城市供水系统脆弱性分析及风险评价系统方法研究——以地震灾害为例

摘要

城市供水系统作为城市“生命线工程”之一，具有极其重要的作用。但是，管网自身结构老化，以及自然灾害、恐怖袭击等突发事件都给城市供水安全带来严重威胁。因此，供水安全问题已经成为整个城市安全和防灾系统的重要组成部分，急需建立一套城市供水系统风险评价技术体系，而以往的研究主要是以某个供水子系统或某种特定威胁为研究对象，缺乏系统性。鉴于以上问题，本文综合应用系统科学的方法原理，提出了一套城市供水系统风险评价的系统方法，重点解决了供水系统风险评价的系统性和不确定性问题，可为供水系统的安全设计改造提供技术手段。
　　 首先，针对供水子系统受突发事件作用时功能转变的突变性特征，分析了供水子系统功能突变的机理，建立了供水子系统功能突变的模拟数学模型，在此基础上，结合供水子系统脆弱性综合评价指标体系的建立，提出了基于突变级数法的供水子系统脆弱性综合评价模型，并以某配水子系统为例进行研究，结果表明上述方法具有理论与实际可行性，克服了以往脆弱性评价方法主观性的缺陷。
　　 其次，针对供水子系统面临突发事件存在的不确定性问题，将物理学上最能有效解决无序度和不确定性问题的熵函数引入到供水子系统中进行风险评价研究，提出了供水子系统风险熵的概念及计算公式，并以某配水子系统为例进行实例研究，论证了上述供水子系统风险熵评价模型的准确性，解决了供水系统风险评价的不确定性问题。
　　 再次，针对城市供水系统风险评价的系统性问题，通过对国内典型城市供水子系统间协调关系和作用机理的分析，基于串、并联系统理论建立了城市供水系统逻辑结构数学模型，并结合风险传播理论的应用，建立了城市供水系统风险传播数学模型，解决了供水系统风险评价的系统性问题。
　　 最后，以天津市塘沽区供水系统为例，采用突变级数法和风险熵模型对各个供水子系统的脆弱性及风险熵进行了定量化计算，并对地震这种特定突发事件作用下的风险传播规律进行了分析，最终确定了塘沽区城市供水系统的总体风险，论证了上述模型的准确性。