程 欣

(河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

近年來，在水質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的情況下，城市供水和流域供水的水質(zhì)狀況都有顯著改善，但仍有少量重大城市會發(fā)生自來水供水水質(zhì)事故，對城市居民的正常生活造成了極其惡劣的影響，因此，分析供水水質(zhì)風(fēng)險的形成機(jī)理并進(jìn)行有效防控，以降低供水水質(zhì)事故發(fā)生的幾率，已成為各級政府和自來水供水企業(yè)亟需考慮的重要問題。

目前，國內(nèi)眾多有關(guān)自來水水質(zhì)的研究主要集中在水質(zhì)的監(jiān)測與評價、水質(zhì)安全風(fēng)險及評價、水質(zhì)處理工藝研究、水質(zhì)控制與管理、水質(zhì)事故的分析與對策研究等方面。如王冬生等[1]提出借助PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行水質(zhì)評價的方法，以解決自來水生產(chǎn)流程中的原水水質(zhì)評價問題。晏曉紅[2]分析詮釋了水質(zhì)檢測的意義，并重點探討了自來水水質(zhì)檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為水質(zhì)檢測力度的提高提供了借鑒。王亞軍等[3]基于對校園生活飲用水管網(wǎng)中水質(zhì)指標(biāo)狀態(tài)的分析，對水質(zhì)健康進(jìn)行風(fēng)險評價。吳玉超等[4]運用納濾組合工藝，考察其對某微污染水源水廠出水段水質(zhì)的處理效果。張偉等[5]認(rèn)為可以從水質(zhì)監(jiān)控、工藝控制和運行管理等環(huán)節(jié)，進(jìn)行水質(zhì)管理和工藝優(yōu)化，以確保水質(zhì)安全。李小艷等[6]基于蘭州供水突發(fā)事件的原因，分析了中國城市供水的主要問題，并提出了有效的解決策略。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，缺乏對自來水供水水質(zhì)風(fēng)險形成機(jī)理及供水水質(zhì)風(fēng)險因素間耦合關(guān)系的研究。本文借助于常被用于研究煤礦安全事故、交通安全事故等的N-K模型，探討自來水水質(zhì)風(fēng)險影響因子間的耦合關(guān)系，為供水水質(zhì)事故的策略研究提供借鑒。

1 自來水供水水質(zhì)風(fēng)險機(jī)理分析

1.1 水質(zhì)風(fēng)險因素的識別與分析

所謂自來水供水水質(zhì)風(fēng)險，即在自來水生產(chǎn)-供應(yīng)過程中，由于某環(huán)節(jié)或某些因素的動態(tài)變化導(dǎo)致水質(zhì)污染的可能性。在城市自來水供應(yīng)系統(tǒng)(指由自來水水廠生產(chǎn)-供銷等復(fù)雜子系統(tǒng)組合而成的動態(tài)關(guān)聯(lián)的社會系統(tǒng))中，其復(fù)雜性、系統(tǒng)性和動態(tài)性決定了該系統(tǒng)的水質(zhì)風(fēng)險因素主要分為人員、設(shè)備、環(huán)境和管理4個方面。

a. 人員因素風(fēng)險。任何一項生產(chǎn)活動中，人都是其他因素工作的承擔(dān)者，是導(dǎo)致風(fēng)險事故的直接來源。在自來水供應(yīng)過程中，人員因素風(fēng)險不僅包括內(nèi)部員工的熟練程度不夠、技術(shù)水平及知識理解掌握欠缺、服從性紀(jì)律性較差、責(zé)任心缺失、風(fēng)險認(rèn)知不足、身體健康程度欠佳等[7]造成的水質(zhì)風(fēng)險，還包括外部人員的生產(chǎn)生活活動、惡意投毒等帶來的水質(zhì)風(fēng)險。

b. 設(shè)備因素風(fēng)險。設(shè)備因素風(fēng)險指在自來水生產(chǎn)過程中，由生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的完好程度、先進(jìn)程度等設(shè)備狀態(tài)，以及設(shè)備的安全防護(hù)裝置等造成的水質(zhì)風(fēng)險[8]。如泵站、供水管道等設(shè)備故障或損壞可能直接導(dǎo)致水體的二次污染，沉淀池中的斜板損壞，會導(dǎo)致附著在沉淀斜板上的絮凝體減少，沉淀不完全，從而影響供水的水質(zhì)。

c. 環(huán)境因素風(fēng)險。供水的環(huán)境因素風(fēng)險主要是指生產(chǎn)人員的內(nèi)部工作環(huán)境、氣溫等自然環(huán)境和水源周邊居民生產(chǎn)生活及海上活動等社會環(huán)境引起的水質(zhì)風(fēng)險。如員工工作區(qū)粉塵飄絮較多、受工業(yè)區(qū)噪音影響較大等，可能會造成水處理任務(wù)加重，或通過影響員工的精神狀態(tài)、身體狀態(tài)，最終造成水質(zhì)污染。氣溫升高時會造成水體中氨氮和有機(jī)物等水質(zhì)指標(biāo)的升高，未合理處理可能對水質(zhì)造成一定的影響。

d. 管理因素風(fēng)險。在自來水供應(yīng)過程中，管理工作主要包括組織管理、安全管理、運行管理三部分。組織管理包括組織機(jī)構(gòu)、規(guī)章制度、綜合管理、年度自檢和考核、問題整改等方面；安全管理包括安全生產(chǎn)、突發(fā)事件應(yīng)急管理、物料和設(shè)施管理、水質(zhì)檢測等方面；運行管理包括輸水管網(wǎng)末梢水質(zhì)測試、二次污染監(jiān)測等。這些管理因素的匱乏或不完善，可能會導(dǎo)致員工違章操作、決策失誤、水質(zhì)檢測不到位、安全檢查不過關(guān)等，最終可能影響供水水質(zhì)。

1.2 水質(zhì)風(fēng)險耦合機(jī)理

所謂風(fēng)險耦合，即指某復(fù)雜系統(tǒng)中各類風(fēng)險因素間相互依賴與影響的程度[9]。傳統(tǒng)的水質(zhì)風(fēng)險致因研究，主要針對某一方面影響因素單獨作用時的事故鏈進(jìn)行分析，或只簡單粗略地疊加幾方面因素的共同作用效果，未考慮影響水質(zhì)的單一因素內(nèi)部或因素與因素間的風(fēng)險耦合程度。在自來水生產(chǎn)過程中，由于影響水質(zhì)的4個風(fēng)險因素相互依賴、相互作用，導(dǎo)致系統(tǒng)中某些風(fēng)險因素發(fā)生的概率有所改變，最終形成水質(zhì)風(fēng)險耦合的過程。

2 供水水質(zhì)風(fēng)險因素耦合分析

2.1 單因素耦合

供水水質(zhì)風(fēng)險單因素耦合是指水質(zhì)風(fēng)險的各類影響因素，其自身多種風(fēng)險因素間相互依賴、相互影響的過程[9]，包括人員-人員耦合T11(a)、設(shè)備-設(shè)備耦合T12(b)、環(huán)境-環(huán)境耦合T13(c)和管理-管理耦合T14(d)。如員工上崗時未按取藥要求添加化學(xué)藥劑，致其中毒且短時間內(nèi)無人發(fā)現(xiàn)，此期間該崗位缺乏加藥操作，導(dǎo)致水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，即為人員-人員耦合風(fēng)險的一種類型。

2.2 雙因素耦合

2.2.1 人員-設(shè)備風(fēng)險耦合

供水系統(tǒng)中操作人員的操作行為和供水設(shè)備的安全狀態(tài)可能會互相影響。如對沉淀池的斜板進(jìn)行定期清洗時，可能致其大面積破損，影響供水水質(zhì)。而設(shè)備的損壞，會影響操作人員的操作情緒，可能會實施不安全行為造成水質(zhì)事故。該耦合風(fēng)險記為T21(a，b)。

2.2.2 人員-環(huán)境風(fēng)險耦合

在供水系統(tǒng)中主要考慮人的活動對自然環(huán)境的影響。如外部人員在取水口惡意投毒、水源區(qū)周邊居民的生產(chǎn)生活活動等，可能會導(dǎo)致取水的水質(zhì)突然變化較大，經(jīng)凈水工藝后水質(zhì)仍然不佳。該耦合風(fēng)險記為T22(a，c)。

2.2.3 人員-管理風(fēng)險耦合

供水系統(tǒng)中人員的生產(chǎn)與管理活動相互影響。如當(dāng)管理制度出現(xiàn)漏洞時，若生產(chǎn)人員偷懶不在崗位，對水源區(qū)突發(fā)的水質(zhì)問題未能做好應(yīng)急處理，會導(dǎo)致輸出口水質(zhì)風(fēng)險。若管理人員能力欠佳，面對水質(zhì)突發(fā)事件無法統(tǒng)籌管理調(diào)配，也會引起水質(zhì)問題。該耦合風(fēng)險記為T23(a，d)。

2.2.4 設(shè)備-環(huán)境風(fēng)險耦合

在自來水生產(chǎn)過程中，若水源區(qū)的水體環(huán)境污染嚴(yán)重，其富含的物質(zhì)可能會腐蝕凈水設(shè)備及輸水管網(wǎng)，導(dǎo)致管網(wǎng)末梢的水質(zhì)出現(xiàn)問題。而設(shè)備腐蝕老化時的脫落物又會影響生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，從而影響水質(zhì)。該耦合風(fēng)險記為T24(b，c)。

2.2.5 設(shè)備-管理風(fēng)險耦合

設(shè)備-管理的風(fēng)險耦合主要考慮對供水設(shè)備的管理。當(dāng)水廠對供水機(jī)械設(shè)備的購置、使用、維修養(yǎng)護(hù)等疏于管理時，可能對設(shè)備造成損傷等而無法正常工作，對水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。該耦合風(fēng)險記為T25(b，d)。

2.2.6 環(huán)境-管理風(fēng)險耦合

環(huán)境-管理風(fēng)險耦合主要考慮在自來水生產(chǎn)過程中環(huán)境因素的變化對管理的影響。若取水口水體環(huán)境變差，將導(dǎo)致凈水管理工作增多，如在過濾時可能多投放活性炭等。該耦合風(fēng)險記為T26(c，d)。

2.3 多因素耦合分析

2.3.1 人員-設(shè)備-環(huán)境風(fēng)險耦合

該耦合過程的起源因素可以是人，也可以是環(huán)境。以環(huán)境因素風(fēng)險為耦合起源分析，如水源地取水環(huán)境的惡化，可能會腐蝕設(shè)備，從而影響生產(chǎn)人員的情緒，導(dǎo)致其不安全行為而影響水質(zhì)。該耦合風(fēng)險記為T31(a，b，c)。

2.3.2 人員-設(shè)備-管理風(fēng)險耦合

在自來水生產(chǎn)過程中，對設(shè)備缺乏管理或管理不當(dāng)，可能會導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備損壞或老化，影響操作人員的情緒，導(dǎo)致其實施不安全行為引起供水水質(zhì)事故。若對生產(chǎn)人員疏于管理或管理不善時，有關(guān)人員可能實施不安全行為，導(dǎo)致設(shè)備損壞。該耦合風(fēng)險記為T32(a，b，d)。

2.3.3 人員-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合

在人員-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合過程中，水源區(qū)周邊居民的生產(chǎn)生活活動及外部人員惡意投毒等，會造成水源區(qū)的環(huán)境污染，從而增加凈水管理工作，管理不慎可能會造成供水水質(zhì)事故。而對人員疏于管理時，其不安全行為可能會導(dǎo)致內(nèi)部作業(yè)環(huán)境污染，從而影響供水水質(zhì)。該耦合風(fēng)險記為T33(a，c，d)。

2.3.4 設(shè)備-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合

設(shè)備-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合過程的起源可以是設(shè)備，也可以是管理。如以管理因素風(fēng)險為起源，會產(chǎn)生對設(shè)備管理不當(dāng)和環(huán)境監(jiān)測欠缺的耦合，而環(huán)境與設(shè)備也會發(fā)生耦合，三大要素共同作用引發(fā)供水水質(zhì)風(fēng)險。以設(shè)備因素風(fēng)險為起源，設(shè)備與環(huán)境間的耦合會加大管理工作的復(fù)雜性，可能會導(dǎo)致水質(zhì)事故。該耦合風(fēng)險記為T34(b，c，d)。

2.3.5 人員-設(shè)備-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合

人員-設(shè)備-環(huán)境-管理風(fēng)險耦合情況出現(xiàn)的概率較小，但一旦發(fā)生影響較嚴(yán)重。以管理因素風(fēng)險為核心，對其他三因素風(fēng)險中任一因素管理不善，可能會導(dǎo)致供水水質(zhì)風(fēng)險。如對人員管理不到位時，人員、設(shè)備和環(huán)境的耦合加大了供水水質(zhì)事故的概率。該耦合風(fēng)險記為T4(a，b，c，d)。

3 基于N-K模型的供水水質(zhì)風(fēng)險耦合作用度量

3.1 N-K模型及其構(gòu)建

N-K模型通常用來解決復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的問題，參數(shù)N表示所研究動態(tài)系統(tǒng)中風(fēng)險因素的個數(shù)；K表示風(fēng)險因素間相互耦合關(guān)系的個數(shù)。若動態(tài)系統(tǒng)中有N個因素，每個因素有n種不同狀態(tài)，則系統(tǒng)因素耦合方式有nN種，其中K的取值介于0～N-I之間[10-12]。

由于自來水供應(yīng)系統(tǒng)中，因素的耦合值隨其耦合次數(shù)的增加而增大，而耦合值越大意味著該因素的風(fēng)險越大，其引起的事故率越高。耦合因素交互的計算公式為

log2(Ph，i，j，m/(PhPiPjPm))

(1)

式中：Ph，i，j，k為人在第h種狀態(tài)、設(shè)備在第i種狀態(tài)、環(huán)境在第j種狀態(tài)、管理在第k種狀態(tài)下，供水水質(zhì)風(fēng)險發(fā)生的概率。T值越高說明水質(zhì)風(fēng)險越大。雙因素和多因素風(fēng)險耦合計算公式如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

表1 自來水供應(yīng)事故風(fēng)險耦合次數(shù)及頻率

3.2 實證分析

對以湖泊、流域為取水源的自來水公司的水質(zhì)事故(凡涉及的水質(zhì)事故風(fēng)險發(fā)生并影響居民的正常生活)情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計。據(jù)不完全統(tǒng)計結(jié)果，2008—2017年間共發(fā)生362起供水水質(zhì)事故，將各水質(zhì)事故按人為、設(shè)備、環(huán)境和風(fēng)險因素歸類，列出單因素耦合、雙因素耦合和多因素耦合下水質(zhì)事故發(fā)生的次數(shù)，0表示風(fēng)險因素未發(fā)生，1表示風(fēng)險因素發(fā)生，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。表1中4位數(shù)字分別代表人為、設(shè)備、環(huán)境和管理風(fēng)險因素是否發(fā)生的風(fēng)險耦合狀態(tài)。如1000表示人為因素發(fā)生，設(shè)備、環(huán)境和管理風(fēng)險因素都未發(fā)生的風(fēng)險耦合狀態(tài)。

根據(jù)表1，計算各風(fēng)險因素耦合情況的概率值，最后根據(jù)式(1)～(11)計算各因素風(fēng)險耦合T值。

a. 單因素風(fēng)險耦合概率計算。環(huán)境因素風(fēng)險未發(fā)生時的水質(zhì)事故概率為

P..0.=P1000+P0100+P0001+P1100+P1001+P0101+P1101+P0000=0.404

依此方法分別計算出P0...=0.362，P.0..=0.566，P...0=0.438，P1...=0.638，P.1..=0.434，P..1.=0.596，P...1=0.562。

b. 雙因素風(fēng)險耦合概率計算。環(huán)境因素風(fēng)險與管理因素風(fēng)險都未發(fā)生時的水質(zhì)事故概率為

P..00=P0000+P1000+P0100+P1100=0.113

依次可計算出P00..=0.169，P0.0.=0.136，P0..0=0.082，P.00.=0.163，P.0.0=0.226，P11..=0.241，P1.1.=0.370，P1..1=0.282，P.11.=0.193，P.1.1=0.222，P..11=0.271，P01..=0.193，P0.1.=0.226，P0..1=0.28，P10..=0.397，P.01.=0.403，P.0.1=0.34，P1.0.=0.268，P.10.=0.241，P..01=0.291，P1..0=0.356，P.1.0=0.212，P..10=0.325。

c. 多因素風(fēng)險耦合概率計算。設(shè)備、環(huán)境、管理因素風(fēng)險都未發(fā)生時的水質(zhì)事故概率為

P.000=P0000+P1000=0.022

依次可計算出P000.=0.028，P00.0=0.033，P0.00=0.008，P111.=0.108，P11.1=0.078，P1.11=0.119，P.111=0.072，P011.=0.085，P01.1=0.144，P0.11=0.152，P101.=0.262，P10.1=0.204，P.011=0.199，P110.=0.133，P1.01=0.163，P.101=0.15，P11.0=0.163，P1.10=0.251，P.110=0.121，P100.=0.135，P10.0=0.193，P1.00=0.105，P010.=0.108，P01.0=0.049，P.100=0.091，P001.=0.141，P0.10=0.074，P.010=0.204，P00.1=0.136，P0.01=0.128，P.001=0.141。

d.T值計算。交叉風(fēng)險耦合T值為：T21=0.016 34，T22=0.001 37，T23=0.077 66，T24=0.052 86，T25=0.005 72，T26=0.050 98，T31=0.082 80，T32=0.111 39，T33=0.146 03，T34=0.131 33，T4=0.324 32。

由計算結(jié)果可知，T22

3.3 結(jié)果分析

a. 城市自來水供應(yīng)系統(tǒng)中，水質(zhì)風(fēng)險隨著耦合因素參與數(shù)量的增加而增大，即人員、設(shè)備、環(huán)境和管理4個因素同時參與耦合時的風(fēng)險要大于其中任意3個因素同時參與耦合的風(fēng)險，3個因素耦合風(fēng)險又大于雙因素耦合風(fēng)險，這與供水水質(zhì)事故實際發(fā)生情況相一致。

b. 風(fēng)險耦合T值越大，則耦合風(fēng)險就越大。根據(jù)3個因素交叉風(fēng)險耦合T值的比較結(jié)果可知：人員-環(huán)境-管理的耦合風(fēng)險最大，人員-設(shè)備-環(huán)境的耦合風(fēng)險最小，設(shè)備-環(huán)境-管理的耦合風(fēng)險大于人員-設(shè)備-管理的耦合風(fēng)險。通過比較可知，3個因素風(fēng)險耦合中有管理因素參與耦合時比無管理因素參與時的耦合風(fēng)險更大，表明若管理出現(xiàn)漏洞，將增大水質(zhì)事故發(fā)生的可能性。且由管理因素和環(huán)境因素的完全耦合增大水質(zhì)事故的發(fā)生概率可知，環(huán)境因素在某種情況下可能是水質(zhì)風(fēng)險的推動力。

c. 通過對雙因素風(fēng)險耦合T值的比較可知：人員-管理耦合風(fēng)險最高，其次是設(shè)備-環(huán)境、環(huán)境-管理、人員-設(shè)備、設(shè)備-管理耦合，人員-環(huán)境耦合風(fēng)險最低，說明管理問題是水質(zhì)風(fēng)險發(fā)生的關(guān)鍵，而環(huán)境因素風(fēng)險既可以在管理出現(xiàn)問題時成為水質(zhì)風(fēng)險的推動力，又可以通過對設(shè)備的損壞，與設(shè)備因素耦合推動水質(zhì)風(fēng)險的發(fā)生。

4 結(jié) 論

基于對自來水供應(yīng)動態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)風(fēng)險因素的識別，分析了水質(zhì)風(fēng)險因素的耦合作用，并結(jié)合部分區(qū)域自來水公司的水質(zhì)事故情況數(shù)據(jù)，借助N-K模型計算出不同因素風(fēng)險的耦合值，為自來水公司水質(zhì)管理工作提供了理論借鑒。研究結(jié)果表明：參與風(fēng)險耦合的因素越多，水質(zhì)風(fēng)險越高。在人員、設(shè)備、環(huán)境和管理4個風(fēng)險因素中，管理因素風(fēng)險占主導(dǎo)地位，是影響水質(zhì)事故率的關(guān)鍵因素，環(huán)境因素風(fēng)險能借助管理因素風(fēng)險等對水質(zhì)事故的發(fā)生起到一定的推動作用。

通過對水質(zhì)風(fēng)險因素耦合的研究，對自來水供應(yīng)公司的水質(zhì)保障工作提出以下建議：

a. 提升對自來水公司的管理強(qiáng)度和管理水平，如嚴(yán)格考察崗位人員的勝任力程度，強(qiáng)化績效考核工作等，以減少管理因素風(fēng)險發(fā)生的概率。

b. 做好應(yīng)對突發(fā)環(huán)境因素風(fēng)險的緊急處理預(yù)案，根據(jù)環(huán)境因素風(fēng)險參與耦合時的風(fēng)險大小進(jìn)行不同強(qiáng)度的處理。同時，當(dāng)水源區(qū)水環(huán)境污染時，政府應(yīng)規(guī)制周邊居民的生產(chǎn)生活活動，且合理補(bǔ)償其經(jīng)濟(jì)損失。如周邊居民的養(yǎng)殖活動，使水體富營養(yǎng)化等，影響了取水水質(zhì)，政府在要求減弱養(yǎng)殖活動時，應(yīng)給予其相應(yīng)的補(bǔ)償。