保护及应急体系建设概述

2014年2月，国务院颁布了《南水北调工程供用水管理条例》，进一步明确了南水北调水质保护工作的责任主体，对污染物总量控制、水质保护和治理措施以及保护区划定、污染行为及处罚都提出了明确要求。环保部门对现有污染企业开展环保执法监测，南水北调中线水质保护工作纳入法制化轨道。

作为南水北调中线干线工程的建设及运行管理单位，南水北调中线干线工程建设管理局（以下简称中线建管局）高度重视水质保护工作,通过加强监测能力建设、提高污染风险防控、提升应急处置能力，初步建立了较为完善的水质保障体系。

在水质监测及预警能力建设方面，中线建管局分别在渠首、河南、河北、天津4个分局所在地建成水质监测实验室。目前，河南、河北和天津分局水质监测实验室已取得国家级资质认定。各实验室在全线共设置了30个固定监测断面，每月定期取样评价，形成月报。在全线重要位置建设了13座水质自动监测站，每6小时监测1次，每天4次，如遇突发情况则加大监测频次。2014年，开展了全线地下水本底值调查，对378个地下水水质监测点进行分析，编制完成《南水北调中线干线地下水监测方案》，并开展了地下水的日常监测工作。按照《藻类监测方案》开展了藻类及其相关指标监测，初步掌握了总干渠内藻类的演变规律，确保处于受控状态。

水质巡视巡查工作由人工常规结合先进技术手段的方式开展。人工常规巡视巡查由现地管理处的水质保护专业人员负责，重点巡视巡查重点部位风险源和潜在污染源。同时，采用先进技术手段配合常规人员巡查，一是使用电子围栏，二是在重点部位安装了具有自动识别功能的视频监控系统，三是采用了无人机等先进技术。日常工作中，各现地管理处定时在固定位置对漂浮物进行清理，在水面有明显漂浮物聚集时及时打捞。自主研发了全自动水体漂浮物打捞机，可根据水体情况设定不同的工况完成打捞作业。同时在重要部位设置了多功能工作平台，兼顾漂浮物清理和发生应急情况时的抢险工作。

南水北调中线干线工程主要水污染风险源为危化品交通事故风险、恶意投毒风险、地表水污染风险、地下水渗透污染风险、大气沉降污染风险以及工程自身风险。中线建管局、沿线各分局及各现地管理处结合本辖区风险源特点，编制完成了各辖区的水污染应急预案，在县（区）级环保部门进行备案。同时，与专业应急抢险队伍签订应急抢险救援合同，由专业应急抢险队伍协助开展应急抢险救援工作。中线建管局通过有针对性地制定不同污染物的应急处置方案，开展了应急技术研究，编制完成《南水北调中线干线工程水污染应急处置技术手册》。各级单位均按照统一安排现场组织多层次的应急演练，不断完善应急预案。

通过对中线水源区和渠道沿线水质保护工作的综合施策和多点发力，自通水以来，中线总干渠未发生影响通水的水质突发事件，各监测断面的历次监测结果表明，中线输水水质始终保持在地表水Ⅱ类标准及以上。

二、开展联合应急演练，促进应急能力建设

根据评估调查和工程运行实际情况，南水北调中线干线工程跨渠桥梁处发生危化品交通事故是可能造成水污染事件最大的潜在风险源，因此针对此类事故开展应急演练是水质突发事件应急能力建设的最为重要的工作之一。

据调查，总干渠沿线涉危化学品企业共2 200多家。全线跨渠桥梁交叉众多，目前已建跨渠桥梁1 238座（数量仍在增加中）。一旦危化品运输车辆在跨渠桥梁处发生交通事故，不仅会对桥体结构造成很大损坏，还可能对水质产生污染，甚至造成停水断水，是水质保护最大的潜在风险源。

为加强风险源的防控，经过对1 238座桥梁进行危化品车辆通行专项排查，目前共有173座桥梁长期通行危化品运输车辆。通过对工程沿线河南、河北、天津和北京4省（直辖市）危险化学品生产和运输情况进行调查分析，进一步识别南水北调中线干线工程突发性水污染事故的主要污染物种类，将水体污染物划分为27类别388种典型污染物。在此基础上，有针对性地制定不同污染物的应急处置技术，编制完成了《南水北调中线干线工程水污染应急处置技术手册》。依据国家应急处置相关规定，开展了水污染应急物资和装备的规划和调研，编制完成了 《南水北调中线干线工程水污染应急处置物资储备库选择及配置规划》。全线共规划了10个重要的应急物资储备仓库，作为储备水污染应急物资的重点仓库，以便全线进行调配。同时,在全线各地管理处储备了少量必要的应急物资。

结合京津冀协同发展对南水北调供水安全的新要求，南水北调中线于2017年5月在河北省赞皇县西高公路桥开展危化品运输交通事故联合应急演练，以全面提升应急能力。

演练模拟现场设计如下:5月某日清晨，一辆标识危化品的甲酸运输车因发生交通事故,在河北省赞皇县跨渠桥梁西高公路桥失控，冲破隔离网，掉入渠道一级马道，油箱破裂柴油流入总干渠，车上所载甲酸罐滚落渠道，罐体破损后污染物泄露入渠，货车内司机受伤被困车内。

事件发生后，现场管理处值班人员通过电子围栏报警和视频监控发现异常，立即向管理处负责人报告；现场管理处负责人一边及时赴现场核实情况，一边向上级部门报告，并向赞皇县地方政府报告突发情况，通报 119、110 和 120；地方政府启动应急预案，做好外部协调和处置工作。

中线建管局河北分局应急办接到报告后，立即向中线建管局河北分局应急领导小组报告，向中线建管局水污染应急指挥部办公室报告，中线建管局立即向国务院南水北调工程建设委员会办公室报告。同时，中线建管局河北分局向河北省南水北调工程建设委员办公室报告。中线建管局第一时间启动应急调度，并派出水质监测组赶赴现场进行核查及应急监测工作。

事件处置：分别采取陆上处置和水中处置。陆上处置：在西高公路桥事故点向外150 m陆地范围设置警示标志，布置岗哨和巡逻检查，加强警戒，在一级马道筑围堰，围挡泄露的柴油及甲酸，铺设吸油毡吸附漏油，投撒生石灰中和甲酸。水中处置：在事发地点下游采用快速围油栏布放装置布设两道围油栏，拦截泄漏的柴油，通过自动拦油装置、吸油毡收集水面漂浮柴油，并在中和点布放活性炭拦截索吸附甲酸，利用喷洒装置喷洒浓度30%的氢氧化钠溶液中和甲酸，在吸附及中和完成后开展退水工作。同时，调度部门采取紧急关闭事故段附近分水口及上下游节制闸，以及开展事故段上下游联调等调度措施。河北分局水质监测中心紧急开展应急监测工作，及时上报监测结果并提出现场应急作业建议。河北省及时切换水源确保不发生城区断水。现场应急处置后，经水质监测表明水质达标，应急终止，并部署善后工作。整个演练历时90分钟，取得圆满成功。

三、应急处置中的新技术、新设备应用

本次演练集中应用了一批中线建管局近期组织研究的新技术和新设备，这些新技术设备均是根据中线工程特点布设、研制或改进的，其综合运用极大地提升了中线工程水质突发事件应急处置的速度和质量，代表了中线水质突发事件的应急反应能力和处置水平。

1.布设立体化安防系统，确保第一时间发现突发情况

南水北调中线干线工程安防系统采用视频监控技术、电子围栏技术、语音告警技术等多项先进技术手段，构建了中线干线工程全线立体化安防系统，将全线总干渠内外两侧全部纳入视频监控范围，在两岸隔离护栏网上布设电子围栏，实时感知外部入侵行为并预警，快速检测异常事件，在中线建管局、各分局、各现地管理处可实时、完整地获取突发事件的现场画面，查询突发事件的视频资料，掌握突发事件现场工程状态、水体情况、调水工况及周边态势的变化，对现场突发事件和异常行为进行图像信息分析判断，使管理决策人员可以依据现场状况和变化态势，制定有效应对措施，进行应急组织指挥，使突发事件得到及时处置，提高了运行管理部门应急管理处置能力。本次突发事件就是因为车辆碰撞防护网上的电子围栏后获知的。

2.水污染应急处置决策系统为科学快速决策提供技术保障

南水北调中线干线水污染应急处置决策系统基于渠道水质水量模拟技术、水质快速预测、水污染事件预警及应急处置技术、应急调控、退水影响模拟等多种技术，实现自动化采集获取实时水质水量及工程参数等信息，模拟污染物的迁移、扩散过程，预测污染物的影响范围及污染物浓度变化，提出应急调控方案。根据污染物的性质和特征，结合调控方案生成应急处置建议，为突发水污染事件应急处置提供决策支持。

水污染应急处置决策系统充分提高了应急处置的科学性、高效性、快速性，为总干渠输水水质安全提供了有力技术保障，对突发水污染事件的应急处置具有重要的现实意义。该系统是中线建管局推进信息化建设，以问题为导向，加强风险研判，实现快速预警、研判、响应，提高应急处置效率的首次尝试，在本次演练中为科学决策发挥了支撑作用。

3.新型快速围油栏布设装置提高应急处置效率

新型快速围油栏布设装置是中线建管局组织研发的第一代围油栏快速布设装置，由2台20 kW发电机组及2台2.2 t卷扬机组成，牵引速度8 m/min。采用拖车将移动式围油栏快速布设装置运至指定位置，2台卷扬机的钢丝绳分别与围油栏两端连接，利用卷扬机回拉钢丝绳将围油栏布置于渠道指定位置进行油污拦截。此装置配合使用气动式绳索抛投器后，可迅速准确地将牵引绳抛投至对岸。

在应用新型快速围油栏布设装置之前，围油栏由人工布设，受水流流速影响，需要40多人近1小时的时间完成布设。采用快速布设围油栏装置，只需几人10分钟之内即可完成布设，布置效率的提升有效提高了全线应对突发油类污染事件的应急处置能力。围油栏为本次应急处置布设了第一道水面防线。

4.自动收油装置高效处置浮油

自动收油装置是中线建管局组织研发的高效浮箱式自动拦油、收油装置。该装置由支撑浮桥、拦油槽、集油槽、油水分离器等部分组成。拦油槽固定于浮桥迎水侧，可根据需要调节拦油槽的高度，油污通过拦油槽汇集至集油槽，经吸油泵将浮油抽送至油水分离器，实现油水分离。同时，拦油槽还可支撑浮桥连接渠道两岸，方便两岸应急物资、人员的运送，具备水污染应急多功能操作平台的功能。

与传统的围油栏、吸油毡处理油污相比较，自动收油装置具有处置效率高、节省人力等特点，一般布设于分水口、节制闸等重要建筑物前，可有效提高突发油类污染事件的应急处置能力。自动收油装置布设于退水闸附近，是应急处置的最后关口。

5.新型智能无人自动采样船创新水质应急监测方式

新型智能无人自动采样船借助精确卫星定位和自身传感功能，在应对突发水污染事件时可替代采样人员，机动灵活地实现水样的自动采集、移动巡测、污染源调查追踪、监测数据实时传输等功能，为水污染应急处置工作提供了全面的技术支持。

此外，自动采样船可搭载多参数监测仪，支持6～7个指标的自动监测，突发情况下可深入污染源禁区调查取样，有效避免监测人员安全事故的发生。本次应急演练中，渠道中间的水样均由自动采样船完成，最大程度提高了工作效率。

6.全光谱分析仪让水质监测效率提升5倍

COD的传统测定是将水样与氧化剂（如重铬酸盐）混合处理后进行，使用试剂多，操作复杂，预处理时间长，完成一次测定大约需要50 min。而全光谱分析仪只需10 min就完成一次COD检测，并可实现连续不间断监测、即时读取检测结果，极大缩短检测时间，为水污染事件中确定污染物分布、检测方案和后续措施的制定提供了初步依据，也争取了宝贵时间。

全光谱分析仪的检测原理是记录待测样品的190～750 nm吸收光谱，并分成256个波段进行分析，得出的“指纹图”中包含的信息经过复杂的数学算法模型计算，从而得到最终的水质检测结果，这些过程都是可以瞬时完成的。该仪器无须在现场进行复杂的准备工作即可投入使用，“即插即测”工作方式避免了现场的复杂安装步骤，节省了初始化操作时间。此外全光谱分析仪可以同时监测8个参数，还能避免交叉敏感对参数进行补偿，提供更为高质量的数据。

7.活性炭吸附索高效吸附污染物

活性炭吸附索是中线建管局组织研发的高效活性炭吸附装置。该吸附锁由多节活性炭吸附单元串联组成，每节活性炭吸附单元外部尺寸长0.9 m，直径 20 cm，内径为方形 12×12 cm，采用高强度纱网包裹，可填装10 kg活性炭。通过加入填充物控制活性炭吸附索在水中的深度，其长度可根据渠道水面宽度进行调节。使用时，可在事故渠道布设多条活性炭吸附索，通过拖拽吸附索提高污染物的吸附效率。活性炭吸附索首次实现了活性炭的装置化应用，具有组装方便、布设简单、处置效率高、制作成本低等特点。

四、继续加强新技术的研发与引进，强化应急保障能力

1.建立完善的应急通信系统

通畅的应急指挥系统是应急处置工作取得成功的有力保障，其中完善的应急通信系统关系到现场情况能否及时上报、指挥指令能否快速下达。本次演练使用了30部手持对讲机尚不能完全满足工作需要。演练表明应研究建立综合应急通信系统,一是建立短波通信系统;二是完善对讲系统，在管理处建立中继站，形成覆盖全线各地管理处的无线对讲系统;三是建立卫星通信指挥平台，保障关键应急指挥指令通畅，最终形成集短波通信、对讲系统、卫星通信三位一体的应急通信系统。

2.强化应急监测能力，完善响应程序

继续全面加强全线应急监测能力建设。一是强化实验室监测能力建设，通过补充人员、完善设备提高有机类参数的监测能力，并逐步实现《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的109项指标监测，为应急监测提供数据支撑。二是适量增加监测站点数量，并重点增加生物综合毒性、化学综合毒性等指标的建设，为应急监测提供保障。三是强化应急快速监测能力建设，为实验室配置有机物快速检测设备，通过现场快速监测进行初步判断，为先期应急处置工作提供指导。四是建立完善应急监测方案，针对不同的污染物明确监测指标、频次、监测断面布设要求；明确人员分工，确保覆盖应急监测工作的各个方面。

3.深入研究中线水污染演变规律及数学模型，提升决策精度

做好国家水体污染控制与治理科技重大专项科研课题“多水源格局下城市供水安全保障技术体系构建项目——南水北调中线输水水质预警与业务化管理平台”的研究工作。深入研究南水北调中线水污染演变规律及数学模型，构建中线水质监测预警调控决策支持综合管理平台以及跨区域多部门水质管理协作机制及数据共享平台，使水质预警准确率不低于90%。进一步完善水污染模拟决策系统的研发，继续提高模拟和决策精度。

4.建立跨渠桥梁危化品车辆视频监控预警系统

在电子围栏的基础上建立基于机器视觉的危化品车辆流量、类别监控识别与统计分析系统，通过图像处理方法识别车辆类型、车牌以及车体上的 “燃”“爆”“毒”等特殊字体，辨识危化品运输车辆，实现危化品车辆出入桥梁的信息登记和流量统计，对危化品车辆偏离车道、翻车、冲入渠道等异常事件能第一时间进行自动预警和报警，进一步提高应对突发跨渠桥梁危化品车辆事故的反应能力。

五、结 语

南水北调中线水质保护工作事关首都及沿线城市饮水安全。目前虽然水质保障体系初步建立，但中线干线工程线路长，工程沿线各类情况十分复杂，而且总干渠没有建设调蓄水库，一旦发生较大的水污染事件势必会造成工程停止供水的巨大风险。南水北调中线干线工程运行管理工作必须按照习近平总书记 “深化水质保护”的要求，发扬“负责、务实、求精、创新”的南水北调核心价值理念，继续系统推进和完善水质保障体系建设，确保实现“一泓清水永续北送”。 ■

参考文献：

[1]许新宜.水资源合理配置是南水北调工程总体规划的理论基础[J].中国水利，2001(8).

[2]国务院南水北调工程建设委员会办公室.南水北调工程知识百问百答[M].北京：科学普及出版社,2015.

[3]水利部发展研究中心.南水北调工程建设与管理体制研究简介[J].中国水利，2003(1).