邢永健,王 旭*,可 欣,吳天輝,滕文超(.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 036；.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 036)

?

基于風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的區(qū)域突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

邢永健1,王 旭1*,可 欣2,吳天輝1,滕文超2(1.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136；2.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：在大尺度空間,風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體和風(fēng)險(xiǎn)傳播途徑的多樣性和相互作用的復(fù)雜性是區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的難點(diǎn).同時(shí),現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法很少關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)因子的釋放規(guī)律,釋放后在空間中的分布格局,以及風(fēng)險(xiǎn)受體受到損害的途徑和程度.本文應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)理論,分析描述風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)形成和對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體作用的機(jī)制.結(jié)合南京化工園區(qū)實(shí)例進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別,采用集對(duì)分析等方法構(gòu)建了各風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng),再分析處于風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體,最后得到區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平分布,同時(shí)將其劃分為5個(gè)等級(jí).評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,位于風(fēng)險(xiǎn)源周圍或河道下游的人口稠密、生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值R≥6,風(fēng)險(xiǎn)水平處于極高、高等級(jí),與園區(qū)現(xiàn)狀具有較好的一致性.建議依據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平的分級(jí)、分類結(jié)果建立起以預(yù)防為主的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理體系.

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)；區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；風(fēng)險(xiǎn)受體；集對(duì)分析法

* 責(zé)任作者, 教授, wangx1960@126.com

區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(Regional Risk Assessment)是一種估計(jì)和比較環(huán)境影響在大尺度地理區(qū)域特征的方法[1],其特征表現(xiàn)在多源釋放產(chǎn)生的多重壓力、風(fēng)險(xiǎn)傳播途徑以及風(fēng)險(xiǎn)受體的多樣性和相互作用的復(fù)雜性.

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究對(duì)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了多方面的探索.通過(guò)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)模型對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)后果進(jìn)行分析,進(jìn)而提出基于后果的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,如考慮危險(xiǎn)物質(zhì)特性、環(huán)境遷移規(guī)律和環(huán)境危害特性的評(píng)價(jià)模型[2],以風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性與暴露的乘積表示風(fēng)險(xiǎn)后果的評(píng)價(jià)模型[3],考慮重大損失的全部重要類型來(lái)評(píng)估整體后果的評(píng)價(jià)模型[4].這些模型的實(shí)質(zhì)是分析風(fēng)險(xiǎn)受體以及受損規(guī)律來(lái)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)源,但未能足夠闡述風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的作用途徑.

同時(shí),對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源和受體的綜合評(píng)價(jià)模型以及針對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體的評(píng)價(jià)模型有了進(jìn)一步的發(fā)展.賈倩等[5]構(gòu)建了基于危險(xiǎn)物質(zhì)、生產(chǎn)工藝、設(shè)備設(shè)施、企業(yè)管理、企業(yè)布局的突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型;Pizzol等[6]針對(duì)空間信息變化問(wèn)題,提出了一種基于空間分析和相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法,對(duì)污染場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行大小排序,為風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù);Chen等[7]開(kāi)發(fā)了特定受體風(fēng)險(xiǎn)分布地圖以更好地對(duì)污染土地管理進(jìn)行情景分析; Giubilato 等[8]提出了一種在區(qū)域尺度上基于證據(jù)權(quán)重的環(huán)境化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)源的分級(jí)方法,支持管理者識(shí)別優(yōu)先環(huán)境污染物和優(yōu)先管理的區(qū)域; Zabeo等[9]通過(guò)應(yīng)用多目標(biāo)決策分析和空間分析技術(shù)評(píng)價(jià)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體的脆弱性;薛鵬麗等[10]從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體敏感性和適應(yīng)力兩方面構(gòu)建了脆弱性概念模型,建立了上海市環(huán)境污染事故風(fēng)險(xiǎn)受體綜合脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.總體而言,現(xiàn)有評(píng)價(jià)模型和方法很少關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)因子如何釋放,釋放后在空間中的分布格局,以及風(fēng)險(xiǎn)受體如何暴露于風(fēng)險(xiǎn)因子并受到損害的程度.

本文探索應(yīng)用區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)理論[11],并對(duì)其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的可操作性優(yōu)化,以期彌補(bǔ)相關(guān)研究的不足.

1　理論分析

1.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)

風(fēng)險(xiǎn)因子在環(huán)境空間中形成某種分布格局是風(fēng)險(xiǎn)危害發(fā)生的前提,我們稱這種分布格局為“環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)”(Environmental Risk Field, ERF).由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是一種不確定性事件,因此,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的形成也具有一定的概率.在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)形成過(guò)程中,風(fēng)險(xiǎn)因子的狀態(tài)、時(shí)空特性都將發(fā)生變化.

在實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,關(guān)注的是ERF對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體能產(chǎn)生危害的能力,即ERF的強(qiáng)度,這里將ERF的強(qiáng)度稱為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng),用E表示.ERF中的任一處(x, y)質(zhì)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度將決定于該點(diǎn)處風(fēng)險(xiǎn)因子的暴露水平和這種暴露出現(xiàn)的概率.公式表示如下:

其中:

式中:Ex,y為(x, y)處質(zhì)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng);Ex,yi為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處,風(fēng)險(xiǎn)因子i的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng);Px,yi為風(fēng)險(xiǎn)因子i出現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的概率;Cx,yj為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處,風(fēng)險(xiǎn)因子i的暴露水平;P′x,yi為出現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn)因子i的釋放概率;P″x,yi為控制機(jī)制失效的概率;P″′x,yi為風(fēng)險(xiǎn)因子i轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的概率;i為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因子,i= 1,2,...,n.

1.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體

風(fēng)險(xiǎn)受體是指風(fēng)險(xiǎn)因子可能危害的人、有價(jià)值物體、自然環(huán)境及社會(huì)系統(tǒng)[12].風(fēng)險(xiǎn)受體易損性可以被定義為受體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子的敏感性,它是風(fēng)險(xiǎn)受體固有的特性,與風(fēng)險(xiǎn)因子種類和受體本身有關(guān)[9].如果要考慮質(zhì)點(diǎn)(x, y)處所有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)受體,那么某種風(fēng)險(xiǎn)受體與其出現(xiàn)的概率必須綜合考量.因此,質(zhì)點(diǎn)(x, y)處風(fēng)險(xiǎn)受體易損性可表示為

式中:Vx,y為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn)受體易損性;Px,yj為風(fēng)險(xiǎn)受體j出現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的概率;Vx,yj為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處,風(fēng)險(xiǎn)受體j的易損性;j為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)受體,j=1,2,...,k.

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論,風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)與風(fēng)險(xiǎn)源之間有著密切的因果關(guān)系,風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中的風(fēng)險(xiǎn)因子源于風(fēng)險(xiǎn)源;而風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)與風(fēng)險(xiǎn)受體二者有相對(duì)獨(dú)立性,并不相互依存.鑒于此,在具體的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,為了實(shí)現(xiàn)可操作性,我們可先假設(shè)風(fēng)險(xiǎn)受體處于勻強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中,這樣只需根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)受體本身的特性就可得出受體易損性.

1.3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

空間中質(zhì)點(diǎn)(x,y)處的風(fēng)險(xiǎn)與該處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)和風(fēng)險(xiǎn)受體易損性共同決定,計(jì)算模

型為

式中:Rx,y為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn);Ex,yi為質(zhì)點(diǎn)(x, y) 處,風(fēng)險(xiǎn)因子i的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng);Px,yj為風(fēng)險(xiǎn)受體j出現(xiàn)在質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的概率;Vx,yj為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處,風(fēng)險(xiǎn)受體j的易損性;i為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因子,i=1,2,...,n;j為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)受體,j=1,2,...,k.

由于風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)(風(fēng)險(xiǎn)因子)與風(fēng)險(xiǎn)受體的多樣性以及相互作用的復(fù)雜性,為簡(jiǎn)化計(jì)算,質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn)可表示為

式中:Rx,y為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn);Ex,y為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng);Vx,y為質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的風(fēng)險(xiǎn)受體易損性.

綜上所述,把質(zhì)點(diǎn)(x, y)處的Ex,y和Vx,y作為Rx,y的變量,但是Ex,y和Vx,y如何計(jì)算更具科學(xué)性,目前還沒(méi)有定論.劉桂友等[13]參考USEPA規(guī)定(職業(yè)人群可接受風(fēng)險(xiǎn)值為10-5～ 10-4p/a,非職業(yè)人群可接受風(fēng)險(xiǎn)值為10-7～10-6p/a),對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值在10-8～10-3p/a進(jìn)行分級(jí).同時(shí),為方便在風(fēng)險(xiǎn)信息矩陣中顯示風(fēng)險(xiǎn)值,把指數(shù)形式的風(fēng)險(xiǎn)值轉(zhuǎn)換為熟悉的小數(shù)形式.類似的,我們將二者相乘后轉(zhuǎn)化為小數(shù)形式(式(6))進(jìn)行表達(dá).

2　案例分析

南京化工園區(qū)位于長(zhǎng)江北岸,目前規(guī)劃面積45km2(包括長(zhǎng)蘆片區(qū)26km2,玉帶片區(qū)19km2),實(shí)際開(kāi)發(fā)面積29.2km2.規(guī)劃區(qū)內(nèi)以岳子河為界,岳子河以西為長(zhǎng)蘆片,岳子河以東為玉帶片.南京化工園區(qū)是以石油化工和合成材料、精細(xì)化工等石油深加工為主的綜合性化工園,園區(qū)內(nèi)及外圍分布若干居民區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū),且河網(wǎng)密布,一旦發(fā)生突發(fā)環(huán)境事件,極易造成重大環(huán)境損失.

2.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的構(gòu)建

2.1.1 區(qū)域網(wǎng)格化 區(qū)域網(wǎng)格化是解決區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的復(fù)雜性問(wèn)題的方法之一[13-14].把評(píng)價(jià)區(qū)域的二維空間用500m等步長(zhǎng)劃分為相同大小的正方形區(qū)域,然后用一個(gè)62行65列的矩陣來(lái)表示評(píng)價(jià)區(qū)域,矩陣中的元素Ex,y代表二維空間中對(duì)應(yīng)的正方形區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度,通常用正方形中心點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)代表該區(qū)域.利用網(wǎng)格法的思想,可把研究區(qū)域分割形成一系列正方形區(qū)域,整個(gè)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度可以用矩陣形式(式(7))表示,此時(shí)矩陣內(nèi)各單元的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度為0.

2.1.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別 風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)由風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生,合理辨識(shí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源是構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的前提.因研究區(qū)域范圍較大,可視一家企業(yè)為一個(gè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源單元.突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性分析不是基于危害后果進(jìn)行的,而是基于風(fēng)險(xiǎn)源自身的危險(xiǎn)性進(jìn)行的,突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)的大小與化學(xué)物質(zhì)的理化性質(zhì)、危險(xiǎn)性和物質(zhì)數(shù)量的多少密切相關(guān).環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源中有毒有害物質(zhì)在發(fā)生泄漏后會(huì)對(duì)環(huán)境和人群帶來(lái)影響,但有些易燃易爆物質(zhì)發(fā)生燃燒爆炸時(shí)可能引發(fā)多米諾效應(yīng)和次生、衍生事故.因此,參照《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》[15]確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源指數(shù)Q.

式中:qi為每種危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存在量,t;Qi為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對(duì)應(yīng)的臨界量,t.

不同的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)有不同的理化性質(zhì),對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體的作用機(jī)制和損害程度也不同,該方法應(yīng)用歸一化的思想,把不同物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)量度同一化.同時(shí),環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)臨界量的確定遵循危害等值的原則,這為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)疊加提供了可行性.

由式(8)計(jì)算得出園區(qū)各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源指數(shù).根據(jù)系統(tǒng)安全優(yōu)先次序,也為優(yōu)化評(píng)價(jià)方法,篩選風(fēng)險(xiǎn)源指數(shù)最大的前25家企業(yè)作為評(píng)價(jià)對(duì)象.表1所列是園區(qū)部分企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源信息以及在矩陣中的位置.

表1　南京化工園區(qū)部分企業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源信息Table 1　Environmental risk sources information of partial enterprises in Nanjing Chemical Industry Park

表2　南京化工園區(qū)近20年年均風(fēng)頻統(tǒng)計(jì)(%)Table 2 The average of annual wind frequency in Nanjing Chemical Industry Park in past 20years (%)

2.1.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)按風(fēng)險(xiǎn)因子傳播途徑可分為大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)和土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng).土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)因其時(shí)間跨度大,在研究突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)不予考慮.

對(duì)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子分布可按梯形模糊關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算[13],這為構(gòu)建大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算模型提供了依據(jù).同時(shí),環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的形成存在確定與不確定的因素,如風(fēng)險(xiǎn)因子的載體大氣是確定的,但大氣在事故狀態(tài)下如何流動(dòng)是不確定的,而且確定與不確定的演變是一個(gè)連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的過(guò)程,由于時(shí)空的變化,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)在不斷改變,也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程.因此,本文應(yīng)用集對(duì)分析法[16]來(lái)構(gòu)建大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算模型.評(píng)價(jià)區(qū)域地處長(zhǎng)江三角洲,在此,假設(shè)該區(qū)域地勢(shì)平坦開(kāi)闊,且忽略人工建筑對(duì)氣體擴(kuò)散的影響.那么,區(qū)域某單元單一風(fēng)險(xiǎn)因子的暴露水平可表示為[17]

式中:Cx,y為計(jì)算點(diǎn)的單一風(fēng)險(xiǎn)因子的暴露水平;Q為風(fēng)險(xiǎn)源點(diǎn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源指數(shù);l為計(jì)算點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)源點(diǎn)的距離;i、j分別為差異系數(shù)、對(duì)立系數(shù),取i1=0.5、i2=-0.5、j≡-1;s1、s2、s3、s4分別取1000,3000,5000,10000m.

水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子擴(kuò)散基本沿河道遷移,所影響區(qū)域僅限河道周邊[13],形成的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)呈現(xiàn)明顯的流域性特征.在有限的區(qū)域內(nèi)有毒有害液體濃度仍遠(yuǎn)大于容許濃度值[13],故對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子暴露水平做等值擴(kuò)散處理.

式(2)中的P′、P″可通過(guò)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到,P′′′則需具體分析.《環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)、方法和案例》中有關(guān)石化行業(yè)的事故概率統(tǒng)計(jì)為10-5/a級(jí)別[18].在研究大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)時(shí),P′P″可取10-5/a,P′′′等于研究區(qū)域年平均風(fēng)頻,見(jiàn)表2;在研究水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)時(shí),因其較大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)難以形成,P′P″P′′′可取10-6/a.不同企業(yè)的P不盡相同,可根據(jù)《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》中企業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制水平進(jìn)行修正[15],P的修正系數(shù)見(jiàn)表3.因缺少各企業(yè)資料,本文未作修正.

表3　企業(yè)生產(chǎn)工藝與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制水平以及P的修正系數(shù)Table 3　Enterprise production process and environmental risk control levels and correction factors of P

分別計(jì)算25個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源所形成大氣、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度,并由式(1)得到區(qū)域各單元大氣、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度.若某單元同時(shí)存在大氣、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng),取其大者為最終環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度.因篇幅有限,僅取(17, 26)單元周圍1km各單元風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度矩陣為例示之,如下.

2.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性計(jì)算

同2.1.1,得到整個(gè)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)矩陣(式(10)),此時(shí)矩陣內(nèi)各單元的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)為0.

在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,很少全面考慮和定量分析受體易損性.區(qū)域尺度的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性差異明顯,暴露于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)時(shí)后果各異,風(fēng)險(xiǎn)管理也顯著不同.因此,合理量化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性意義重大.由于暴露受體的敏感性越強(qiáng),易損性就越大;而適應(yīng)力越強(qiáng),則易損性越低[10],那么環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性計(jì)算模型可表示為

式中:V、S和A分別為風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)、敏感性指數(shù)和適應(yīng)力指數(shù).

表4　S和A量化和計(jì)算模型Table 4　S, A quantification and calculation model

根據(jù)表4,通過(guò)式(3) (受體做靜態(tài)處理時(shí), Px,yj=0或1)分別計(jì)算區(qū)域各單元環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù),下面是(17, 26)單元周圍1km各單元環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)矩陣.

2.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

根據(jù)式(6),計(jì)算區(qū)域各單元的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值,并通過(guò)去余取整的方法得到區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值矩陣,(17, 26)單元周圍1km各單元環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值矩陣如下.

應(yīng)用ArcGIS進(jìn)行可視化處理,繪制環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖(圖1).

根據(jù)園區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算和圖1表征結(jié)果,區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平也可以劃分為5個(gè)等級(jí)水平:極高(R≥7)、高(R=6)、中(R=5)、低(R=4)、極低(R≤3).

圖1　南京化工園區(qū)及周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖Fig.1　Environmental risk map for Nanjing Chemical Industry Park and the surrounding

3　環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理

依據(jù)行政區(qū)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理是一種有效的手段[6-7,9,12].根據(jù)式(12)計(jì)算南京化工園區(qū)及周邊行政區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值(四舍五入),并進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分級(jí),同時(shí)通過(guò)分析環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源和受體分布確定行政區(qū)的顯著風(fēng)險(xiǎn)類型,見(jiàn)表5.

式中:n0、n1、n2、…為行政區(qū)內(nèi)各單元相同風(fēng)險(xiǎn)值的數(shù)量.

大廠街道、葛塘街道為高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū).該地區(qū)分布大量居民區(qū),人口密集,有馬汊河-長(zhǎng)江生態(tài)公益林二級(jí)管控區(qū),且位于化工園區(qū)盛行風(fēng)向的下風(fēng)向.應(yīng)做好環(huán)境應(yīng)急人員與隊(duì)伍建設(shè),制定詳細(xì)的人員疏散方案和救援工作,完善應(yīng)急監(jiān)測(cè)及預(yù)警決策指揮等.

評(píng)價(jià)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源主要位于長(zhǎng)蘆街道,該地區(qū)多個(gè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源瀕臨長(zhǎng)江,一旦有毒有害物質(zhì)流入長(zhǎng)江,極易對(duì)下游飲用水水源地、生態(tài)濕地造成破壞性影響,因此,要做好各環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局,并制定有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案,防止火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故及可能引起的次生、衍生環(huán)境污染及人員傷亡事故(有毒有害氣體擴(kuò)散,消防水、物料泄漏物及反應(yīng)生成物,從雨水排口、清凈下水排口、污水排口、廠門(mén)或圍墻排出,污染生態(tài)環(huán)境等).

表5　南京化工園區(qū)及周邊行政區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值Table 5　Environmental risk values for districts of Nanjing Chemical Industry Park and the surrounding

其他街道緊鄰化工園區(qū),人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感,應(yīng)根據(jù)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)化城市規(guī)劃與土地利用規(guī)劃,制定突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案,預(yù)防為主,完善環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理體系.

4　結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)如火如荼發(fā)展的今天,開(kāi)展區(qū)域突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究是具有現(xiàn)實(shí)意義的.本文根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)理論分析描述風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的形成及其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的損害機(jī)制.結(jié)合實(shí)例將研究區(qū)域網(wǎng)格化,進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別,運(yùn)用集對(duì)分析等方法構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)強(qiáng)度、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體易損性指數(shù)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算模型,繼而確定了區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平分布.研究表明,風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)理論運(yùn)用于區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是可行的,其量化后的計(jì)算結(jié)果與園區(qū)現(xiàn)狀具有較好的一致性.根據(jù)結(jié)果判定園區(qū)及周邊宜采取分類、分級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理策略.

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Method of regional acute environmental risk assessment based on risk field.

XING Yong-jian1, WANG Xu1*, KE Xin2, WU Tian-hui1, TENG Wen-chao2(1.School of Safety Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China；2.College of Energy and Environment, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1268～1274

Abstract：In large geographic area, multiple sources release multiple stressors and affect multiple habits and endpoints. The diversity and complexity of the interaction between sources, stressors and habits is one of the challenges of Regional Environmental Risk Assessment (RERA) for large geographic areas. Meanwhile, the existed assessment methods do not pay enough attention on the release rules of risk factors, the distribution patterns of risk factors in space, and the path and the degree of the damage on receptors caused by risk factors. The theory of Risk Field (RF) was applied to analyze the generation mechanism of risk field and the influence mechanism on risk receptors. The environmental risk of Nanjing Chemical Industry Park was investigated as the example. At first, the environmental risk sources were identified. Then, methods, like Set Pair Analysis, were used to construct environmental risk field of various risk sources. After analyzing the environmental risk receptors in the risk field, the distribution of regional environmental risk level could be obtained. The densely populated areas or ecologically sensitive areas located around the risk sources or the river downstream had higher environmental risk level (environmental risk value R≥6), which was in good agreement with the actual situation. This paper suggested establishing the prevention-oriented environmental risk management system based on the classification results of the environmental risks.

Key words：risk field；regional environmental risk；risk assessment；risk receptor；Set Pair Analysis

作者簡(jiǎn)介：邢永健(1989-),男,江蘇徐州人,碩士研究生,主要從事系統(tǒng)安全理論與應(yīng)用、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理研究.

基金項(xiàng)目：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07202-004-02)

收稿日期：2015-07-07

中圖分類號(hào)：X820.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6923(2016)04-1268-07