韓玉婷，黃 蕾

(污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046)

·環(huán)境預(yù)警·

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖研究

韓玉婷，黃 蕾*

(污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210046)

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖基于地理信息系統(tǒng)(GIS)對(duì)信息和數(shù)據(jù)的空間分析，通過各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估或預(yù)測(cè)模型，將評(píng)估的結(jié)果以空間方式展示出來。由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖直觀、信息量大的優(yōu)點(diǎn)，有助于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理以及突發(fā)事件的應(yīng)急反應(yīng)和實(shí)時(shí)決策。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)地圖種類作了概述，總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)制圖中需注意的問題以及國(guó)內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)地圖的應(yīng)用研究以及發(fā)展情況。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖;地理信息系統(tǒng);風(fēng)險(xiǎn)管理

目前，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果一改傳統(tǒng)上通過非空間方式表達(dá)的方法，通過地理信息系統(tǒng)(GIS)，在電子地圖的基礎(chǔ)上處理各種地理空間信息，將地理數(shù)據(jù)(如拓?fù)?和屬性數(shù)據(jù)(環(huán)境特點(diǎn)、土地使用、污染濃度等)嵌入GIS的空間模型整合到地圖中［1－3］。

由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖具有可視化、直觀性等特點(diǎn)，逐漸被廣泛應(yīng)用于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的安全管理以及應(yīng)急決策之中。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖的目的主要有兩種，一是幫助風(fēng)險(xiǎn)分析專家探索環(huán)境壓力(如污染物)影響下的空間性質(zhì);二是在專家和公眾之間建立橋梁，為普通公眾和政策制定者提供環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果。

1 風(fēng)險(xiǎn)地圖的種類

1.1 污染地圖

測(cè)定或者預(yù)測(cè)一個(gè)地區(qū)的某環(huán)境壓力(污染)水平，繪制成圖。例如危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸事故［4］，該類地圖直接以事故數(shù)量作為繪圖依據(jù)，見圖1。

圖1顯示了道路運(yùn)輸事故發(fā)生頻率的空間分布。根據(jù)此圖，有助于在重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)事故的安全防范措施，此類地圖是最為簡(jiǎn)單的一種。

1.2 污染風(fēng)險(xiǎn)地圖

污染風(fēng)險(xiǎn)地圖是將某地區(qū)被污染物污染的概率繪制在地圖上，地圖中污染并沒有發(fā)生或者污染程度未知。

該類地圖常用于地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。例如，應(yīng)用DRASTIC模型，通過地質(zhì)、水文或者土壤數(shù)據(jù)的結(jié)合來確定易被污染的含水層位置，并附有土地利用現(xiàn)狀或化學(xué)品來源，以制成地下水污染風(fēng)險(xiǎn)地圖［5］。

在國(guó)內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)地圖也常用于洪水風(fēng)險(xiǎn)編制。利用水文學(xué)方法、水庫潰壩洪水計(jì)算模型及二維水力學(xué)數(shù)學(xué)模型對(duì)石梁河水庫庫區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，從而得到不同頻率的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖［6］，見圖2。

圖1 中國(guó)各省道路運(yùn)輸事故分布及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r

圖2 石梁河水庫庫區(qū)不同頻率疊加淹沒范圍

在繪制地圖過程中，若繪制對(duì)象不是污染物而是污染受體(如生態(tài)系統(tǒng)或者人類)，即可稱為暴露地圖。例如，繪制受重金屬污染的莊稼地圖，顯示了暴露于該污染物下的潛在消費(fèi)者［7］。

1.3 危害地圖

將測(cè)定或預(yù)測(cè)的環(huán)境污染物濃度與毒性閾值或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，將比較的結(jié)果繪制出來。危害地圖能顯示某區(qū)域所受影響有多大，但不能顯示該影響發(fā)生的概率，因此還要考慮敏感風(fēng)險(xiǎn)受體的存在。例如，MARKUS和MCBRATNEY等通過指示克里格方法［8］，繪制了悉尼周邊表層土中鉛含量超過澳大利亞環(huán)境監(jiān)管限值(300 mg/kg)的概率［9］，見圖3。

1.4 “真”風(fēng)險(xiǎn)地圖

該類地圖的風(fēng)險(xiǎn)指真正意義上的風(fēng)險(xiǎn)，涉及事件發(fā)生的危害程度以及發(fā)生概率。該類地圖使用不同的指標(biāo)、范圍、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，但通常都要運(yùn)用一種或多種模型來模擬預(yù)測(cè)暴露情況以及影響風(fēng)險(xiǎn)。例如，HELLWEGER等人運(yùn)用空氣擴(kuò)散模型模擬了玻利維亞冶煉廠的砷暴露情況，利用GIS風(fēng)險(xiǎn)模塊繪制致癌風(fēng)險(xiǎn)［10］。

1.5 累積風(fēng)險(xiǎn)地圖

該類地圖在研究中應(yīng)用得較少。通常運(yùn)用濃度添加模型模擬化合物的聯(lián)合，來使多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)合至歸一化的參數(shù)中，從而繪制累積風(fēng)險(xiǎn)地圖。例如，MOISEENKO等人計(jì)算金屬環(huán)境濃度與毒性閾值之間的比值，再將地表水中各個(gè)金屬的比值相加得到綜合毒性指數(shù)(Itox)。依據(jù)這個(gè)參數(shù)繪制成了俄羅斯科拉半島地區(qū)的累積風(fēng)險(xiǎn)地圖，以顯示對(duì)水生生物的潛在綜合影響［11］，見圖4。

圖4 俄羅斯科拉半島毒性指數(shù)Itox累積風(fēng)險(xiǎn)地圖

2 風(fēng)險(xiǎn)地圖的繪制

在風(fēng)險(xiǎn)地圖繪制中，顯示風(fēng)險(xiǎn)的指數(shù)通常是商(毒性曝光比率TERs，危害商數(shù) HQs)，已測(cè)或預(yù)測(cè)的環(huán)境濃度(PECs)除以毒理學(xué)或管理閾值(預(yù)測(cè)無影響濃度、最大可承受風(fēng)險(xiǎn)限額、毒性參考值、普通參考劑量)或其他環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。人類健康風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)生率或發(fā)病率，或表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化死亡率［12］。

構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)地圖的目的是為了更好地在不同團(tuán)體間進(jìn)行信息交換，幫助利益相關(guān)者作出風(fēng)險(xiǎn)決策，制定風(fēng)險(xiǎn)管理措施。因此，在風(fēng)險(xiǎn)制圖中需要注意風(fēng)險(xiǎn)感知、目標(biāo)受眾、技術(shù)以及顯示效果等問題。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)感知

不同的風(fēng)險(xiǎn)感知影響到風(fēng)險(xiǎn)信息的溝通?？茖W(xué)與非科學(xué)人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有不同的感知［13］，影響因素包括風(fēng)險(xiǎn)的種類、社會(huì)層面以及個(gè)人的行為和性格因素等。研究人員在進(jìn)行公眾風(fēng)險(xiǎn)感知問卷調(diào)查時(shí)，通常要分析調(diào)查人員的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征［14，15］，在風(fēng)險(xiǎn)溝通過程中需要良好的溝通技巧。

2.2 目標(biāo)受眾和利益相關(guān)者

風(fēng)險(xiǎn)信息溝通中，風(fēng)險(xiǎn)地圖應(yīng)該要滿足不同使用者的不同理解水平。在風(fēng)險(xiǎn)地圖的繪制前，需要確定該地圖的使用人群。針對(duì)規(guī)劃人員以及政策制定者，需要提供詳細(xì)具體的風(fēng)險(xiǎn)地圖，用于風(fēng)險(xiǎn)的分析［16］;而針對(duì)普通公眾，則應(yīng)提供更直觀、簡(jiǎn)易、方便理解的風(fēng)險(xiǎn)地圖［17］。

2.3 規(guī)模和空間聚合度

由于污染的空間范圍和風(fēng)險(xiǎn)受體的空間分布，不同的污染風(fēng)險(xiǎn)均有特定的空間范圍。風(fēng)險(xiǎn)地圖的空間范圍對(duì)使用者有一定意義，因此需要依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的種類、傳達(dá)的信息和受眾目標(biāo)確定最合適的范圍。

錯(cuò)誤的空間聚合類型和水平容易引起政策制定者錯(cuò)誤的決策，因此空間聚合水平也應(yīng)該符合使用者的相關(guān)需求。如圖5所示的荷蘭地區(qū)噪聲污染地圖［18］，依照荷蘭中央統(tǒng)計(jì)局的方法繪制，依據(jù)該地圖(圖5b)，暴露于高噪聲水平下的住宅比例擴(kuò)大，因而頒布的一些措施可能對(duì)該地區(qū)的某些居民并不適用。

圖5 不同空間聚合度下噪聲污染

2.4 顏色和符號(hào)

顏色和符號(hào)在風(fēng)險(xiǎn)地圖中用于區(qū)分不同地區(qū)和不同特征，并且涵蓋了該地區(qū)的重要信息，直接影響到出圖的顯示效果，因此顏色和符號(hào)的選擇應(yīng)使地圖更加直觀易讀，避免引起讀圖不清、理解錯(cuò)誤等情況［18］。

2.5 圖層疊加

在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理措施制定時(shí)，往往不能單純依靠一張風(fēng)險(xiǎn)地圖。例如，防汛管理措施中，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖應(yīng)該與防洪工程分布圖、水系圖層、地形圖層、行政區(qū)劃圖層等疊加顯示［6］，才能起到?jīng)Q策依據(jù)的作用。又如，將有害物質(zhì)水平圖、危險(xiǎn)設(shè)備水平圖與管理水平圖疊加起來，形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖，才能有效識(shí)別化工企業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，幫助開展應(yīng)急響應(yīng)工作［19］。

3 風(fēng)險(xiǎn)地圖的應(yīng)用

GIS的發(fā)展推進(jìn)了風(fēng)險(xiǎn)地圖的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖的繪制大多處在學(xué)術(shù)研究層面。在實(shí)際應(yīng)用方面，主要涉及自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，尤其是洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

對(duì)于公共災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，不同國(guó)情、不同管理體制和管理水平的國(guó)家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)地圖的需求不盡相同。國(guó)外制作風(fēng)險(xiǎn)地圖都是為了滿足某個(gè)特定的目的，包括風(fēng)險(xiǎn)區(qū)管理和避難指導(dǎo)，商業(yè)保險(xiǎn)費(fèi)率需求以及指導(dǎo)土地利用等。例如，法國(guó)通過地球成因?qū)W，繪制整個(gè)法國(guó)領(lǐng)域氡風(fēng)險(xiǎn)地圖(圖6)，識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)以保護(hù)公眾不受高濃度氡氣的危害［20］。

圖6 法國(guó)勃艮第地區(qū)氡風(fēng)險(xiǎn)分布

中國(guó)在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)險(xiǎn)地圖則較多為調(diào)度指揮以及災(zāi)情評(píng)估等服務(wù)。如圖7［21］，通過遙感和GIS技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以指導(dǎo)消防規(guī)劃。風(fēng)險(xiǎn)地圖也用于其他例如地震、沙塵暴等方面的評(píng)估，并且在公共突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)中，風(fēng)險(xiǎn)地圖應(yīng)用正迅速發(fā)展。

圖7 北京市朝陽區(qū)十八里店鄉(xiāng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

國(guó)內(nèi)關(guān)于非自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，也進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)地圖的繪制，主要應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究，并提供政策建議。例如，分析中國(guó)污染事故的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，為開展突發(fā)性環(huán)境污染事故的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供理論支持，并且對(duì)政府公共機(jī)構(gòu)環(huán)境污染與破壞事故的預(yù)防和管理提供技術(shù)支持與政策建議［22］(圖8)。

4 展望

目前在技術(shù)上，風(fēng)險(xiǎn)地圖的發(fā)展依賴于GIS領(lǐng)域的進(jìn)展，需要通過共同的管理標(biāo)準(zhǔn)，來提高系統(tǒng)間的互操作性，以及地理空間數(shù)據(jù)的交換性。在應(yīng)急反應(yīng)制圖中應(yīng)加強(qiáng)空間信息的智能化、語意化，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)制圖技術(shù)，加強(qiáng)制圖中的動(dòng)態(tài)化。

在風(fēng)險(xiǎn)管理上，如應(yīng)急事件，需要把評(píng)估模型與情景分析結(jié)合起來，以幫助實(shí)時(shí)決策。

在交流媒介上，除了傳統(tǒng)的印刷地圖，目前最重要的是互聯(lián)網(wǎng)。隨著網(wǎng)絡(luò)繪圖的發(fā)展，除了常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)圖，用戶也可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫自己選擇、查看和生成的特定地圖。

隨著風(fēng)險(xiǎn)地圖制圖的規(guī)范化和普遍化，風(fēng)險(xiǎn)管理措施以及應(yīng)急事件實(shí)時(shí)決策將有效應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)防范與處置。

圖8 1995年、2000年、2005年環(huán)境污染與破壞事故地域分布

［1］ ALLAN B C，F(xiàn)RED C.An overview to geographic information systems［J］.The journal of academic librarianship，1997(11):449- 461.

［2］ 邊馥苓.地理信息系統(tǒng)原理和方法［M］.北京:測(cè)繪出版社，1996.

［3］ 子墨.地理信息系統(tǒng)(GIS)［J］.中國(guó)減災(zāi)，2007(7).

［4］ YANG J，LI F Y.A survey on hazardous materials accidents during road transport in China from 2000 to 2008［J］.Journal of Hazardous Materials，2010，184(1- 3):647- 653.

［5］ DUCCI D.GIS techniques for mapping groundwater contamination risk［J］.Nat Hazards，1999，20(2- 3):279- 294.

［6］ 王軍，梁忠民，施曄.基于GIS的水庫洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，38(1):20- 25.

［7］ BARANCIKOVA G，MADARAS M，RYBAR O.Crop contamination by selected trace elements.Categorization of agricultural soils from the viewpoint of risk assessment［J］.Journal of Soils and Sediments，2004(4):37- 42.

［8］ MARKUS J A，MCBRATNEY A B.An urban soil study:heavy metals in Glebe Australia［J］.Australian Journal of Soil Research，1996，34(3):453- 465.

［9］ MARKUS J A，MCBRATNEY A B.A review of the contamination of soil with lead II.Spatial distribution and risk assessment of soil lead［J］.Environment International，2001，27(5):399- 411.

［10］ HELLWEGER F L，WILSON L H，NARANJO E M，et al.Adding human health risk analysis tools to geographic information systems［J］.Transactions in GIS，2002，6(4):471- 484.

［11］ MOISEENKO T I.The fate of metals in Arctic surface waters.Method for defining critical levels［J］.Science of the Total Environment，1999，236(1- 3):19- 39.

［12］ JOOST L，LAMMERT K .Environmental riskmapping of pollutants:State of the art and communication aspects［J］.Science of the Total Environment，2010，408(18):3899- 3907.

［13］ HOLTZHAUER F J，HUANG J，POMPILI M J.Communicating risk at the local level:improving your chances［J］.Human and Ecological Risk Assessment:An International Journal，1998，4(1):1- 5.

［14］ HUANG L，BI J ，ZHANG B，et al.Perception of people for the risk of Tianwan nuclear power plant［J］.Frontiers of Environmental Science and Engineering in China，2010，4(1):73- 81.

［15］ HUANG L，SUN K，BAN J，et al.Public Perception of Blue-Algae Bloom Risk in Hongze Lake of China［J］.Environmental Management，2010，45(5):1065- 1075.

［16］ GIUPPONI C，EISELT B，GHETTI P F.A multicriteria approach for mapping risks of agricultural pollution for water resources:the Venice Lagoon watershed case study［J］.Journal of Environmental Management，1999，56(4):259- 269.

［17］ DELLINGER J A.Exposure assessment and initial intervention regarding fish consumption of tribal members of the Upper Great Lakes Region in the United States［J］.Environmental Research，2004，95(3):325- 340.

［18］ BARTELS C J，VAN BEURDEN A U C J.Using geographic and cartographic principles for environmental assessment and risk mapping［J］.Journal of Hazardous Materials，1998，61(1-3):115- 124.

［19］ HUANG L，WAN W B，LI F Y，et al.A two-scale system to identify environmental risk of chemical industry clusters［J］.Journal of Hazardous Materials，2011，186(1):247- 255.

［20］ IELSCH G，CUSHING M E，COMBES P H，et al.Mapping of the geogenic radon potential in France to improve radon riskmanagement:methodology and first application to region Bourgogne［J］.Environmental Radioactivity，2010，101(10):813- 820.

［21］ 鄒亮.遙感與GIS在消防規(guī)劃火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用［J］，數(shù)字通信世界，2011(2):67- 71.

［22］ 李靜，呂永龍，賀桂珍，等.我國(guó)突發(fā)性環(huán)境污染事故時(shí)空格局及影響研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29(9):2684- 2688.

Environmental Risk Mapping based on Various Risk Assessment Models

HAN Yu-ting，HUANG Lei
(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，School of the Environment，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210046，China)

With the application of Geographic Information Systems，environmental risk map displays the result of risk assessment in spatial way on the basis of analysis of environmental information and data by various risk assessment or prediction models.Risk map helps environmental risk management and emergency response or real-time decision-making because of its intuition and broad coverage.Presents an overview of the main types of risk maps and concludes several issues during mapping.At last，the application or research and development of risk map at home and abroad are briefly discussed.

risk assessment;environmental risk map;Geographic Information Systems;risk management

X820.4

A

1674- 6732(2012)-04- 0008- 05

10.3969/j.issn.1674- 6732.2012.04.002

2011- 06- 20;

2011- 07- 20

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(40901266);國(guó)家水體污染與治理科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2009ZX07527- 008);國(guó)家水體污染與治理科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2008ZX07528- 005)。

韓玉婷(1989—)，女，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析與管理。

黃蕾(1980—)，女，講師，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析與管理。