任曉強(qiáng)，管孝艷,2，陶 園,2，袁曉淵

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 100048；2.國(guó)家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心，北京 100048;3.鎮(zhèn)江市工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，突發(fā)性環(huán)境污染事件不斷發(fā)生，約有一半與水環(huán)境有關(guān)，水環(huán)境污染事件造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在污染事件頻發(fā)、水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)問題日益凸顯的背景下，針對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者做了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果[1-3]。Li等[4]采用定性分析方法，選取了3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和10個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并基于風(fēng)險(xiǎn)源與敏感目標(biāo)和流域風(fēng)險(xiǎn)相耦合的原理，構(gòu)建了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)半量化、風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)等功能的流域突發(fā)水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于三峽庫(kù)區(qū)；曲建華等[5]基于定性分析和層次分析法構(gòu)建了一個(gè)能夠?qū)Φ乇硭话l(fā)性污染事故的威脅度進(jìn)行分級(jí)的評(píng)估體系，并且成功應(yīng)用于山西省長(zhǎng)治市12.31苯胺泄露水污染事故；Derbalah等[6]回顧了1982年至2016年間日本有機(jī)磷農(nóng)藥的使用情況，并從文獻(xiàn)中提取了歷年來日本河水中有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)商(RQs)方法對(duì)日本河流的生態(tài)毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明二嗪酮和滅硝脲對(duì)日本水環(huán)境的危害較大，而毒死蜱和馬拉硫磷的危害較小；國(guó)外學(xué)者也開發(fā)了一種基于綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(IRA)的MODELKEY決策支持系統(tǒng)，它可以支持水資源管理者對(duì)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)行更全面和更現(xiàn)實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，Gottardo等[7]將該系統(tǒng)應(yīng)用于西班牙的Llobregat流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究并取得了較好的效果。目前，國(guó)內(nèi)定量且系統(tǒng)的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究工作尚少，而且層次分析等定性或半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法大多是國(guó)外學(xué)者針對(duì)本國(guó)具體問題而提出的研究成果。因此，有必要進(jìn)一步探索適合我國(guó)流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法和標(biāo)準(zhǔn)[8]。

白洋淀流域?qū)儆谥袊?guó)“七大水系”之一的海河流域，其地橫跨山西、河北和北京三省，流域面積為3.11 萬(wàn)km2。流域內(nèi)有南北兩條水系，南支水系發(fā)源于山西大同的恒山山脈，占地比為67%，北支水系發(fā)源于山西省與華北平原交界地帶的太行山脈，占地比為33%。白洋淀流域?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)性氣候，其氣候特點(diǎn)可以簡(jiǎn)單概括為：夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。白洋淀位于流域下游地區(qū)，其在雄安新區(qū)建設(shè)中具有重要的區(qū)位功能，其淀區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的好壞與雄安新區(qū)建設(shè)的成敗密切相關(guān)。白洋淀上游與九條河流相連，下游注入渤海，是華北地區(qū)濕地的典型代表之一[9]。同時(shí)，作為華北地區(qū)最大的天然淡水湖泊，它在促進(jìn)華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，調(diào)節(jié)流域周邊的氣候，防止生物多樣性的破壞，保護(hù)流域的生態(tài)系統(tǒng)，改善周邊的生態(tài)環(huán)境，以及對(duì)周邊地下水的補(bǔ)充等方面都發(fā)揮著無(wú)可替代的作用，因此獲得了“華北明珠”、“華北之腎”的美稱[10]。但是自20世紀(jì)60年代起，受到人類活動(dòng)和氣候條件等因素的干擾，白洋淀水環(huán)境污染源日益增多，水質(zhì)逐步惡化，水量減少，水位明顯降低，還發(fā)生了數(shù)次干淀現(xiàn)象[11,12]。國(guó)內(nèi)許多知名學(xué)者都針對(duì)白洋淀的污染問題進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。齊麗艷[13]采用綜合污染指數(shù)對(duì)白洋淀水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)韰^(qū)水位低于8.4 m時(shí)，功能區(qū)劃為Ⅲ類的地表水的水質(zhì)為Ⅳ類，屬于輕度污染，功能區(qū)劃為Ⅳ類的地表水的水質(zhì)為劣Ⅴ類，屬于重度污染。針對(duì)白洋淀流域的污染源問題，陳龍珠等[14]研究了許多該流域水環(huán)境污染案例，指出面源污染可能正在逐步成為白洋淀流域的主要污染源。目前，對(duì)白洋淀流域水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、單一污染物的危害、水污染控制措施和法律法規(guī)的制定等方面的研究較多，但針對(duì)白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究仍顯不足。本文以白洋淀流域?yàn)檠芯繉?duì)象，首先概述了現(xiàn)有的白洋淀流域風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因子等的研究進(jìn)展，其次運(yùn)用層次分析法初步構(gòu)建了一個(gè)可行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系框架，最后就白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題進(jìn)行了總結(jié)和展望。

1 白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展

1.1 白洋淀水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

白洋淀是白洋淀流域水系的出口，承接流域來水，其水質(zhì)現(xiàn)狀可一定程度上間接反映白洋淀流域的水環(huán)境狀況。截止到2018年12月底，白洋淀淀區(qū)總蓄水量4.380 億m3，淀區(qū)內(nèi)設(shè)立了9個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面，分別是燒車淀、王家寨、圈頭、采蒲臺(tái)、光淀張莊、棗林莊、端村、南劉莊和鴣丁淀，并采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)其水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。白洋淀水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果表明：2018年12月份白洋淀總體為Ⅳ類水質(zhì)，呈現(xiàn)輕度污染狀態(tài)，其中II類水質(zhì)斷面1處，Ⅲ類水質(zhì)斷面2處，Ⅳ類水質(zhì)斷面5處，Ⅴ類水質(zhì)斷面1處，其主要污染物超標(biāo)項(xiàng)目為總磷、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量等。通過綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)淀區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明2018年12月份白洋淀淀區(qū)呈現(xiàn)輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。總體上白洋淀流域水環(huán)境污染問題依舊比較嚴(yán)峻。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)源

1.2.1 點(diǎn)源污染

點(diǎn)源污染主要包括石油、化工等企業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)廢水以及城鎮(zhèn)居民所產(chǎn)生的生活污水等[2]。這些水體中污染物組成成分比較復(fù)雜，難以全部弄清其變化規(guī)律，給水環(huán)境造成了相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。

過去白洋淀流域周邊經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，很多化工企業(yè)相繼建立，如周邊的蠡縣和高陽(yáng)縣等地區(qū)興建了許多制革、印染和紡織等企業(yè)，其中制革企業(yè)最多時(shí)可達(dá)到3 000 家左右，造紙企業(yè)也多達(dá)200余家。過去，這些化工企業(yè)生產(chǎn)的廢水長(zhǎng)期不能穩(wěn)定治理達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致未達(dá)標(biāo)的部分污水流入白洋淀內(nèi)，造成了巨大的水體污染。此外，以往城鎮(zhèn)污水處理廠處理居民產(chǎn)生的生活污水時(shí)，執(zhí)行的出水標(biāo)準(zhǔn)偏低，也在一定程度上導(dǎo)致了白洋淀流域水污染現(xiàn)象[13]。近年來，隨著“既要綠水青山，又要金山銀山”理念的提出，中央連同河北省等地方政府出臺(tái)了一系列保護(hù)水環(huán)境的法律和文件，同時(shí)擴(kuò)大了城鎮(zhèn)污水處理廠的規(guī)模，加之當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民的環(huán)保意識(shí)不斷提高，白洋淀流域內(nèi)以工業(yè)污水和城鎮(zhèn)生活污水為主的點(diǎn)源污染已經(jīng)得到明顯改善[15]。趙志杰等[16]用水文模型模擬了白洋淀流域點(diǎn)源污染中總氮的遷移和轉(zhuǎn)化過程。模擬結(jié)果表明2005年點(diǎn)源污染中總氮負(fù)荷量的貢獻(xiàn)率為54.1%，而2010年貢獻(xiàn)率降低至35.3%。這樣的研究結(jié)果表明白洋淀流域中點(diǎn)源污染由于種種原因已經(jīng)逐步得到有效控制，不再是主要污染源。此外，對(duì)流域內(nèi)人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化的研究也有助于各城市管理者制定針對(duì)點(diǎn)源等污染源的管理和控制措施。張婷等[17]經(jīng)過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)保定市已經(jīng)成為流域內(nèi)人口規(guī)模最大的城市，其工業(yè)產(chǎn)值規(guī)模也位居前列，與之相對(duì)應(yīng)的是每年排放的污水量也居高不下，高達(dá)6 000～7 000 萬(wàn)t，研究結(jié)果表明保定市已經(jīng)成為白洋淀流域最大的城市點(diǎn)源。保定市在白洋淀流域水環(huán)境治理問題上所扮演的角色至關(guān)重要。

1.2.2 面源污染

面源污染主要涵蓋了農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染。農(nóng)業(yè)面源污染是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中流入流域的氮、磷和農(nóng)藥、激素等有機(jī)物造成的污染[8]。農(nóng)業(yè)面源污染主要來自農(nóng)作物的培育、禽畜養(yǎng)殖和農(nóng)村生活污水的排放等。城市面源污染是指降雨、地表徑流等活動(dòng)造成氮磷、有機(jī)污染物等大量流入地表水，使水體被污染。這些面源污染來源廣泛、成分復(fù)雜，難以治理。有研究指出，2006年世界上30%～50%的國(guó)家和地區(qū)的水體已經(jīng)遭受到了面源污染的影響[18]。

近些年來，國(guó)家水污染治理力度不斷加大，出臺(tái)了如“水十條”等一系列文件，白洋淀流域的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水等已得到有效治理，點(diǎn)源已不再是白洋淀流域的主要污染源，面源污染負(fù)荷在污染總量中所占的比例越來越大[9]。面源污染負(fù)荷的精確量化難度很大，國(guó)內(nèi)一般采用建立模型和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等方法來粗略的估算。崔慧敏等[18]運(yùn)用河北省出臺(tái)的水資源評(píng)價(jià)公報(bào)中的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法并結(jié)合相關(guān)的污染物排放量對(duì)白洋淀流域的面源污染負(fù)荷進(jìn)行了估算，估算的污染物負(fù)荷指標(biāo)包括總氮、總磷、氨氮和化學(xué)需氧量。他的估算結(jié)果顯示：農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)氨氮、化學(xué)需氧量等污染物的貢獻(xiàn)率都超過了50%。可見在白洋淀流域面源污染中，農(nóng)業(yè)面源污染所占的比重最大。陳龍珠[14]和孟晶[19]等學(xué)者經(jīng)過研究也都贊同該觀點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法估算而來的數(shù)據(jù)結(jié)果誤差較大，因此學(xué)者也嘗試使用水文模型對(duì)污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià)，可以避免污染源現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力等情況，模擬得到的結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性都很高，但該方法所需的數(shù)據(jù)量較大。趙志杰等[16]選取總氮為研究對(duì)象，運(yùn)用SWAT模型對(duì)白洋淀流域面源污染中總氮的遷移和轉(zhuǎn)化等過程進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)2005年淀區(qū)面源污染中總氮負(fù)荷量?jī)H占總量的16.7%，而到了2010年，該比例增長(zhǎng)至41.2%。

綜合上述觀點(diǎn)，可以得出結(jié)論：白洋淀流域面源污染中的農(nóng)業(yè)面源污染已逐漸成為整個(gè)污染源中最主要的組成部分。白洋淀流域污染源發(fā)生這個(gè)變化的原因是多方面的，除了上文所提到的工業(yè)廢水等點(diǎn)源在最近的十幾年中得到有效治理外，同時(shí)白洋淀流域其自身自然地理?xiàng)l件優(yōu)越，平原地區(qū)占比較大，適合耕種，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件很好，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，是我國(guó)主要產(chǎn)糧區(qū)。它的周邊還形成了以旅游業(yè)為主，以種植業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、養(yǎng)鴨業(yè)、蘆葦加工業(yè)等為輔的產(chǎn)業(yè)鏈。這些產(chǎn)業(yè)鏈一方面促進(jìn)了白洋淀淀區(qū)及其周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一方面也給白洋淀周邊農(nóng)村地區(qū)造成了大量的污染。白洋淀流域周邊農(nóng)田大量使用化肥農(nóng)藥，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素超標(biāo)，多余的營(yíng)養(yǎng)元素沿著地表徑流和地下徑流流入水體，導(dǎo)致水質(zhì)惡化和水華等富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生；淀區(qū)周邊高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖使得大量的飼料流入流域內(nèi)，造成水體污染，危害白洋淀水生態(tài)安全；同時(shí)農(nóng)村生活污水的隨機(jī)排放和農(nóng)村生活垃圾的隨意丟棄等也是污染來源之一。針對(duì)面源污染的治理措施實(shí)施仍處于初期，見效較慢，這就造成了白洋淀地區(qū)種植業(yè)、禽畜業(yè)和農(nóng)村生活污水等所造成的農(nóng)業(yè)面源污染近年來所占污染源比例年年升高的原因[18]。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估

1.3.1 富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是指當(dāng)大量氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖泊、河口時(shí)，水中原有的硅藻、綠藻和藍(lán)藻等藻類大量繁殖，出現(xiàn)了水華現(xiàn)象，從而導(dǎo)致水中溶解氧含量迅速下降，魚類等水生生物大量死亡，水中微生物將動(dòng)植物遺體分解，不僅快速消耗了水中的氧氣含量，而且還釋放出臭氣。這樣一來，湖泊等水體的水質(zhì)將大大惡化，如果富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象長(zhǎng)期持續(xù)下去，湖泊還有消失的可能[3]。

湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象已經(jīng)成為全世界各國(guó)都必須要認(rèn)真面對(duì)的環(huán)境問題。2012年，中科院的科學(xué)家們利用遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)繪制出了第一幅全球大型湖泊等水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分布圖，發(fā)現(xiàn)全球已經(jīng)有63%左右的大型湖泊出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化的環(huán)境問題，同時(shí)中國(guó)也有70%左右的湖泊出現(xiàn)了不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象仍然是中國(guó)水環(huán)境治理所面臨的比較嚴(yán)峻的問題之一[20]。

一般情況下，水體的富營(yíng)養(yǎng)化可以分為天然富營(yíng)養(yǎng)化和人工富營(yíng)養(yǎng)化。前者由于沒有人工干預(yù)，所以進(jìn)度較慢，時(shí)間以百年計(jì)；后者由于人為的往水體中排入各種工業(yè)廢水和生活污水等，大大縮短了水體富營(yíng)養(yǎng)化的進(jìn)程，只需短短幾年時(shí)間就可能導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化。而我們所研究的白洋淀淀區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化問題在很大程度就是屬于后者，即人工富營(yíng)養(yǎng)化。李璠等[21]人收集了多年來白洋淀淀區(qū)各個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面氮磷元素的質(zhì)量濃度值，并運(yùn)用ArcGIS空間分析功能中的空間插值法來模擬白洋淀整個(gè)淀區(qū)氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的空間分布。他們依據(jù)已獲得的氮、磷元素的空間分布圖和相關(guān)的歷史文獻(xiàn)資料，推斷得出：自1999年以來，白洋淀淀區(qū)就一直處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，而且淀區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化的主要來源是淀區(qū)周圍農(nóng)村產(chǎn)生的生活污染和淀區(qū)內(nèi)部的水產(chǎn)養(yǎng)殖。究其原因，最主要還是因?yàn)榘籽蟮淼韰^(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，旅游業(yè)迅速興旺，淀區(qū)周邊農(nóng)民大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖所引起的。

國(guó)內(nèi)外對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)方法很多，如主成成分分析法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法等?，F(xiàn)在最常用的方法是后者，即綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。該方法是1977年美國(guó)學(xué)者卡爾森提出的，它克服了以往用單一因子評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的片面性，綜合各項(xiàng)參數(shù)，力圖將單變量的簡(jiǎn)易和多變量綜合判斷的準(zhǔn)確性相結(jié)合。綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法最初是對(duì)透明度、葉綠素和總磷這3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究，后來國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合中國(guó)湖泊的具體情況，對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，選擇了化學(xué)需氧量、總氮、總磷、葉綠素和透明度5個(gè)指標(biāo)作為研究對(duì)象[8]。該方法根據(jù)最后得出的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來判定水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度(即綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)大于50即可認(rèn)定該水體處于富營(yíng)養(yǎng)化級(jí)別)。國(guó)內(nèi)的劉琳[22]等人采集了2018年白洋淀水體數(shù)據(jù)，運(yùn)用此方法評(píng)估了其富營(yíng)養(yǎng)化程度(選取的5個(gè)指標(biāo)同上)，結(jié)果表明大部分淀區(qū)水體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化級(jí)別，并且富營(yíng)養(yǎng)化程度與季節(jié)的變化密切相關(guān)，即春夏兩季富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加深，到夏季達(dá)到頂峰(4-6月呈現(xiàn)輕度富營(yíng)養(yǎng)化，7-8月為中度富營(yíng)養(yǎng)化)；秋冬兩季程度又逐漸下降，到冬季達(dá)到低谷(9-12月淀區(qū)又呈現(xiàn)出輕度富營(yíng)養(yǎng)化)。出現(xiàn)這種季節(jié)變化的原因主要有兩點(diǎn)：① 春季，農(nóng)民會(huì)大量使用化肥來進(jìn)行土壤農(nóng)作物的耕種，同時(shí)夏季又是淀區(qū)周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖的高峰期，在這期間會(huì)有大量的餌料投入水中。春夏兩季化肥和餌料的大量使用會(huì)導(dǎo)致淀區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)元素含量升高，富營(yíng)養(yǎng)化程度加深。而秋冬兩季，水產(chǎn)養(yǎng)殖所投入的餌料量大幅減少，營(yíng)養(yǎng)元素的含量又逐漸降低，富營(yíng)養(yǎng)化程度減輕。② 夏季也是降雨量大增的季節(jié)。降雨所形成的地表徑流量顯著增加，淀區(qū)周邊面源污染中所包含的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素隨著地表徑流進(jìn)入水體，使淀區(qū)水體中的營(yíng)養(yǎng)元素含量升高，富營(yíng)養(yǎng)化程度加深[23]。

另外針對(duì)白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化問題，WANG[24]等人建立了一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)模擬白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化的模型。該模型是對(duì)美國(guó)的WASP模型的改進(jìn)，它把生態(tài)模型和水動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合在一起，能夠很好地模擬湖泊中氮磷等元素的時(shí)空變化。研究人員將該模型應(yīng)用于白洋淀淀區(qū)后得出的模擬數(shù)據(jù)與觀測(cè)資料比較吻合，證明了該模型的可行性。

1.3.2 重金屬污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

重金屬(鉛、鎘、銅等)進(jìn)入流域后，一小部分留在水體中，而絕大部分通過絡(luò)合作用與水體表層的沉積物相結(jié)合。一旦水體中的環(huán)境因子(如pH值、溫度值等)發(fā)生顯著變化時(shí)，沉積物中的重金屬有可能再次被釋放到水體中，造成水體的“二次污染”。同時(shí)這些重金屬又難以被水中微生物分解，它們通過生物富集作用(即食物鏈效應(yīng))而積聚在水中，會(huì)產(chǎn)生巨大的毒性，這將直接影響飲用水的安全性和人體健康[3]。

白洋淀重金屬污染來源及其空間分布規(guī)律的研究有助于治理淀區(qū)水環(huán)境、控制淀區(qū)周邊工農(nóng)業(yè)的污染和雄安新區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)。目前，很多學(xué)者還是采用ArcGIS軟件分析污染物的空間分布變化規(guī)律。汪敬忠[25]等人在ArcGIS軟件平臺(tái)上對(duì)收集到的白洋淀淀區(qū)各采樣點(diǎn)表層沉積物重金屬濃度進(jìn)行了處理，繪制出了重金屬污染的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)白洋淀沉積物重金屬的空間分布大體呈現(xiàn)出“中部高，南北低”的特點(diǎn)。后來，他們對(duì)流域內(nèi)的河流和淀區(qū)表層沉積物的重金屬數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，發(fā)現(xiàn)在組間平均間距為“20”處分組時(shí)，河流和淀區(qū)沉積物分組結(jié)果的相似性很高，這表明：河流入淀后帶來的重金屬是導(dǎo)致淀區(qū)重金屬元素發(fā)生空間變化的主要因素。此外，有研究指出沉積物的粒徑對(duì)于重金屬元素含量的空間變化也有一定的影響。不同粒徑的沉積物具有不同的比表面積和有機(jī)質(zhì)含量等，沉積物顆粒粒徑越小，對(duì)重金屬的富集能力就越強(qiáng)[26,27]。但通過對(duì)淀區(qū)沉積物的粒徑分析，粒徑< 2 μm 的比例占 50% 以上，說明淀內(nèi)沉積物顆粒的粒徑差異度較小，對(duì)重金屬元素空間分布變化影響不大[25]。

綜合污染指數(shù)法(WQI)是國(guó)內(nèi)評(píng)估水體重金屬污染程度較為常用的方法之一，該方法不僅可以評(píng)估單個(gè)金屬的污染程度，而且可以評(píng)估水體內(nèi)不同重金屬的綜合污染水平。高秋生等[28]根據(jù)2018年白洋淀各采樣點(diǎn)的水體數(shù)據(jù)，并結(jié)合綜合污染指數(shù)法對(duì)白洋淀水體的重金屬污染進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)白洋淀水體的綜合污染指數(shù)(WQI)的范圍是0.22～0.96(WQI<1,水體重金屬無(wú)污染)，計(jì)算結(jié)果表明白洋淀水體重金屬無(wú)污染。另一方面，針對(duì)白洋淀沉積物中重金屬污染評(píng)估問題，國(guó)內(nèi)外更多的是采用地積累指數(shù)法，該方法同時(shí)考慮了自然地質(zhì)背景值和人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響。高秋生等[28]人采集了白洋淀各采樣點(diǎn)表層0～10 cm的沉積物，測(cè)出了所有采樣點(diǎn)沉積物中各重金屬的濃度值，進(jìn)而運(yùn)用地積累指數(shù)法對(duì)白洋淀沉積物中的重金屬污染程度進(jìn)行了評(píng)估。由計(jì)算結(jié)果可知：在白洋淀表層沉積物中，重金屬Cd的地積累指數(shù)平均值為4.46，污染等級(jí)為5級(jí)，污染程度最為嚴(yán)重，其次是As。許多學(xué)者如楊卓[29]、Su[30]和Zhang[31]等人也使用不同的方法對(duì)該問題進(jìn)行了分析，得出的結(jié)論和高秋生等人一致。與此同時(shí)，高秋生等[28]還利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(RI)揭示了白洋淀表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)危害。該方法優(yōu)點(diǎn)在于綜合考慮了重金屬濃度、性質(zhì)和環(huán)境行為等特點(diǎn)。其中RI計(jì)算結(jié)果為765.03～2 136.68，表明白洋淀重金屬具有很強(qiáng)的生態(tài)危害。同時(shí)結(jié)果還顯示重金屬Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大，它對(duì)RI的貢獻(xiàn)率高達(dá)87%。

1.3.3 有機(jī)污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

有機(jī)污染物是指碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸等對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成危害的有機(jī)物質(zhì)，主要是以多環(huán)芳烴(PAHs)、有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)和多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)為主，是一類具有富集性、有毒性、持久性和致癌性等特點(diǎn)的物質(zhì)。各國(guó)政府很早就注意到了這三類有機(jī)物所造成的環(huán)境污染問題，因此于20世紀(jì)80年代就簽訂了國(guó)際性條約，來限制或禁止這三類有機(jī)污染物的生產(chǎn)、銷售或使用。我國(guó)大部分地表水體都已遭受這三類有機(jī)物的污染，其中PAHs的污染水平相較于其他國(guó)家或地區(qū)來說普遍較高[32]。

白洋淀表層沉積物中有機(jī)污染物的研究可以從其污染特征、污染來源和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估3個(gè)方面入手。

(1)有機(jī)污染物的污染特征。從20世紀(jì)90年代至今，針對(duì)白洋淀有機(jī)污染物濃度分布特征的報(bào)道就多達(dá)幾十篇之多。Guo等[33]利用137Cs和210Pb測(cè)年技術(shù)計(jì)算了白洋淀沉積物巖芯的年齡，并結(jié)合已測(cè)得的PAHs濃度，繪制了從1835年至2009年白洋淀沉積物總的PAHs濃度垂直剖面圖，發(fā)現(xiàn)白洋淀沉積物PAHs污染濃度于1990年達(dá)到頂峰，在之后的20年內(nèi)大體上一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；周懷東等[34]測(cè)定了2007年白洋淀表層沉積物中總的PAHs濃度，其含量均值為588.8 ng/g，高秋生等[35]測(cè)定的白洋淀2016年總的PAHs含量均值為512.3 ng/g，可以說實(shí)際測(cè)定的歷年P(guān)AHs濃度是比較符合下降趨勢(shì)的。白洋淀沉積物中總的OCPs含量從1999年的3 050 ng/g，到2008年的7.42 ng/g再到2016年的1.6 ng/g，一直也處于下降趨勢(shì)，這證明我國(guó)自1983年起就開始實(shí)行的禁OCPs令在白洋淀地區(qū)取得了很好的效果。2016年白洋淀表層沉積物中總的PBDEs的平均含量為727.5 g/g。同時(shí)高秋生等[35]繪制了白洋淀污水處理廠上下游PBDEs的分布圖，發(fā)現(xiàn)在污水處理廠上游的PBDEs以BDE-209為主，在污水處理廠下游的PBDEs以BDE-47為主。

(2)有機(jī)污染物的污染來源。由于不同來源的PAHs的結(jié)構(gòu)和組分有比較大的差異，因此可以用PAHs某些同分異構(gòu)體(Ant、Phe、Flu和Pyr等)的比值來追查其來源。有研究指出，當(dāng)Ant/(Phe+Ant)<0.1或Flu/(Flu+Pyr)<0.4時(shí)，為石油源；當(dāng)Ant/(Phe+Ant)>0.1或0.4

(3)有機(jī)污染物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目前，有機(jī)污染物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。前者主要是評(píng)估有機(jī)污染物對(duì)水生生物的毒害作用，主要評(píng)估方法有風(fēng)險(xiǎn)商法(RQ)和物種敏感度分布法(SSD)；后者主要是評(píng)估有機(jī)污染物給人體健康所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，主要評(píng)估方法有危害商法(HQ)[32]。高秋生等[35]測(cè)定的白洋淀2016年P(guān)AHs和OCPs的濃度含量均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍之內(nèi)，所以PAHs和OCPs的總體風(fēng)險(xiǎn)水平較低。而淀區(qū)各點(diǎn)位PBDEs污染物的風(fēng)險(xiǎn)商值和危害商值均小于1，表明白洋淀區(qū)域PBDEs污染物的毒性暫時(shí)不會(huì)給水生生物和人體健康帶來風(fēng)險(xiǎn)。

2 白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

構(gòu)造水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：①科學(xué)性：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果是否準(zhǔn)確在很大程度上取決于選取的體系指標(biāo)是否合理和科學(xué)；②代表性：構(gòu)造評(píng)估體系時(shí)選取的每一個(gè)指標(biāo)要能準(zhǔn)確地反映該水體的具體情況；③方便性：體系指標(biāo)的數(shù)據(jù)必須易于收集和處理，這樣能在最大程度上減少由于數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的評(píng)估結(jié)果的誤差[39]。

白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的構(gòu)建要綜合考慮自然地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)社發(fā)展?fàn)顩r和河流水量水質(zhì)等要素，同時(shí)又涉及到多層次多目標(biāo)決策問題，因此可以選擇層次分析法和綜合指數(shù)法來對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。初步構(gòu)建的評(píng)估體系框架可包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、5個(gè)二級(jí)指標(biāo)、9個(gè)三級(jí)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)包括風(fēng)險(xiǎn)源、河流特性和自然地理及社會(huì)發(fā)展條件。二級(jí)指標(biāo)包括風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)應(yīng)的面源污染和點(diǎn)源污染，自然地理及社會(huì)發(fā)展條件所對(duì)應(yīng)的社會(huì)發(fā)展和自然地理，河流特性所對(duì)應(yīng)的斷面。三級(jí)指標(biāo)包括面源污染相對(duì)應(yīng)的種植業(yè)污染、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水，點(diǎn)源污染相對(duì)應(yīng)的工業(yè)廢水，社會(huì)發(fā)展所對(duì)應(yīng)的人口特征和經(jīng)濟(jì)水平，自然地理所對(duì)應(yīng)的污染源位置，斷面所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)和流量。

一些指標(biāo)可以通過查詢歷史文獻(xiàn)資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式來獲取，如重污染企業(yè)的工業(yè)廢水排放量、流域內(nèi)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)、流量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等，而一些指標(biāo)如面源污染所對(duì)應(yīng)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染等則可采用ARCSWAT等水文模型對(duì)其中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬，獲得各污染物的污染負(fù)荷量。然后對(duì)所收集到的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，同時(shí)運(yùn)用層次分析法計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重。最后將權(quán)重與歸一化后的數(shù)據(jù)相乘后得到的結(jié)果就是水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

3 展 望

針對(duì)白洋淀流域水環(huán)境污染問題，國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)做了較多研究，包括水質(zhì)現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)源的辨析和風(fēng)險(xiǎn)因子的評(píng)估(富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估、重金屬污染評(píng)估和有機(jī)污染物的評(píng)估)，這些工作對(duì)于白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估起到推進(jìn)作用。以此為基礎(chǔ)，接下來還可以從以下幾方面繼續(xù)進(jìn)行深入研究。

(1)加強(qiáng)白洋淀流域水環(huán)境綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，并使用模糊綜合評(píng)價(jià)模型或者相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型(RRM)等數(shù)學(xué)模型來綜合評(píng)判白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平。由于以往白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究大多針對(duì)單一的污染物進(jìn)行評(píng)估，無(wú)法全面反映其水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況，所以應(yīng)該全方位對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生發(fā)展過程和風(fēng)險(xiǎn)因子等風(fēng)險(xiǎn)全要素進(jìn)行綜合分析評(píng)估，力求盡可能全面地反映白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

(2)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)的研究?？梢岳眯屡d的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如大數(shù)據(jù)平臺(tái)和區(qū)塊鏈等構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模擬模型，對(duì)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施精確預(yù)測(cè)，并制定相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。

(3)加強(qiáng)農(nóng)村污染問題的研究和治理。自雄安新區(qū)建設(shè)以來，白洋淀流域工業(yè)污水等點(diǎn)源污染已得到有效治理，但是農(nóng)業(yè)面源污染問題依舊比較嚴(yán)重。必須加快推進(jìn)淀區(qū)周邊農(nóng)村污染治理工程，圍繞“農(nóng)業(yè)—農(nóng)村—農(nóng)民”三方面開展治理工作，強(qiáng)調(diào)淀區(qū)水環(huán)境和農(nóng)民的切身利益相關(guān)，發(fā)揮農(nóng)民的積極性，同時(shí)加快推進(jìn)有關(guān)法律法規(guī)等政策的宣傳和落實(shí)。圍繞以政府主導(dǎo)，以農(nóng)民主體的策略來開展工作。

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