李春暉,田雨桐,趙彥偉,王 烜
(北京師范大學(xué)水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875)
風(fēng)險(xiǎn)是某種不希望發(fā)生卻可能發(fā)生的事件,可將其定義為因未知行為或狀態(tài)產(chǎn)生的有負(fù)面效應(yīng)的后果發(fā)生的可能性[1]。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)包含類型較多,如健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等[2]。突發(fā)水污染事件同時(shí)具備了瞬時(shí)突發(fā)性和后果嚴(yán)重性兩大基本要素,是典型的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件[3]。
突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是對突發(fā)水污染事件造成的不利后果的可能性和危害程度進(jìn)行評價(jià)[4]。突發(fā)水污染事件有2種類型:一是短期內(nèi)污染物因偶然原因大量排放而產(chǎn)生水污染,被稱為突發(fā)水污染事故;二是長期污染物累積排放,達(dá)到臨界點(diǎn)后驟然產(chǎn)生嚴(yán)重水污染,被稱為累積水污染事故[5]。突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)在水污染事故預(yù)警環(huán)節(jié)中占有重要位置[6]。突發(fā)水污染應(yīng)急預(yù)案是針對突發(fā)水污染事件發(fā)生后的應(yīng)急機(jī)制,對應(yīng)急人員掌握事件的發(fā)展趨勢,最大化降低其不利影響有很大作用[7]。
近年來我國突發(fā)水污染事故頻繁發(fā)生,嚴(yán)重威脅著水生態(tài)環(huán)境,特別是嚴(yán)重污染了水源水質(zhì),使水生生物受到威脅,社會經(jīng)濟(jì)遭受損失,造成惡劣社會影響。突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評估與應(yīng)急對策是當(dāng)前水環(huán)境應(yīng)急管理的主要手段和重點(diǎn)內(nèi)容,用于預(yù)測突發(fā)水污染事故,全面展示其影響范圍和程度并對其進(jìn)行應(yīng)急決策支持[8]。
一般而言,突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)研究包括:(1)突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)源識別,屬于事故前預(yù)防,通過風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)現(xiàn)隱患,為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防提供科學(xué)依據(jù);(2)突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),屬于事故后調(diào)研,通過數(shù)學(xué)建模,對污染物在水體中造成的污染程度進(jìn)行評價(jià)研究;(3)突發(fā)水污染應(yīng)急管理,屬于事故后管理,依據(jù)系統(tǒng)安全理論、風(fēng)險(xiǎn)分析評價(jià)和應(yīng)急決策理論,通過事故模擬技術(shù)等,對突發(fā)水污染進(jìn)行應(yīng)急處理[9]。本文將以突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)識別為前提對突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與應(yīng)急對策研究進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié),分析常用的方法和框架,總結(jié)存在的問題,以期為管理者決策提供技術(shù)依據(jù)。
風(fēng)險(xiǎn)識別是指通過調(diào)查研究收集數(shù)據(jù)的過程中,使用某些方法系統(tǒng)地評價(jià)和分析潛在和現(xiàn)有的各種風(fēng)險(xiǎn)來源和風(fēng)險(xiǎn)因素,并識別風(fēng)險(xiǎn)的性質(zhì),找出風(fēng)險(xiǎn)的主要方面和引起風(fēng)險(xiǎn)的因素,而后評估其后果[10]。風(fēng)險(xiǎn)識別是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的第一步,其識別出的風(fēng)險(xiǎn)對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的結(jié)果產(chǎn)生直接的影響[11]。突發(fā)水污染事故的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別是指可能導(dǎo)致突發(fā)水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)源及可能遭受突發(fā)水污染損害的風(fēng)險(xiǎn)受體的識別[12]。
突發(fā)水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)源有固定和移動污染源兩種。固定源是在事故發(fā)生過程中,空間位置不發(fā)生變化,多為局部擴(kuò)散,且主要是化學(xué)污染的污染源。移動源是在釋放過程中其本身的空間位置也在改變,多是油品或化學(xué)性污染的污染源[13]。
在兩種類型突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)源識別方面,很多學(xué)者提出了相應(yīng)的識別技術(shù)與方法。比如周娜[14]提出了包括危險(xiǎn)物質(zhì)識別、危險(xiǎn)設(shè)施(設(shè)備)識別、危險(xiǎn)生產(chǎn)工藝識別、危險(xiǎn)功能單元劃分、危險(xiǎn)類別識別、重大危險(xiǎn)源識別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)工作等級識別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)范圍識別等8項(xiàng)內(nèi)容的“風(fēng)險(xiǎn)識別八步法”。李偉等[15]將熵權(quán)法和屬性理論相結(jié)合,建立了港口水域交通水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的熵權(quán)屬性識別模型,進(jìn)而得出了各評價(jià)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級和排序。盧蔚[16]建立了包含“環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源篩選”和“風(fēng)險(xiǎn)分級”兩步的分級方法用于識別移動型環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源并為其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級。這些識別技術(shù)基本上能滿足現(xiàn)今階段的突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)源識別要求。
風(fēng)險(xiǎn)受體是在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí),周圍可能遭受危害的因素總和。水污染風(fēng)險(xiǎn)受體主要考慮可能被污染的水質(zhì)所影響的因素。突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)的受體需考慮與風(fēng)險(xiǎn)源的暴露關(guān)系,并結(jié)合與評價(jià)終點(diǎn)可能的效應(yīng)關(guān)系進(jìn)行選取。常見的風(fēng)險(xiǎn)受體有居住用地、水體、取水口、自然保護(hù)區(qū)、耕地及林地等。評價(jià)終點(diǎn)一般包含人員安全、財(cái)產(chǎn)安全、水質(zhì)狀態(tài)及敏感生態(tài)受體狀態(tài)等因素。一般而言,風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)受體及評價(jià)終點(diǎn)3者的關(guān)系如圖1所示。
依據(jù)突發(fā)水污染事件的危害特征和區(qū)域內(nèi)具體風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)受體。一般選擇取水口(飲用水取水口、地下水源、農(nóng)灌引水口等)、居住用地、農(nóng)用地、水體和自然保護(hù)區(qū)等作為風(fēng)險(xiǎn)受體,以反映決策者所關(guān)注的人員財(cái)產(chǎn)安全、水質(zhì)狀態(tài)和敏感生態(tài)受體狀態(tài)等評價(jià)終點(diǎn)[17]。依據(jù)現(xiàn)有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合專家判斷法與經(jīng)驗(yàn)法,本文確定了常見的各風(fēng)險(xiǎn)受體量化分級,如表1所示。
圖1 流域突發(fā)水污染事故相對風(fēng)險(xiǎn)概念模型Figure 1 Conceptual model of relative risk of sudden water pollution accidents in river basins
表1 流域常見風(fēng)險(xiǎn)受體量化分級依據(jù)Table 1 Basis for quantitative classification of common risk receptors in river basins
在20世紀(jì)70年代前后,只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家開始研究環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估。最具代表性的是美國“大型核電站重大事故的理論可能性和后果”研究報(bào)告[18],由此形成了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的基礎(chǔ)框架。美國核監(jiān)管委員會(Nuclear Regulatory Commission,NRC)于1975年構(gòu)建了基于系統(tǒng)安全工程分析法的核電廠風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指南,在當(dāng)時(shí)成為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的技術(shù)性指導(dǎo)。21世紀(jì)后,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)得到進(jìn)一步完善,例如Ana?bela等[19]建立了基于多目標(biāo)分析,主要用于可能進(jìn)入水體的持久性、可生物累積性及有毒污染物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)源排查的水污染風(fēng)險(xiǎn)戰(zhàn)略評價(jià)模型。
中國學(xué)者在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估研究中也取得了一些進(jìn)展。劉楊華[20]將危險(xiǎn)源指數(shù)法和事故樹分析法兩種方法相結(jié)合,完成了化工企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)源評價(jià)。劉志國等[21]提出了基于USNAS(U.S.National Academy of Science)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)理論的突發(fā)水污染應(yīng)急健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系,可為發(fā)生在水污染應(yīng)急中的突發(fā)事件提供應(yīng)急管理的依據(jù)。邵必林等[22]將模糊思想與指數(shù)法相結(jié)合用于確定指數(shù)分值,將多個(gè)因素細(xì)化分層,解決了指數(shù)法過度依靠專家經(jīng)驗(yàn)、受主觀影響大的缺點(diǎn)。朱煒玉[23]建立了基于蒙特卡羅模擬、層次分析法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣的突發(fā)水污染事件實(shí)時(shí)動態(tài)預(yù)警模型,充分考慮突發(fā)水污染發(fā)生時(shí)的不確定性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對下游的風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)。按照指標(biāo)的量化程度,本文將已開發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法分為定性評價(jià)法、半定量評價(jià)法和定量評價(jià)法3類[24]。
定性評價(jià)法包括預(yù)先危險(xiǎn)性分析、危險(xiǎn)可操作性研究、故障類型和影響分析等。定性評價(jià)方法具有簡單易操作、過程及評價(jià)結(jié)果直觀的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易受到評價(jià)者的主觀影響,具有一定程度的局限性。如安慧等[25]運(yùn)用危險(xiǎn)與可操作性研究方法和保護(hù)層分析方法對空間沖突的措施進(jìn)行評價(jià),結(jié)果表明危險(xiǎn)可操作性研究法能有效地降低工程成本。
半定量評價(jià)法是在一定經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,加入了分層次、分等級合理打分的環(huán)節(jié),以最后的評分值或概率風(fēng)險(xiǎn)與嚴(yán)重度的乘積為依據(jù)進(jìn)行分級評價(jià)[26]。半定量評價(jià)法包括檢查表法、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評價(jià)、層次分析法、故障樹分析法、事件樹分析法及日本省化工企業(yè)六階段法等。該方法優(yōu)點(diǎn)是簡單實(shí)用、應(yīng)用較廣,但是評價(jià)結(jié)果仍會受到評價(jià)者一定程度的主觀影響。20世紀(jì)70年代,由美國運(yùn)籌學(xué)家Satty等[27]提出的層次分析法(AHP-Analytic Hierachy Process)經(jīng)過多年發(fā)展后被廣泛用于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則復(fù)雜問題的決策分析,這也正好符合風(fēng)險(xiǎn)源分級評價(jià)的特性。楊宇杰[28]利用故障樹的基本原理,充分考慮了隨機(jī)性和模糊性,將模糊集理論結(jié)合故障樹分析方法,建立了模糊事故樹分析模型。周婕等[29]分析了瑞典哥特堡市環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中采用的綜合概率故障樹法和客戶損失時(shí)間指數(shù)方法及兩種方法的應(yīng)用價(jià)值。石春燕等[30]以巢湖生態(tài)調(diào)水為例,將故障樹分析應(yīng)用于調(diào)水線路的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識別。事件樹和故障樹具有邏輯性強(qiáng)以及評價(jià)過程形象化的優(yōu)點(diǎn),擅長描述確定的邏輯關(guān)系,即需要上、下級事件之間有明確的因果關(guān)系。缺點(diǎn)是都無法描述具有多態(tài)性的事件,當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜、影響因素增加時(shí),統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不確定性加大,方法存在一定程度的局限性。
對評價(jià)過程中涉及的各個(gè)因素及其之間的相互關(guān)系進(jìn)行賦值,再經(jīng)過一定的規(guī)則和算法,從而得到最后評價(jià)值的方法稱為定量評價(jià)法。定量評價(jià)法的特點(diǎn)是得出的結(jié)果具體準(zhǔn)確,但需要大量的樣本數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)的要求較高。袁業(yè)暢等[31]根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》要求,從風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測及評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)事故防范措施等方面論述了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基本概念及一般程序。汪立忠等[32]從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度,總結(jié)了國內(nèi)外水污染突發(fā)事件的研究進(jìn)展,提出了應(yīng)對突發(fā)環(huán)境污染事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理的方法,制定了有針對性和有組織的風(fēng)險(xiǎn)管理體系和計(jì)劃。
根據(jù)國內(nèi)外研究,本文總結(jié)常見的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)定量方法包括閾值評估法、環(huán)境事故指數(shù)法、時(shí)空累積分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合評價(jià)法、蒙特卡洛方法和美國環(huán)保部風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法,如表2所示[33]。其中模糊綜合評價(jià)法是用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評價(jià)。它具有結(jié)果清晰,系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn),能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決[17]。劉明喆等[34]以永定河山區(qū)為典型案例,采用層次分析法和模糊綜合評價(jià)法評估了突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)等級。師博穎[35]采用模糊綜合評價(jià)法構(gòu)建了水源地風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系,劃分了水源地風(fēng)險(xiǎn)等級,并基于繪制的水源地風(fēng)險(xiǎn)等值分布圖提出污染源調(diào)整和水源地優(yōu)化布設(shè)措施。
突發(fā)水污染事故應(yīng)急對策是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),其中突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案是其最核心內(nèi)容。應(yīng)急預(yù)案通常是一個(gè)綜合系統(tǒng),能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和解釋結(jié)果,通常包括檢測、特征描述、響應(yīng)協(xié)調(diào)、信息交流和影響減緩等過程[36]。包括以下幾個(gè)步驟:首先對水體是否受到污染進(jìn)行檢測;其次對污染事件發(fā)生過程的子成分進(jìn)行特征描述,包括對污染物類別、來源、濃度、時(shí)空分布特征和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的預(yù)測;最后由應(yīng)急中心協(xié)調(diào)各方力量對水污染事件做出響應(yīng),信息交流代表水污染信息的傳播。在該系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)通過傳感器傳遞到信息管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲和分析,最終為決策者提供信息并協(xié)助應(yīng)急響應(yīng)決策[37]。
歐美國家高度重視應(yīng)急水污染的研究與應(yīng)對系統(tǒng)開發(fā)。歐洲重點(diǎn)關(guān)注保護(hù)飲用水源污染的預(yù)警,主要集中在河流進(jìn)水口位置的監(jiān)測上[38]。美國由于考慮國土安全的嚴(yán)峻形勢,更加注重供水網(wǎng)絡(luò)異常緊急情況應(yīng)急預(yù)案的研究,開發(fā)了一系列軟件來處理大量水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)并檢測異常水質(zhì)或水污染事件[39]。我國國務(wù)院于2005年4月印發(fā)了《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》,2007年出臺了用于改善飲用水安全狀況的《全國城市飲用水安全保障規(guī)劃(2006—2020)》,對突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案提出明確要求[40]。2018年3月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了用于提高應(yīng)急預(yù)案的針對性、實(shí)用性和可操作性的《集中式地表水飲用水水源地突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案編制指南(試行)》[41]。
針對突發(fā)水污染事件的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征,在綜合應(yīng)急對策發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了預(yù)警指標(biāo)集。該指標(biāo)集為可能對水污染事件預(yù)警有關(guān)的指標(biāo)集合[42]。預(yù)警指標(biāo)集中的指標(biāo)分為警源指標(biāo)和警兆指標(biāo)兩類。警源是指警情發(fā)生的根源。在水污染事件的研究中,警源即導(dǎo)致事故產(chǎn)生的自然或人為因素,主要包括生產(chǎn)過程中設(shè)備或工藝故障、危險(xiǎn)物品的轉(zhuǎn)移、人為影響因素等方面[43]。警源指標(biāo)除可用于警情綜合評估外,還可在污染事件沒有發(fā)生時(shí)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估,以對有可能發(fā)生的環(huán)境污染事件進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警。警情發(fā)生前的先導(dǎo)現(xiàn)象稱為警兆,反映警兆的基本指標(biāo)包括生態(tài)影響、健康危害、環(huán)境污染、社會和經(jīng)濟(jì)影響等[44]。本文歸納總結(jié)得到突發(fā)水污染事件預(yù)警指標(biāo)集見表3。
表2 突發(fā)水污染事件定量評價(jià)方法及特點(diǎn)Table 2 Quantitative evaluation methods and characteristics of sudden water pollution incidents
表3 突發(fā)水污染事件應(yīng)急指標(biāo)體系Table 3 Emergency indicator system for sudden water pollution incidents
發(fā)生緊急突發(fā)水污染事件后,突發(fā)水污染預(yù)警系統(tǒng)開始響應(yīng),一般而言,包括以下幾個(gè)處理階段:(1)報(bào)告階段。事故發(fā)現(xiàn)者應(yīng)盡快向水環(huán)境安全應(yīng)急辦公室報(bào)告突發(fā)水污染事故的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、事故源、主要污染物質(zhì)、事故危害等初步情況,并進(jìn)行污染源的初步判斷、事故發(fā)生整體情況及已采取的應(yīng)急措施等[45]。(2)檢測階段。應(yīng)急監(jiān)測人員應(yīng)攜帶必要檢測器材及安全防護(hù)裝備在最短時(shí)間內(nèi)趕到事故現(xiàn)場,立即采用專業(yè)的設(shè)備控制和處理現(xiàn)場,減少污染物的產(chǎn)生和擴(kuò)散[46]。根據(jù)突發(fā)水污染事件類型,事故發(fā)生地氣象、地形特點(diǎn)和污染物性質(zhì)特征、擴(kuò)散速度,確定污染物的大致擴(kuò)散范圍。針對污染來源和影響范圍進(jìn)行連續(xù)動態(tài)跟蹤監(jiān)測[47]。(3)預(yù)測階段。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,運(yùn)用水質(zhì)預(yù)警模型,預(yù)測突發(fā)水污染事件的發(fā)展情況和污染物的變化情況,判斷污染物質(zhì)濃度、污染范圍及可能的危害[48]。(4)處理階段。各有關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格按事故應(yīng)急分工采取措施,及時(shí)調(diào)查突發(fā)水污染事故的影響范圍和危害程度,評估其所造成的損失,報(bào)告上級部門并公之于眾[49]。
國內(nèi)外在突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)識別、評價(jià)與應(yīng)急對策方面取得了一定的研究成果,但仍有不足之處,主要體現(xiàn)在:(1)對突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)源識別的研究大多從單一情況進(jìn)行,未考慮不同水體類型、不同水污染風(fēng)險(xiǎn)類型、不同背景的突發(fā)水污染情況,缺乏系統(tǒng)性研究。(2)在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法上,盡管有多種方法供選擇,但不同污染類型或不同水體最合適技術(shù)體系和評價(jià)流程不明確,評價(jià)技術(shù)多種多樣,難分優(yōu)劣。(3)在突發(fā)水污染事故應(yīng)急對策方面,多模擬預(yù)測了不同情景下污染物的削減趨勢,但在應(yīng)急措施細(xì)化等方面還存在不少問題,特別缺乏對事故后污染物在有效應(yīng)急措施條件下的衰減趨勢研究。
針對以上3點(diǎn)問題,本文提出以下應(yīng)對措施:(1)未來可以針對不同的水體類型、不同受體、不同污染風(fēng)險(xiǎn)類型等建立細(xì)致的風(fēng)險(xiǎn)源識別體系。(2)未來應(yīng)該進(jìn)一步明確不同污染類型或不同水體最合適技術(shù)體系和評價(jià)流程,制定詳細(xì)的評價(jià)技術(shù)規(guī)范。(3)未來在應(yīng)急對策方面應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合相關(guān)技術(shù)和管理形成系統(tǒng)化的操作規(guī)范體系??傊?,應(yīng)大力開展突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與應(yīng)急對策的研究,從而提高突發(fā)事故的應(yīng)急與調(diào)控能力,有效降低水污染突發(fā)事件所造成的損失。