薛鵬麗,曾維華 (北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,北京 100875)

上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

薛鵬麗,曾維華*(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,北京 100875)

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是區(qū)域布局型環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)管理的重要手段.本研究在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論的指導(dǎo)下,借鑒“自上而下”和“自下而上”傳統(tǒng)區(qū)劃方對(duì)上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃研究.上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中“自上而下”環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)區(qū)的劃分是依據(jù)上海市 1990～2008年突發(fā)污染事故歷史時(shí)空格局獲得;而“自下而上”是通過構(gòu)建上海市風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系,在對(duì)指標(biāo)進(jìn)行概念模型量化的基礎(chǔ)上,運(yùn)用基于遺傳算法的K均值聚類在最小區(qū)劃單元進(jìn)行聚類區(qū)劃,并依據(jù)上海市政府宏觀規(guī)劃對(duì)聚類后的圖斑碎塊進(jìn)行科學(xué)性和實(shí)用性調(diào)整,獲得上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū)和小區(qū);將上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)區(qū)及亞區(qū)和小區(qū)集成分析,實(shí)現(xiàn)上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃.結(jié)果表明:上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃包含2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)區(qū),5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū)和21個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū),客觀揭示了上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律.針對(duì)上海市布局型環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和不同風(fēng)險(xiǎn)區(qū)提出相應(yīng)的管理措施,為上海市綜合減災(zāi)降險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管理決策提供科學(xué)依據(jù).

突發(fā)環(huán)境污染事故；上海;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃；自上而下；自下而上；基于遺傳算法的K均值聚類；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)管理

上海是我國長江三角洲城市群的核心城市,黃浦江與蘇州河兩岸分布有大量傳統(tǒng)重化工企業(yè),而吳淞、高橋、金山、寶山等區(qū)縣新型化工園繁榮發(fā)展[1].與此同時(shí),隨著上海經(jīng)濟(jì)突發(fā)猛進(jìn)的發(fā)展,中心城不斷擴(kuò)張,風(fēng)險(xiǎn)源周邊取水口,人群等風(fēng)險(xiǎn)受體不斷增加,一旦發(fā)生污染事故,必將造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,上海布局型環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯.此外,從2000年到2008年宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看,上海市突發(fā)環(huán)境污染事故呈明顯上升趨勢(shì).突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)威脅著上海市人群健康和生態(tài)環(huán)境安全.

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是新興的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析的思路,也是突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)研究和差異性管理的重要依據(jù).目前國內(nèi)外環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法的研究主要集中在對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的空間表達(dá)[2-5]和單因素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子圖形疊置[6-9]兩個(gè)方面.基于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果在空間的表達(dá),很難反映環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)要素特征在空間分異規(guī)律,并不是真正意義上的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃;而單因素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子圖形疊置法缺失了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)其他要素信息,如風(fēng)險(xiǎn)源疊加產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃缺少對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的考慮,結(jié)果的科學(xué)性有待進(jìn)一步研究[10].

本研究中,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是依據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)在時(shí)間上的演替和空間上的分布規(guī)律,對(duì)其空間范圍進(jìn)行區(qū)域劃分,反映環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間地域性和一致性,用等級(jí)系統(tǒng)來體現(xiàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃要素空間分異規(guī)律的過程.在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論的指導(dǎo)下,借鑒“自上而下”和“自下而上”傳統(tǒng)區(qū)劃方法對(duì)上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃研究.其中,“自上而下”環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間差異性劃分是依據(jù)上海市歷史突發(fā)污染事故時(shí)空格局獲得;而“自下而上”是在構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系并對(duì)其進(jìn)行概念模型量化的基礎(chǔ)上,在區(qū)劃的最小單元實(shí)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)要素空間解耦,將指標(biāo)屬性值進(jìn)行空間分析及信息集成,運(yùn)用基于遺傳算法的K均值聚類分析,依據(jù)上海市政府宏觀規(guī)劃對(duì)聚類后的圖斑碎塊進(jìn)行科學(xué)性和實(shí)用性調(diào)整,獲得上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)小區(qū);將上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大區(qū)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)集成分析,實(shí)現(xiàn)上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃.受體三方面構(gòu)建上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系,如表1所示.

表1 上海市突發(fā)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系Table 1 Zoning index system of Shanghai environmental accident risk

1 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)識(shí)別

計(jì)算2007年上海登記的一千余家生產(chǎn)、使用、貯存危險(xiǎn)化學(xué)品單位的危險(xiǎn)系數(shù),選取危險(xiǎn)系數(shù)前一百位的單位作為上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性的研究對(duì)象;上海市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)特征分析主要考慮大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)和水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng),不考慮地表水、土壤等其他傳輸介質(zhì)特征;此外,上海市是一個(gè)包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)等因素的復(fù)合系統(tǒng),因此突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)象包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng),風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱性包含社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)脆弱性.

在對(duì)上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

2 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)模型量化

2.1 上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性

從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源自身危險(xiǎn)性和控制機(jī)制有效性兩個(gè)變量構(gòu)建上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)源綜合危險(xiǎn)性量化模型.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源與一般危險(xiǎn)源不同,火災(zāi)爆炸事故不會(huì)產(chǎn)生突發(fā)環(huán)境污染事故,但會(huì)造成有毒有害物質(zhì)的泄露(如松花江污染事故),由此導(dǎo)致大氣或水污染污染事故.因此,本研究認(rèn)為含有易燃易爆物質(zhì)的危險(xiǎn)源不屬于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源,但這類危險(xiǎn)物質(zhì)是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)(即有毒有害物質(zhì))釋放的致因.在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性量化模型中,易燃易爆物質(zhì)危險(xiǎn)性作為權(quán)重,進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源自身危險(xiǎn)性.

根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》[11],上海市 100家環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源有毒物質(zhì)危險(xiǎn)性計(jì)算如式(1)所示:

式中:Hi為有毒性物質(zhì)i的危險(xiǎn)指數(shù);Qi為第i種物質(zhì)貯存量;LD50為第i種物質(zhì)的半致死濃度.易燃易爆事故危險(xiǎn)性選用TNT當(dāng)量模型量化,其計(jì)算如式(2)所示:

式中:WTNT為蒸汽云的TNT當(dāng)量, kg;Wf為蒸汽云中燃料的總質(zhì)量,kg; a為蒸汽云爆炸的效率因子,表明參與爆炸的可燃?xì)怏w的百分?jǐn)?shù),一般取3%或 4%;Qf為物質(zhì)燃燒熱,MJ/kg;QTNT為TNT的爆炸熱,一般取平均值4.52MJ/kg.

此外,上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源控制機(jī)制有效性由初級(jí)控制機(jī)制和次級(jí)控制機(jī)制共同決定.控制機(jī)制的指標(biāo)都為定性的描述指標(biāo),運(yùn)用基于層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的控制機(jī)制進(jìn)行量化.邀請(qǐng)上海市安全部門,環(huán)境保護(hù)部門,及100家風(fēng)險(xiǎn)源企業(yè)員工等30位專家對(duì)表1中的控制機(jī)制指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值和隸屬度的確定,依此評(píng)價(jià)上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源控制機(jī)制的有效性.

上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算公式如式(3)所示:

根據(jù)式(3)計(jì)算上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源綜合危險(xiǎn)性,其空間分布如圖1所示.

由圖1可知,杭州灣北部、浦東外高橋區(qū)域、寶山和嘉定突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源集中,且風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性較大;崇明、南匯、青浦突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源較少,且危險(xiǎn)性也較小;市中心普陀區(qū)分布有重大突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)源,一旦發(fā)生污染事故必將引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重社會(huì)影響,建議通過布局優(yōu)化調(diào)整,將該區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)源搬遷至相應(yīng)的工業(yè)園,降低上海市中心城區(qū)突發(fā)環(huán)境污染事故的風(fēng)險(xiǎn).

圖1 上海市100家環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性分布Fig.1 Spatial distribution of 100 environmental risk sources hazardous in Shanghai

2.2 上海市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)特征指數(shù)

2.2.1 大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)特征指數(shù) 用改進(jìn)的高斯模型來反映環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)入大氣后風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)特征,從而反映大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)在區(qū)域空間的相對(duì)特征.依據(jù)高斯模型構(gòu)建的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)不是用于模擬預(yù)警,而是為了從污染氣象條件角度反映大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的空間差異,從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)角度反映區(qū)域突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)特征.

對(duì)于單風(fēng)險(xiǎn)源單風(fēng)向影響下的大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù),在對(duì)區(qū)域劃分網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,主要考慮風(fēng)向和每個(gè)網(wǎng)格與區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源的距離構(gòu)造大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù).參考?xì)怏w擴(kuò)散高斯模型,構(gòu)造大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)為:

式中:點(diǎn)(x, y)為高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值,該坐標(biāo)系以風(fēng)險(xiǎn)源為坐標(biāo)原點(diǎn),x軸正向?yàn)轱L(fēng)向,y軸在水平面上垂直于x軸,正向與x軸成90度角;Q為風(fēng)險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)值.

當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)源為多源且受多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向影響時(shí),需固定坐標(biāo)系,按風(fēng)向和風(fēng)險(xiǎn)源將計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)變換成高斯坐標(biāo),帶入式(4)求出計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)于風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù);再累積計(jì)算其他風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù).當(dāng)受多個(gè)風(fēng)向影響時(shí),多源模式下的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)為:

式中: R為區(qū)域內(nèi)某計(jì)算點(diǎn)的大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù);n為風(fēng)險(xiǎn)源個(gè)數(shù);pj為風(fēng)向j的風(fēng)頻率;rij(xij, yij)為計(jì)算點(diǎn)在j風(fēng)向下對(duì)應(yīng)于第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù);xij, yij為計(jì)算點(diǎn)在j風(fēng)向下對(duì)應(yīng)于風(fēng)險(xiǎn)源i的高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo).

根據(jù)式(4)、式(5)計(jì)算上海市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù),其空間分布如圖2所示.由圖可知,上海市西北方向(下風(fēng)向)大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)明顯高于東南方向(上風(fēng)向),即南匯及奉賢南部受大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)影響較弱.由于上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源幾乎都分布在上海市市區(qū)及其周邊郊區(qū),因此,崇明島地區(qū)幾乎不受大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)影響.

2.2.2 水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù) 對(duì)于一般的河流而言,其深度和寬度相對(duì)于長度非常小,排入河流的污染物,經(jīng)過一段離排污口很短的距離,就可以在斷面上混合均勻.因此,絕大多數(shù)河流水質(zhì)的計(jì)算常?？梢院喕梢痪S水質(zhì)問題,即假設(shè)污染濃度在斷面上均勻一致,只隨著流程的方向變化.此時(shí),對(duì)于河流的空間特征來講,就是將河流抽象為一條線[12].在計(jì)算某個(gè)取水口的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)時(shí),可參考一維穩(wěn)態(tài)河流混合衰減模型.

圖2 上海市大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)分布Fig.2 Atmospheric risk field index distribution of Shanghai

當(dāng)某取水口上游存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值為 q的風(fēng)險(xiǎn)源時(shí),參考河流一維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型,該取水口服務(wù)區(qū)域的水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)為:

式中:W為水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù);x為風(fēng)險(xiǎn)源到取水口的距離,m;k為風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)衰減系數(shù),d-1;ux為河流平均流速,m/s; Q為河流的流量.

當(dāng)取水口上游有多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源,且流經(jīng)多條河流對(duì)取水口產(chǎn)生影響時(shí),通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)進(jìn)行累加獲得取水口的水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù).

根據(jù)式(6)計(jì)算上海市的水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù),其空間分布如圖3所示.由圖可知:黃浦江下游取水口的水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)明顯高于其他取水口,由于其服務(wù)范圍主要為浦東、市中心等人口密集的區(qū)域,當(dāng)發(fā)生污染事故時(shí),對(duì)黃浦江下游居民飲用水安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅,該區(qū)域飲用水安全保障問題是污染事故預(yù)防和應(yīng)急管理的重點(diǎn).此外,由于上海市郊區(qū)風(fēng)險(xiǎn)源分布相對(duì)較少,且取水口大都位于水系上游,因此,水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)影響較小,青浦的大部分地區(qū)、金山、寶山和嘉定的北部水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)遠(yuǎn)低于浦東和市中心地區(qū).

圖3 上海市水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of the water risk field index in Shanghai

2.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性

2006年《Global Environmental Change》指出暴露、敏感性、彈性/適應(yīng)能力是脆弱性的構(gòu)成要素,并探討了社會(huì)-生態(tài)框架下,脆弱性、適應(yīng)能力、彈性的概念及研究現(xiàn)狀,指出脆弱性分析應(yīng)包含暴露、敏感性及適應(yīng)能力分析,且應(yīng)從社會(huì)、生態(tài)雙維出發(fā)[13-15].上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性主要考慮暴露受體的敏感性和適應(yīng)力兩個(gè)因素.暴露受體敏感性越強(qiáng),脆弱性就越大;而適應(yīng)力越強(qiáng),則脆弱性越低,其概念模型用式(7)表示:

式中:VI為風(fēng)險(xiǎn)受體暴露脆弱度指數(shù);SI、ACI分別為受體敏感度指數(shù)及適應(yīng)力指數(shù).

上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)受體是一個(gè)包含社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然等因素的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),因此其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱度是社會(huì)脆弱度和生態(tài)脆弱度的耦合,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱度概念模型為:

式中:SV為突發(fā)環(huán)境污染事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱度;VIs為社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱度指數(shù);VIe為生態(tài)系統(tǒng)脆弱度指數(shù);α、β分別代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)不同受體的權(quán)重值.

圖4 上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱度指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of the receptor vulnerability in Shanghai

根據(jù)式(7)計(jì)算上海市社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱度和生態(tài)系統(tǒng)脆弱度的基礎(chǔ)上,分析上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體特征,依據(jù)上海市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體特征及專家咨詢,上海市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)脆弱性權(quán)重值α,β分別取 0.6,0.4.根據(jù)式(8)計(jì)算上海市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱度指數(shù),其空間分布結(jié)果如圖 4所示.由圖可知,上海市市中心區(qū),極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱度導(dǎo)致中心城區(qū)風(fēng)險(xiǎn)受體的綜合脆弱度高于其他區(qū)域.市郊區(qū)極高的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性導(dǎo)致該區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱性很高.上海市其他郊區(qū)如奉賢、嘉定及崇明等地,由于人口分布較少、經(jīng)濟(jì)密度低,使得其社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱性較低,同時(shí)由于市郊區(qū)域敏感生態(tài)系統(tǒng)分布較少,使得該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)受體脆弱性不高,從社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)兩方面考慮,該區(qū)域的綜合脆弱度指數(shù)較低,可以作為中心人口疏散、風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)選址或?qū)崿F(xiàn)上海市產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化調(diào)整目標(biāo)的依據(jù).

3 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果

3.1 自上而下—基于區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)信息統(tǒng)計(jì)的區(qū)劃

圖5 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)大區(qū)Fig.5 The environmental accident risk districts of Shanghai

區(qū)域歷史突發(fā)環(huán)境污染事故時(shí)空格局能客觀反映突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分布規(guī)律,為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及應(yīng)急管理提供依據(jù)[16].因此,“自上而下”一級(jí)界線的劃分主要考慮區(qū)域突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生的差異性.通過對(duì)上海市2000～2008年各區(qū)縣突發(fā)環(huán)境污染事故的統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)研究區(qū)突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分,結(jié)果如圖5所示,根據(jù)上海市突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生頻次,將上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)劃分為污染事故重點(diǎn)控制區(qū)、污染事故防范區(qū)兩個(gè)一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū).

3.2 自下而上—基于最小單元聚類的區(qū)劃

將研究區(qū)域劃分為 1000m×1000m的網(wǎng)格,共產(chǎn)生135210個(gè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)復(fù)合圖斑作為自下而上區(qū)劃的最小單元.此時(shí),每個(gè)圖斑中都包含有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性指數(shù)、大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)、水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性指數(shù) 4個(gè)屬性值,采用基于遺傳算法的K均值聚類實(shí)現(xiàn)自下而上的區(qū)劃.在Matlab環(huán)境下編寫基于遺傳算法的K均值聚類算法,其參數(shù)設(shè)置如下:種群大小m=60,算法的最大迭代次數(shù) T=100,交叉概率pc1= 0.9, pc2= 0.6,變 異 概 率 pm1= 0.1, pm2= 0.001,b=1000.獲得最優(yōu)初始聚類中心后,運(yùn)用K均值算法進(jìn)行聚類,直到每組數(shù)據(jù)收斂到最優(yōu)解.

參考2007年《上海市土地利用規(guī)劃》[17]、《產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃》[18]、《上海市城市發(fā)展總體規(guī)劃》[19]和《上海市生態(tài)功能區(qū)劃》[20]中重點(diǎn)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目等對(duì)聚類的圖斑碎塊進(jìn)行調(diào)整獲得上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的亞區(qū)和小區(qū).

3.3 上海市突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃方案

將“自上而下”和“自下而上”區(qū)劃結(jié)果綜合集成分析,得到上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃結(jié)果,如表2所示.

4 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策

從上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果看,上海市布局型環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源集中分布在市中心的人口密集區(qū)和黃浦江沿江取水口保護(hù)范圍,由此造成突發(fā)環(huán)境污染事故高發(fā)及黃浦江下游水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)偏高.嘉寶南風(fēng)險(xiǎn)源控制小區(qū)(I-11)緊鄰中心城社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱區(qū)(II-11),此外,位于市中心(主要為普陀區(qū))也分布由重大危險(xiǎn)源,一旦發(fā)生污染事故將對(duì)上海市的核心命脈區(qū)域造成影響,經(jīng)濟(jì)損失也將不可估量.因此,應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的上海市產(chǎn)業(yè)布局做優(yōu)化調(diào)整,如將嘉寶南部的風(fēng)險(xiǎn)源搬遷至寶山工業(yè)園等其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)脆弱性較低的區(qū)域.在這些重大危險(xiǎn)源未搬遷之前,該區(qū)域布局型突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的減緩措施主要是對(duì)重點(diǎn)危險(xiǎn)企業(yè)的監(jiān)控和預(yù)警.突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生時(shí)該區(qū)事故應(yīng)急管理的重點(diǎn)主要是人群疏散、應(yīng)急救援、事故的應(yīng)急處理處置,二次污染的預(yù)防等.由上海市水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指數(shù)空間分布圖(圖3)可知,黃浦江沿江布局型突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尤為嚴(yán)重,由此導(dǎo)致黃浦江下游水系風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)影響明顯.上海市取水口和風(fēng)險(xiǎn)源都沿江分布,隨著中心城的不斷擴(kuò)張,風(fēng)險(xiǎn)源周邊人群不斷增加,一旦發(fā)生污染事故,不但對(duì)飲用水造成污染,還危及社會(huì)穩(wěn)定和人體健康.由于,黃浦江沿江危險(xiǎn)源較多,很難在短時(shí)間內(nèi)將它們徹底搬遷,因此,短期內(nèi)該區(qū)域布局優(yōu)化調(diào)整的措施主要為嚴(yán)格限制沿江新危險(xiǎn)源的增加,并進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有重大危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)隱患排查,不符合規(guī)定的要堅(jiān)決取締或關(guān)閉,減少危險(xiǎn)源對(duì)敏感人群和取水口的威脅;從長遠(yuǎn)來看,應(yīng)在綜合考慮該區(qū)域功能定位及其生態(tài)環(huán)境特征的基礎(chǔ)上,搬遷重大危險(xiǎn)源或轉(zhuǎn)移飲用水取水口.

表2 上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃命名Table 2 The name list of Shanghai environmental accidents risk regionalization

5 結(jié)論

依據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論,從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性(包括風(fēng)險(xiǎn)源自身的危險(xiǎn)性和控制機(jī)制的有效性)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)特征性(水系和大氣風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng))以及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性(社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)脆弱性)3方面建立了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的指標(biāo)體系,借鑒自然災(zāi)害區(qū)劃的方法,運(yùn)用“自上而下”和“自下而上”相結(jié)合的區(qū)劃方法獲得上海市突發(fā)環(huán)境污染事故的2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)區(qū),5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)亞區(qū)和21個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū),客觀揭示了上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)的空間分布規(guī)律.在分析上海市突發(fā)環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)因子和風(fēng)險(xiǎn)特征的基礎(chǔ)上,提出不同的風(fēng)險(xiǎn)管理措施,優(yōu)化區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理,為研究區(qū)減災(zāi)、防災(zāi)、產(chǎn)業(yè)布局等提供重要依據(jù).

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Shanghai environmental accidents risk regionalization.

XUE Peng-li, ZENG Wei-hua*(State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China). China Environmental Science, 2011,31(10)：1743～1750

Environmental risk regionalization is an important method for regional environmental risk management. Based on the theory of environmental risk system, the traditional regionalization method which combining the top-down with bottom-up was adopted to analyze the Shanghai environmental accidents risk. The zoning regions were formed through the space variation of Shanghai history environmental accidents. Furthermore, the indicator system of environmental risk regionalization was established to realize the risk on the basis of index quantification, and the K-means algorithm was used to conduct the similarity combination of smallest regionalization units. After adjusting the cluster fragments, the environmental risk sub-regions were obtained. Taking into account the top-down and bottom-up regionalization results, the integrated zoning of Shanghai environmental risk was achieved. Shanghai environmental accident risk regionalization comprised two big regions, five sub-regions and twenty one districts. The corresponding suggestion to different type of environmental risk regions were also put forward in the paper to guide Shanghai environmental risk management and accident emergency response.

environmental accidents；Shanghai；environmental risk regionalization；top-down zoning；bottom-up zoning；K-means algorithm based on genetic；environmental risk partition management

A

1000-6923(2011)10-1743-08

2011-01-21

國家“863”項(xiàng)目(2007AA06A404)

* 責(zé)任作者, 教授, zengwh@bnu.edu.cn

薛鵬麗(1981-),女,山西太谷人,博士,主要從事環(huán)境管理、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)類研究.