孔凡青，梁舒汀，崔文彥

(海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心，天津 300170)

突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件對經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境及人民的生產(chǎn)生活均造成極大的威脅。隨著我國城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，水污染事件呈現(xiàn)高發(fā)的態(tài)勢[1]。本研究以海河流域的重要子流域永定河流域?yàn)槔?，提出了流域陸域控制單元劃分的方法，?gòu)建了以陸域控制單元為基礎(chǔ)的流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系，并開展了風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)，繪制了永定河流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖，以期為有效應(yīng)對區(qū)域突發(fā)水污染事件，保護(hù)水資源和水環(huán)境，以及人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供技術(shù)支持和決策借鑒。

1 流域陸域控制單元的劃分

陸域控制單元作為流域水質(zhì)目標(biāo)管理多層次體系“流域-區(qū)域-控制單元”中的一個(gè)組成層次[2]，可作為流域復(fù)雜水環(huán)境問題的基礎(chǔ)單元。由于陸域控制單元劃分時(shí)需充分考慮小流域的完整性及河流的上下游關(guān)系，可作為流域水污染防治和風(fēng)險(xiǎn)管理的重要單元。

水文單元的劃分是通過GIS(Geographic Information System)手段，以永定河流域?yàn)槔紫然谠搮^(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM)，如圖1所示，利用水文分析模塊提取子流域邊界。通過永定河流域DEM數(shù)據(jù)可知，永定河流域大部分屬于山區(qū)。子流域劃分后，與DEM數(shù)據(jù)共同作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)河流水系的實(shí)際情況進(jìn)行修正，并在Arc-SWAT中的匯水單元的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位標(biāo)注。進(jìn)一步劃分剪裁獲取永定河流域數(shù)字河網(wǎng)圖，如圖2所示。根據(jù)行政區(qū)劃與子流域融合原則和便于管理原則，永定河流域共劃分出109個(gè)陸域控制單元，如圖3所示。

圖1 永定河流域數(shù)字高程圖

圖2 永定河流域數(shù)字河網(wǎng)圖

圖3 永定河流域109個(gè)陸域控制單元分布圖

2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的識別

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源主要指事故發(fā)生后對環(huán)境和人群產(chǎn)生影響的單元或?qū)ο骩3]。從風(fēng)險(xiǎn)的源頭去規(guī)避突發(fā)重大突發(fā)性環(huán)境污染事件的發(fā)生，是防范環(huán)境突發(fā)事件的有效途徑，這就要求對可能導(dǎo)致突發(fā)環(huán)境事件的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行科學(xué)識別、分類分級和有效管理，這也符合當(dāng)前環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范的需求。

2.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的調(diào)查

為全面摸清環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源情況，需對該區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源基本情況進(jìn)行調(diào)查。

(1)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源基本情況：包括企業(yè)的名稱、所屬行業(yè)、企業(yè)位置，企業(yè)生產(chǎn)或使用的危險(xiǎn)物質(zhì)類型和數(shù)量，掌握風(fēng)險(xiǎn)源的總體分布概況。

(2)危險(xiǎn)物質(zhì)：是對企業(yè)生產(chǎn)或使用的主要危險(xiǎn)物質(zhì)的調(diào)查，主要參考GB 12268—2005《危險(xiǎn)貨物品名表》。

(3)周邊環(huán)境狀況：主要針對的是風(fēng)險(xiǎn)源場界內(nèi)的環(huán)境敏感點(diǎn)和工業(yè)企業(yè)的調(diào)查等。

2.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源分類與分級

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的分類方式有多種，包括基于環(huán)境受體的分類方法、基于物質(zhì)狀態(tài)的分類方法、基于傳播途徑的分類方法等[4]。然而，目前國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源分類分級方法。

風(fēng)險(xiǎn)源所屬的行業(yè)類別與風(fēng)險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性關(guān)系較大?？紤]本研究區(qū)域的實(shí)際情況，參照曲常勝及宋雅珊等人的研究[5- 6]，確定風(fēng)險(xiǎn)源所屬行業(yè)類別，作為風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)性的一個(gè)重要評價(jià)指標(biāo)。風(fēng)險(xiǎn)源的分級方面，根據(jù)化學(xué)品環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)物質(zhì)的種類、危害等和及發(fā)生突發(fā)事故后的后果程度，將風(fēng)險(xiǎn)源分為重大、較大、一般和輕微風(fēng)險(xiǎn)源四個(gè)等級。

3 突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖繪制

在對陸域控制單元劃分和流域污染源進(jìn)行識別的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)體系中各指標(biāo)的計(jì)算，對控制單元存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，可以更加深入和直觀地了解風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)容和程度，并使事故發(fā)生后采取的處置措施更具有針對性和可操作性。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。風(fēng)險(xiǎn)等級劃分和評價(jià)的核心在于指標(biāo)的選取、賦值和標(biāo)準(zhǔn)值的建立。建立突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系是風(fēng)險(xiǎn)等級劃分和評價(jià)的基礎(chǔ)。

基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(P-S-R)理論，綜合國內(nèi)外研究成果[7- 9]，以陸域控制單元為基礎(chǔ)，將單元內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)(R)表示為區(qū)域危險(xiǎn)性(C)、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率(P)和區(qū)域受體的脆弱性(V)三者的乘積。即：

R=C·P·V

(1)

式中，R—風(fēng)險(xiǎn)；C—危險(xiǎn)性或后果嚴(yán)重性；P—風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率；V—風(fēng)險(xiǎn)受體的脆弱性。

評價(jià)指標(biāo)體系中，目標(biāo)層為突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)；主題層為風(fēng)險(xiǎn)等級計(jì)算的3個(gè)要素，即危險(xiǎn)性或后果嚴(yán)重性、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)受體的脆弱性；指標(biāo)層的設(shè)置主要根據(jù)主題層的內(nèi)涵和組成要素，且考慮風(fēng)險(xiǎn)源危險(xiǎn)程度的影響因素以及描述系統(tǒng)狀態(tài)和變化建立的。基于此構(gòu)建出永定河流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系，如圖4所示。

圖4 永定河流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)指標(biāo)體系

3.2 流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級計(jì)算

3.2.1危險(xiǎn)性或后果嚴(yán)重性計(jì)算

經(jīng)數(shù)據(jù)收集和現(xiàn)場調(diào)查，永定河流域共篩選出風(fēng)險(xiǎn)源69個(gè)，劃分為化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、食品飲料加工制造業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等12個(gè)行業(yè)類別(I1)，并分別統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)源的規(guī)模信息(I2，包括注冊資金、年銷售額等)。風(fēng)險(xiǎn)源與河流的距離(I3)主要基于Arc-GIS中的距離測算(near)和測量(measure)工具，獲得各相應(yīng)排入河流的距離。風(fēng)險(xiǎn)源影響范圍(I4)是指風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生的污染物隨著河流遷移擴(kuò)散到下游陸域控制單元，對下游單元產(chǎn)生的影響?；?/p>

F=∑Ci(i=1，2，3……n)

(2)

Ci=C0×e-0.000045x

(3)

式中，Ci—上游風(fēng)險(xiǎn)源對陸域控制單元的影響得分；n—上游風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)量；C0—上游風(fēng)險(xiǎn)源得分；x—河流長度，m；F—對受上游風(fēng)險(xiǎn)源影響得分。

此外，對于移動風(fēng)險(xiǎn)源，本研究將其概化處理，設(shè)置沿河公路長度(I5)和過河橋梁個(gè)數(shù)(I6)兩個(gè)指標(biāo)，代表移動風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故的概率。

3.2.2風(fēng)險(xiǎn)控制能力計(jì)算

區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制及控制水平，從一定程度上可以代表控制和阻礙環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受體接觸的能力。本研究選擇突發(fā)事故防范能力(I7)、區(qū)域人均GDP(I8)、事故應(yīng)急響應(yīng)能力(I9)等3個(gè)指標(biāo)對危險(xiǎn)控制能力進(jìn)行評價(jià)。突發(fā)事故防范能力主要從風(fēng)險(xiǎn)源內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制，是否發(fā)生過環(huán)境事故等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；區(qū)域人均GDP數(shù)據(jù)主要從陸域控制單元所在行政區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，按與危險(xiǎn)控制能力呈正相關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；事故應(yīng)急響應(yīng)能力指標(biāo)主要設(shè)置事故應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)間和是否具備獨(dú)立應(yīng)急響應(yīng)能力兩個(gè)評價(jià)要素進(jìn)行劃分。

3.2.3脆弱性或敏感性計(jì)算

脆弱性或敏感性主要考慮突發(fā)水污染事件危險(xiǎn)的潛在承受體，包括風(fēng)險(xiǎn)因子在傳輸、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，可能受到影響的村鎮(zhèn)、人群或生態(tài)系統(tǒng)等。其中，受影響村鎮(zhèn)面積(I10)和受影響耕地面積(I11)主要統(tǒng)計(jì)河道兩側(cè)2km內(nèi)的村鎮(zhèn)和耕地面積。受影響水功能區(qū)類別(I12)即陸域控制單元內(nèi)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)，水質(zhì)類別要求越嚴(yán)格，該單元越敏感。河流級別(I13)即單元內(nèi)的河流為干流、一級支流或二級支流等，級別越高，風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)至下級水體的機(jī)率越大，敏感性越高。

3.2.4突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)分級

對指標(biāo)體系中的各指標(biāo)均設(shè)置為4個(gè)等級，并對各陸域控制單元的指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用模糊綜合評價(jià)法和最大隸屬度原則，可獲得各指標(biāo)的評價(jià)等級。同理可獲得各陸域控制單元各主題層等級結(jié)果如圖5所示。

3.3 突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖繪制

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，對其進(jìn)行區(qū)域差異性和一致性的劃分，且區(qū)劃單元滿足單元內(nèi)相似性最大，而單元間差異性最大的特點(diǎn)，確定各單元之間的等級從屬關(guān)系。根據(jù)所研究區(qū)域3個(gè)主題層的評價(jià)結(jié)果，使用特定的方

圖5 永定河流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級各主題層評價(jià)結(jié)果

法將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理得到該區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級分區(qū)，將風(fēng)險(xiǎn)等級反映在所研究區(qū)域的地理區(qū)劃中即得到該區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級圖。

風(fēng)險(xiǎn)大小往往用期望值代替概率分布或?qū)τ嘘P(guān)的量進(jìn)行數(shù)學(xué)組合[10]。根據(jù)突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的公式，在3個(gè)主題層等級評價(jià)的基礎(chǔ)上，借助風(fēng)險(xiǎn)等級矩陣可得到每個(gè)陸域控制單元的風(fēng)險(xiǎn)等級。風(fēng)險(xiǎn)矩陣有多種形式，本研究中危險(xiǎn)性等級和脆弱性等級都劃分為4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級[11]，如圖6所示。具體計(jì)算時(shí)，先將陸域控制單元的危險(xiǎn)性和危險(xiǎn)控制能力等2主題層進(jìn)行矩陣計(jì)算獲得等級結(jié)果，再將該等級結(jié)果與脆弱性主題層等級進(jìn)行矩陣計(jì)算，即獲得該陸域控制單元的突發(fā)水污染最終風(fēng)險(xiǎn)等級。

圖6 風(fēng)險(xiǎn)等級矩陣分析圖

圖7 永定河流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖

綜合圖5的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果，利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析，可得到永定河流域109個(gè)陸域控制單元風(fēng)險(xiǎn)等級，如圖7所示?？梢钥闯?，永定河流域多為較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(49個(gè)陸域控制單元)，其次為較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(30個(gè)陸域控制單元)，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(9個(gè)陸域控制單元)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(21個(gè)陸域控制單元)較少?？臻g上看，大同、張家口等地市級城市突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)整體較高。

4 結(jié)語

本研究以永定河流域?yàn)槔?，主要介紹了突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖繪制的理論及方法，并形成以陸域控制單元為單位的流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級圖。突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)的結(jié)果對水污染的預(yù)警和處置，以及進(jìn)一步制定風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)方案都具有參考意義。然而，由于數(shù)據(jù)獲取方面的限制，風(fēng)險(xiǎn)等級圖繪制所采用的風(fēng)險(xiǎn)源資料(如移動風(fēng)險(xiǎn)源)以及評價(jià)指標(biāo)體系中一些指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)范圍尚有待加強(qiáng)；風(fēng)險(xiǎn)控制能力主題層的評價(jià)多為風(fēng)險(xiǎn)源外部控制能力，在生產(chǎn)工藝流程等風(fēng)險(xiǎn)源內(nèi)部層面的控制能力考慮尚有不足，這也是今后開展突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)尚需完善之處。