黃河蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測

逯曄坤　靳春玲　貢力

摘要：突發(fā)水污染事故威脅人類健康，破壞生態(tài)環(huán)境。為了降低黃河蘭州段突發(fā)水污染事故的損失，對突發(fā)水污染事故進(jìn)行級別預(yù)測。采用PSR模型建立評價(jià)指標(biāo)體系，通過主客觀結(jié)合的AHP-熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用和諧度方程（HDE）綜合評價(jià)的方法，根據(jù)蘭州段突發(fā)水污染事故評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，確定突發(fā)水污染事故級別。結(jié)果表明：黃河蘭州段突發(fā)水污染事故和諧度為-0.078，屬于重大事故級別（Ⅱ級），符合實(shí)際情況。黃河沿岸企業(yè)類型、水質(zhì)類別、事故應(yīng)急處理機(jī)制分別為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)中權(quán)重最大的影響因素，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其對黃河水環(huán)境的影響，從而全面把控黃河水環(huán)境。

關(guān)鍵詞：突發(fā)水污染;事故評價(jià);PSR;AHP-熵權(quán)法;和諧度方程;黃河蘭州段

中圖分類號：TV882.I;X522

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.06.014

突發(fā)水污染事故是指固定或移動(dòng)的污染源突然排放污染物、自然災(zāi)害導(dǎo)致污染物或放射性物質(zhì)等有毒有害物質(zhì)經(jīng)環(huán)境介質(zhì)進(jìn)入水體，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，從而破壞人類、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的正?；顒?dòng)及水生態(tài)平衡的事故¨]。突發(fā)水污染事故誘因眾多且威脅人類健康，破壞生態(tài)環(huán)境，制約經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展，已成為全世界極為關(guān)注的問題之一[2-3]。近年來，水污染事故正在成為危害人們生存健康的重大環(huán)境問題，突發(fā)水污染事故危害更大。針對突發(fā)水污染事故，水利部黃河水利委員會(huì)頒布《黃河重大水污染事件報(bào)告辦法》《黃河重大水污染事件應(yīng)急調(diào)查處理規(guī)定》等，提出了黃河流域突發(fā)水污染事故應(yīng)急機(jī)制的初步處理辦法。

突發(fā)水污染事故預(yù)測是突發(fā)事故發(fā)生后及時(shí)采取有效應(yīng)急控制和處置措施的基礎(chǔ)[4]。國外對突發(fā)水污染事故的研究起始于海上溢油事件，國內(nèi)起始于2005年的松花江水污染事件。目前，國內(nèi)外對突發(fā)水污染事故研究較多，但大多集中于風(fēng)險(xiǎn)分析，對突發(fā)水污染事故級別的研究較少。Huang L等[5]提出了基于多指標(biāo)綜合評價(jià)法的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別模型：Hou D等[6]提出了基于突發(fā)水污染事故不確定性分析和風(fēng)險(xiǎn)評估的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)警模型：林長喜[7]應(yīng)用PSR模型建立評價(jià)指標(biāo)體系，并采用AHP -綜合指數(shù)法對跨界重大水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估：李二平等[8]采用三角模糊函數(shù)修正了傳統(tǒng)的水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，較準(zhǔn)確地對濃度隨時(shí)間和空間不斷變化的水質(zhì)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

筆者以黃河流域蘭州段突發(fā)水污染事故為研究對象，采用環(huán)境評價(jià)PSR模型[9]建立評價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP-熵權(quán)法[10-11]確定指標(biāo)權(quán)重，應(yīng)用和諧論的和諧度方程（ HDE）評價(jià)方法確定蘭州段突發(fā)水污染事故級別，以期為流域突發(fā)水污染事故級別預(yù)測提供參考。

1 和諧度方程評價(jià)方法

和諧度方程是左其亭[12]為定量表達(dá)和諧程度首次提出的，并構(gòu)建了以和諧論量化研究為主要特色的和諧理論方法體系[13]。和諧度方程從提出到現(xiàn)在已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，左其亭等[14-16]應(yīng)用和諧度方程進(jìn)行了人水關(guān)系和諧程度的評價(jià)和調(diào)控、水污染物總量控制及現(xiàn)代水資源管理等方面的研究：梁士奎等[17]應(yīng)用和諧度方程進(jìn)行了水資源優(yōu)化配置：馬軍霞[18]提出了水質(zhì)評價(jià)的和諧度方程評價(jià)方法。

1.1 和諧度方程

和諧度方程表達(dá)式：

HD=ai - bj

（1）式中：HD為和諧度，其取值范圍為[-1，1]，HD∈[-l，0]表示處于敵對狀態(tài)，HD∈（0，1]表示處于和諧狀態(tài)，HD值越大，和諧程度越高;a為統(tǒng)一度，表示和諧參與者按照和諧規(guī)則具有“相同目標(biāo)”所占的比重：b為分歧度，表示和諧參與者對照和諧規(guī)則和目標(biāo)存在分歧情況所占的比重，a、b ∈[O，1]，且a+b≤l;i為和諧系數(shù)，反映和諧目標(biāo)的滿足程度，可依據(jù)和諧目標(biāo)計(jì)算確定，i ∈[O，l];j為不和諧系數(shù)，反映和諧參與者對存在分歧現(xiàn)象的重視程度，可根據(jù)分歧度計(jì)算確定，j∈[O，1]。

1.2 “綜合程度評價(jià)”的HDE評價(jià)流程

確定評價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn);確定各指標(biāo)的統(tǒng)一度、分歧度、和諧系數(shù)、不和諧系數(shù);將上述參數(shù)代人和諧度方程中確定各指標(biāo)子和諧度：確定指標(biāo)權(quán)重：確定綜合程度評價(jià)值HD：將綜合程度評價(jià)值HD與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，確定最終評價(jià)結(jié)果。

2 黃河蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)方法

2.1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

采用PSR模型，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三方面建立蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)體系。其中：壓力方面主要影響因素為廢水排放量、沿河危險(xiǎn)企業(yè)數(shù)和行業(yè)類型，狀態(tài)方面主要影響因素為水質(zhì)類別、人口居住密度、水資源開發(fā)利用率和水生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，響應(yīng)方面主要影響因素為應(yīng)急救援水平和事故應(yīng)急處理機(jī)制。這9個(gè)指標(biāo)形成遞階層次結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建蘭州段突發(fā)水污染評價(jià)指標(biāo)體系，見圖1。

2.2 指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》對突發(fā)環(huán)境事件的分級，將突發(fā)水污染事故風(fēng)險(xiǎn)劃分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，各指標(biāo)具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.3 確定指標(biāo)子和諧度HDk

（1）計(jì)算統(tǒng)一度a。采用模糊思想將統(tǒng)一度劃分為0-0.25、0.25 - 0.50、0.50 - 0.75、0.75 - 1.00，依次隸屬于I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級突發(fā)水污染事故風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)建立線性方程，計(jì)算出指標(biāo)的統(tǒng)一度a。

（2）計(jì)算分歧度b。分歧度b可基于統(tǒng)一度a來確定，即b=l-a。

（3）計(jì)算和諧系數(shù)i。和諧系數(shù)i可根據(jù)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)采用兩節(jié)點(diǎn)公式確定[19]。

（4）計(jì)算不和諧系數(shù)j。不和諧系數(shù)j反映對分歧現(xiàn)象的重視程度，因此通過分歧度6確定其數(shù)值，即j=6。

（5）將各參數(shù)代人和諧度方程，計(jì)算出指標(biāo)的子和諧度HDk 。

2.4 指標(biāo)權(quán)重ωk的確定

采用AHP-熵權(quán)法確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。AHP法是主觀意志的反映，缺少客觀分析：熵權(quán)法不能反映研究人員的主觀意志，受離散極值的影響。針對兩種方法的缺陷，建立主觀和客觀結(jié)合的方法確定突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

2.4.1 AHP法權(quán)重確定

（1）建立相對重要矩陣，通過專家評判，確定蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量。

（2）上述每位專家針對蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)所得的權(quán)重向量構(gòu)成權(quán)重矩陣C=（c）mm（其中m為專家個(gè)數(shù)，n為評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)）。

3 蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測案例

黃河蘭州段全長152 km。黃河從蘭州市穿城而過，是蘭州市工農(nóng)業(yè)和生活用水的主要來源。蘭州市人口密集，工業(yè)眾多，故黃河蘭州段水安全狀況對環(huán)境安全和居民健康有著重要影響。

3.1 指標(biāo)子和諧度計(jì)算

通過《蘭州市統(tǒng)計(jì)年鑒》《蘭州市環(huán)境狀況公報(bào)》及有關(guān)資料獲取各指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各指標(biāo)的統(tǒng)一度a、分歧度b、和諧系數(shù)i、不和諧系數(shù)j，各指標(biāo)計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[19]，利用和諧度方程得出指標(biāo)的和諧度HD，計(jì)算結(jié)果見表3。

3.2 AHP-熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

選取8位專家進(jìn)行權(quán)重評定，采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行一致性CI檢驗(yàn)，結(jié)果小于0.1，達(dá)到要求。根據(jù)偏離程度，最終采納6位專家（淘汰專家4、專家8）的意見確定蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重ωλ;將蘭州段近4 a各指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中指標(biāo)Sl、S4、R1、R2為正向指標(biāo)，其余為負(fù)向指標(biāo)，隨后運(yùn)用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重ωs;最后進(jìn)行熵權(quán)法對AHP法的修正，將主客觀思想合理地結(jié)合起來，盡量消除兩種方法的弊端，確定最終權(quán)重ωk，結(jié)果見表4。

3.3 黃河蘭州段突發(fā)水污染事故級別確定

根據(jù)確定的蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測各評價(jià)指標(biāo)的和諧度和權(quán)重，采用和諧度方程加權(quán)平均計(jì)算公式得出準(zhǔn)則層壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)指標(biāo)的和諧度分別為-0.162、0.031、0.113，計(jì)算確定壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為0.621、0.241、0.138，并計(jì)算確定蘭州段突發(fā)水污染事故和諧度為-0.078。對照和諧度范圍和事故級別匹配關(guān)系（見表5），確定黃河蘭州段突發(fā)水污染事故級別將為重大事故。

4 結(jié)論

采用PSR模型建立黃河蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)，并采用主客觀賦權(quán)的方法確定指標(biāo)權(quán)重，在分析和諧度方程的基礎(chǔ)上，根據(jù)“綜合程度評價(jià)”的HDE思路，結(jié)合蘭州段突發(fā)水污染事故級別預(yù)測評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，詳細(xì)介紹了和諧度方程評價(jià)方法在突發(fā)水污染事故級別預(yù)測中的應(yīng)用。和諧度方程中和諧系數(shù)i和不和諧系數(shù)j的確定較其他方法靈活，結(jié)合突發(fā)水污染事故級別預(yù)測的模糊性，使評價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際。

預(yù)測結(jié)果表明，黃河蘭州段突發(fā)水污染事故等級為Ⅱ級，屬于重大事故。其評價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。通過AHP -熵權(quán)法確定權(quán)重，黃河沿岸企業(yè)類型、水質(zhì)類別、事故應(yīng)急處理機(jī)制分別為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)中權(quán)重最大的影響因素，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其對黃河水環(huán)境的影響，從而全面把控黃河水環(huán)境。蘭州市是唯一的一座黃河穿城而過的省會(huì)城市，黃河是蘭州市重要的水資源，應(yīng)建立黃河水污染應(yīng)急機(jī)制，對突發(fā)水污染事故級別進(jìn)行預(yù)判，確保降低突發(fā)事件帶來的危害，提高其承載力。

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【責(zé)任編輯呂艷梅】