供水系统是城市基础设施的重要组成部分,与城市发展和社会稳定息息相关。近年来,受环境变化、工农业生产和居民生活的影响,我国水环境质量呈现恶化趋势,而居民对于饮用水质量的要求却不断提高;同时,在持续性污染尚未得到彻底控制的情况下,以交通事故、生产事故和违规排放为代表的各类突发性水污染事件发生频率日渐升高,危害日益增大,给城市供水安全带来了新的隐患。目前,我国许多城市开始有计划的进行水质安全保障研究,分析潜在威胁,研究应对方法,制定应急预案。但是,不同城市、不同水厂的水源情况、水质状况、潜在污染源、可能发生的污染情景不同,水厂所采用的工艺和所具备的资金、技术、应急设施也有所差异,因此,需针对特定研究对象有针对性的开展水质安全保障研究。本文以西北某市供水系统为研究对象,针对系统在水源水质、污染风险及净水能力等方面存在的问题,重点开展水质风险评价、水质变化趋势分析与预测、潜在污染源与污染特征分析及应急处理方法等方面的研究,主要研究内容与结论包括:1)建立了基于主成分分析的模糊综合评价模型针对传统评价模型存在的评价因子选取主观性强,评价结果可比性差及超标存在性表述不直观等问题,以模糊评价原理为基础,建立了基于主成分分析的模糊综合评价模型。利用主成分分析的降维原理筛选评价因子,降低主观因素对评价结果的影响;以级别特征值J作为同级别水体水质状况比较和超标因子存在性判定的依据,提高评价模型的实用性。研究结果表明,当级别特征值J大于2时,无论最终评价结果如何,均表明评价水体存在超标因子,且J值越大,水体状况越差;以筛选后的水质指标作为评价因子,所得J值能更准确的反映超标因子的存在性,使得最终评价结果更加科学。2)分析了案例城市水厂原水主要水质指标的变化趋势采用Spearman秩相关系数法和季节性肯达尔法对案例城市地表水源水厂和地下水源水厂原水主要水质指标的变化特征进行了分析,结果表明:地表水源水厂原水中表征有机物含量的指标高锰酸盐指数、化学需氧量以及表征水体富营养化的指标总氮,呈现上升趋势,水厂有机污染风险、藻类爆发风险、消毒副产物生成风险升高;地下水源水厂原水天然水化学特征并未发生不利变化,微生物类指标(细菌总数、大肠杆菌群)不断降低,营养盐成分稳定,有机污染风险小,但锰、亚硝酸盐污染风险较高;在所研究水体水质季节性变化特征不明显,漏测值、奇异值个数较少,且仅需对变化趋势做定性评价时,Spearman秩相关系数法与季节性肯达尔法评判结果基本相同,且Spearman秩相关系数法计算简便,对数据量要求较小,在实际应用中更便于推广。3)建立了基于Lyapunov指数的原水水质混沌预测模型以混沌学原理为基础,以混沌学在其它学科的研究成果为参考,建立了基于Lyapunov指数的原水水质混沌预测模型,探讨了采用混沌学原理分析原水水质序列变化特征的可行性。研究结果表明,原水水质序列可能存在混沌特性,利用文中提出的混沌预测模型可以实现短期内水质变化的预测,平均预测误差低于10%,为周期性水质高负荷风险的预测提供了一种新的途径。4)确定了案例城市水源地污染风险源类型及污染方式通过现场调查和资料收集的方式,对案例城市水源保护区内潜在的污染源种类、可能发生的污染情景以及可能造成的污染影响进行了分析,结果表明:地表水源保护区潜在污染源以突发性污染源为主,污染特征表现为短时间内污染物的大量排放,而地下水源保护区潜在污染源以常规污染源为主,污染特征表现为长时间的持续性污染积累;案例城市地表水源保护区面临事故源、工业源、流域源、内部源及自然灾害源五类潜在突发性污染源的威胁,可能发生石油类污染、氮磷污染、重金属污染(镉、铬)等多种污染形式;地下水源保护区内潜在污染源类型可分为工业源、补给源、农业生产源、居民生活源及固体废物源,可能引发有机污染、氮元素污染等多种污染形式,其中以氨氮污染最为显著。5)评估了水厂常规工艺对主要风险污染物的去除效果以有机物、总磷、重金属(镉、铬)三类典型风险污染物为研究对象,分析了混凝+沉淀+过滤+消毒的常规工艺的净水效果,研究结果表明:常规工艺对CODMn的平均去除率为38.3%,去除能力有限,但通过强化混凝的方式可满足当前水质状况下净水安全的需要;常规工艺对总磷的去除率约为60%-90%,去除效果较好,出水安全风险较小;常规工艺可应对六价铬和二价镉的最大污染强度分别为0.150mg/L和0.025mg/L,不能满足应急处理的需要,安全风险较大。6)提出了案例城市应急处理系统建设方案针对案例城市地表水源水厂和地下水源水厂面临的不同水质风险和具备的不同应急条件,以试验结果为依据,提出了建设以粉末活性炭投加系统+化学药剂投加系统为核心的地表水源水厂应急处理系统和以高锰酸钾氧化+砂滤工艺为核心的地下水源水厂应急处理系统。研究结果表明,粉末活性炭吸附法和化学沉淀法对以重金属污染物为代表的多种突发性污染物具有较好的去除效果,是目前较为常用的突发性水污染应急处理方法;将地表水源水厂应急处理系统建于案例城市地表水引水工程汇流池管理站可实现应急处理的“关口前移”,降低进厂原水污染物负荷,最大限度的降低污染事件对水厂常规工艺的影响,提高水厂出水水质安全保障系数;高锰酸钾氧化+砂滤工艺在进水锰≤0.7mg/L、氨氮≤1.1mg/L时具有稳定的运行效果,可满足现阶段案例城市地下水高锰、高氨氮风险应急处理的需要。