俞 茜 ，李 娜 ，王艷艷 ，丁留謙 ，杜曉鶴 ，王 靜

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038； 2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心， 北京 100038）

1 研究背景

當(dāng)洪水流經(jīng)范圍內(nèi)有廢水處理廠［1］、垃圾填埋場［2］等暴露污染源時，洪水有可能沖壞污染源并被釋放出的污染物所污染，被污染的洪水可能會造成流經(jīng)區(qū)域的土壤污染、水質(zhì)惡化或者其他負(fù)面的生態(tài)環(huán)境后果［3-5］，而污染的土壤和水體可能會進(jìn)一步對人體健康造成威脅［3，6-7］。

相較于較為成熟的洪水經(jīng)濟損失評估理論與方法［8］，生態(tài)環(huán)境影響由于較難被定量評估，因此目前針對洪水的生態(tài)環(huán)境影響評估的研究較為缺乏。奧地利、比利時等國將洪水淹沒圖與受保護(hù)對象圖疊加形成洪水的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險圖，其中的編制差別在于各國的受保護(hù)對象不同［9］。盡管該方法能顯示洪水淹沒范圍內(nèi)可能受影響的自然保護(hù)區(qū)等受保護(hù)對象，但是無法比較不同洪水情況下生態(tài)環(huán)境受影響的程度。隨著氣候變化［10］和人類活動的加?。?1］，極端暴雨事件頻發(fā)，如何增加生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性，減少洪澇對其造成的負(fù)面影響是非常重要的研究課題。

本文構(gòu)建了一套可以半定量地評估洪水污染造成的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響的方法體系，并以南水北調(diào)中線一期工程某高填方渠段為例，分析了潰堤洪水對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響，旨在對比不同洪水情況可能造成的生態(tài)環(huán)境影響的嚴(yán)重性程度，為增強生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性提供技術(shù)支撐。

2 評估體系構(gòu)建與評估方法

當(dāng)洪水流經(jīng)區(qū)域存在潛在污染源時，洪水演進(jìn)過程中造成潛在污染源釋放污染物并導(dǎo)致洪水被污染，則有可能對當(dāng)?shù)氐娘嬘盟磪^(qū)等受保護(hù)對象造成威脅。因此，本文構(gòu)建評估體系時，選擇潛在污染源危害程度和受體敏感度兩個評價指標(biāo)，通過專家判斷等方法輔助確定污染源危險分級、潛在污染源危害程度的等級閾值以及受體敏感度等級閾值，采用矩陣法綜合潛在污染源危害程度與受體敏感度兩個指標(biāo)得到生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度，洪水污染的生態(tài)環(huán)境影響評估體系流程圖見圖1。

2.1 生態(tài)環(huán)境影響類型識別采用事件樹分析法（ETA）分析洪水可能造成的生態(tài)環(huán)境后果類型，見圖2。當(dāng)洪水流經(jīng)潛在污染源后，被污染的水體進(jìn)入飲用水源區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、受保護(hù)地下水等保護(hù)對象時，會造成受保護(hù)對象被污染。若洪水流經(jīng)區(qū)域無潛在污染源，但是區(qū)域存在水土保持能力較差等問題，則有可能造成水土流失或者土壤鹽漬化。洪水的生態(tài)環(huán)境影響具有連鎖反應(yīng)等特征，例如，當(dāng)洪水造成飲用水源區(qū)被污染后，可能繼續(xù)引發(fā)城市水源污染事故，從而造成人群健康等問題，被污染的水體同樣會對農(nóng)業(yè)、漁業(yè)等造成威脅。本文構(gòu)建的生態(tài)環(huán)境影響評估體系針對洪水流經(jīng)污染源造成研究區(qū)域的受保護(hù)對象的負(fù)面影響進(jìn)行分析。此外，由于水污染造成人群健康出現(xiàn)問題等次生災(zāi)害難以直接定量評價，因此，本文構(gòu)建的評估體系僅評估洪水污染造成的直接生態(tài)環(huán)境影響。

圖2 ETA分析洪水可能造成的生態(tài)環(huán)境后果影響類型

2.2 潛在污染源危害程度等級制定潛在污染源危害程度根據(jù)洪水淹沒范圍內(nèi)潛在污染源可能會釋放的特征污染物的危險程度、潛在污染源數(shù)量以及規(guī)模三方面確定。當(dāng)潛在污染源規(guī)模難以獲取時，可以假設(shè)不同潛在污染源的規(guī)模一致，即均取值為1。由于：（1）污染源的釋放量除了本身的設(shè)計堆放量以外，與洪水對污染源的沖擊力及自身防御力等很多因素相關(guān)，而這是一個非常復(fù)雜的問題；（2）從偏安全的角度考慮，可以選擇所有污染源中的最大釋放量進(jìn)行分析，因此針對潛在污染源規(guī)模的假設(shè)是合理的。

通過專家判斷法，本文根據(jù)各污染源可能釋放的特征污染物的危害程度將所有潛在污染源劃分為表1中的5級，并賦予對應(yīng)的污染源危險分值。

除了潛在污染源的危險等級，潛在污染源的數(shù)量與規(guī)模也是影響洪水淹沒范圍內(nèi)潛在污染源危害程度的重要指標(biāo)。潛在污染源的危害由洪水淹沒范圍內(nèi)所有潛在污染源的危險分值乘以對應(yīng)的污染源規(guī)模后相加求和得出，計算公式如下：

式中，S為洪水淹沒范圍內(nèi)所有潛在污染源危害程度分值；Li為洪水淹沒范圍內(nèi)第i級危險級別的潛在污染源危險分值（見表1），i=1，2，3，4，5；n為洪水淹沒范圍內(nèi)不同危險級別的潛在污染源數(shù)量；Mij為第i級第j個污染源的規(guī)模（規(guī)模不同時采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值，規(guī)模均相同則均取值為1），j=1，2，……，n。

表1 潛在污染源危險分值

根據(jù)式（1），計算得出每一個洪水方案淹沒范圍內(nèi)的潛在污染源危害程度分值，當(dāng)所有洪水方案的潛在污染源危害程度分值均計算得出后，根據(jù)專家打分法將不同分值的潛在污染源危害程度劃分為5級，見表2。

表2 潛在污染源危害程度等級示例

2.3 受保護(hù)對象確定和受體敏感度等級制定通過ETA識別出多種生態(tài)環(huán)境后果影響類型，但只有當(dāng)受體對象為研究區(qū)域的受保護(hù)對象時才需要進(jìn)行評估。本文以南水北調(diào)中線一期工程某高填方渠段為例，根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境影響評價分類管理名錄》，跨流域調(diào)水等引水工程的環(huán)境敏感區(qū)包含：（一）自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、飲用水水源保護(hù)區(qū)；（二）資源性缺水地區(qū)、重要水生生物的自然產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道等；（三）文物保護(hù)單位等。結(jié)合研究區(qū)域的實際情況，本文研究的敏感受體共包括三類，分別是自然保護(hù)區(qū)/風(fēng)景名勝區(qū)（文物保護(hù)單位）、受保護(hù)地表水（地表飲用水源區(qū)、水功能區(qū)劃中要求水質(zhì)目標(biāo)Ⅲ類水及以上）、受保護(hù)地下水（飲用水源區(qū)、水質(zhì)量為Ⅲ類水及以上）。根據(jù)保護(hù)級別，給不同的受保護(hù)對象賦予不同的敏感度分值，見表3。

表3 受體敏感度賦值

針對每一個洪水方案，采用式（2）計算洪水淹沒范圍內(nèi)所有受保護(hù)對象的敏感度分值T，T值四舍五入后對照表4進(jìn)行受體敏感度等級劃分，得出對應(yīng)洪水淹沒范圍內(nèi)的受體敏感度等級。其中，由于洪水在流經(jīng)非硬化地表后下滲，部分水體會在下滲后的數(shù)小時至數(shù)天后流回河流等地表水體，其余部分入滲水體可能會進(jìn)入地下含水層，相較于洪水對于地表水體的直接影響，洪水對地下水造成影響的可能性相對較小，因此在計算地下水敏感度時乘以一個系數(shù)k，本文在案例研究時取值為0.5。

2.4 影響嚴(yán)重性程度確定采用矩陣法，將潛在污染源危害程度等級與受體敏感度等級相結(jié)合，得出不同的洪水淹沒情況對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度，影響嚴(yán)重性程度為1～25，見圖3。

表4 受體敏感度等級示例

圖3 生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度矩陣

3 案例研究

3.1 研究區(qū)域本文以南水北調(diào)中線一期工程某高填方渠段為研究對象，該研究渠段總長5.7 km，研究范圍包括中線總干渠左岸向外延伸5 km、右岸向外延伸10 km范圍的兩岸區(qū)域。

3.2 污染源和受保護(hù)對象研究范圍內(nèi)包括農(nóng)耕區(qū)、工業(yè)區(qū)和居民住宅區(qū)［12］。據(jù)統(tǒng)計，本次研究范圍內(nèi)共分布有30個潛在點源污染源，包含垃圾堆放場、水泥廠等，點源污染源分布不均勻，在城區(qū)附近分布較為集中。研究區(qū)域內(nèi)的受保護(hù)對象包括水質(zhì)為Ⅲ類的地下水以及1個全國重點文物保護(hù)單位，因此，研究區(qū)域可能發(fā)生的生態(tài)環(huán)境影響類型為地下水污染和自然保護(hù)區(qū)/風(fēng)景名勝區(qū)（文物保護(hù)單位）受影響。

3.3 研究方案基于最可能、最不利和代表性等原則，本文在該高填方渠段的左右岸不同位置共設(shè)置了12個可能的潰口，潰口寬度均為32 m，潰決方式為較不利的瞬間全潰，潰口底高程為堤底高程和堤外地面網(wǎng)格高程中的較大值。

3.4 研究結(jié)果本文針對該高填方渠段的12個潰堤洪水方案對總干渠兩岸生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行評估，12個方案的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度見圖4。

以其中兩個代表性潰口洪水方案為例（見圖5），左圖中的左堤潰決洪水流經(jīng)農(nóng)田以及2個普通工廠后，在非硬化地表下滲進(jìn)入地下水，由于流經(jīng)范圍內(nèi)污染源危害程度較低（2級），且受體敏感度較低（1級），因此該潰決洪水對于左岸區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響較低，嚴(yán)重性程度為2；而右圖的右堤潰決洪水在演進(jìn)過程中流經(jīng)農(nóng)田、1個化工廠、2個金屬制造廠和1個普通工廠后，在非硬化地表下滲進(jìn)入地下水（1級），由于洪水淹沒范圍內(nèi)的污染源的危害程度較高（4級），因此，該潰決洪水對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境可能造成一定的影響，嚴(yán)重性程度為4。

研究結(jié)果表明，該高填方渠段研究范圍內(nèi)發(fā)生潰堤洪水對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境影響普遍較小，其中11個洪水方案造成的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度為1或2，這是因為：（1）本次研究的洪水淹沒范圍內(nèi)沒有保護(hù)等級較高的受保護(hù)對象；（2）大部分方案的洪水淹沒范圍內(nèi)污染源較少。僅有方案12造成的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度為4，這是因為：相較于其他潰堤洪水方案，方案12的潰堤位置靠近城區(qū)，污染源分布較為集中，因此，盡管受保護(hù)對象一樣，但是由于洪水淹沒范圍內(nèi)有較多的污染源，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度較高。綜上，采用本文構(gòu)建的洪水生態(tài)環(huán)境影響評估體系可以半定量地評估并對比分析不同洪水方案造成的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度，且結(jié)果合理。

圖4 12個潰堤洪水方案造成的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度

圖5 典型潰堤洪水方案對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境影響

4 結(jié)論

本文構(gòu)建了一套可以半定量地評估洪水污染造成的生態(tài)環(huán)境影響的方法體系，該方法同時考慮了洪水淹沒范圍內(nèi)的潛在污染源的危害程度和保護(hù)受體的敏感度兩方面，其中，潛在污染源危害程度又同時考慮了污染源數(shù)量、規(guī)模及不同污染源可能釋放的污染物的危險程度；將構(gòu)建的評估體系應(yīng)用于南水北調(diào)中線一期工程某高填方渠段，識別了地下水被污染和自然保護(hù)區(qū)/風(fēng)景名勝區(qū)（文物保護(hù)單位）受影響兩種可能發(fā)生的生態(tài)環(huán)境影響類型，同時識別了研究區(qū)域的30個潛在污染源，分析了12個潰堤洪水方案對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境影響的嚴(yán)重性程度。研究結(jié)果表明12個洪水方案造成的生態(tài)環(huán)境影響均較小，只有一個洪水方案造成的生態(tài)環(huán)境影響嚴(yán)重性程度為4，其余均為1或2。