太子河流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)劃分方法研究

沙俊宏，李 艷，王留鎖，朱 悅，韓德昌

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159； 2.遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，沈陽(yáng) 110161)

突發(fā)性水污染事件是指由人為或自然因素引起，突然發(fā)生的污染物通過(guò)各種方式進(jìn)入河流、湖泊、水庫(kù)等地表及地下水體中，從而使其水質(zhì)惡化，影響水資源有效利用，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)受到嚴(yán)重影響，水生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重危害的事故[1]。突發(fā)性水污染事件具有形式多樣、發(fā)生突然、危害嚴(yán)重、處理處置艱難、無(wú)規(guī)律性等特征，一旦發(fā)生事故，可能會(huì)造成不可估量的影響。2012-2017年國(guó)內(nèi)突發(fā)環(huán)境事件中主要以突發(fā)性水污染事件為主，共561起，其中違規(guī)排放是突發(fā)性水污染事件的主要原因[2]。為科學(xué)應(yīng)對(duì)水污染事故，對(duì)其進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是行之有效的方法。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是針對(duì)突發(fā)事件或事故對(duì)人身安全和環(huán)境造成的影響和危害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出有效可行的對(duì)策，達(dá)到可以接受的風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生率、損失和環(huán)境影響水平，為水污染防控和應(yīng)急提供技術(shù)支撐。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)做了大量研究[3-5]，我國(guó)對(duì)流域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要以長(zhǎng)江、黃河、松花江等流域?yàn)檠芯繉?duì)象[6-8]，針對(duì)太子河流域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究并不充分。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法較多，主要有主成分分析評(píng)價(jià)法[9]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[10]、聚類分析法[11]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[12]、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法[13-16]等。這些評(píng)價(jià)方法以定量指標(biāo)為主，對(duì)數(shù)據(jù)樣本質(zhì)量要求高，計(jì)算復(fù)雜，評(píng)價(jià)難度較大。本文根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論，結(jié)合《行政區(qū)域突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估推薦方法》[17]和《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》[18]，構(gòu)建適用于太子河流域的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)估模型，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)等級(jí)進(jìn)行劃分，識(shí)別重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源。

1 研究區(qū)域概況

太子河位于遼寧省東部地區(qū)，其上游兩條支流分別源于新賓縣南和本溪縣東，匯于北甸，太子河主要流經(jīng)本溪市、遼陽(yáng)市、鞍山市，于海城三岔河注入大遼河，最后流入渤海[19]。遼寧省東部地區(qū)是重要的重化工業(yè)生產(chǎn)基地以及糧食生產(chǎn)基地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快、人口密度大。太子河流域內(nèi)存在較多礦采選、金屬冶煉和加工、印染、化工等高風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)，同時(shí)包括14個(gè)飲用水源地及19個(gè)自然保護(hù)區(qū)，針對(duì)太子河流域建立突發(fā)性水污染事件的評(píng)估模型并進(jìn)行深入研究十分必要。

2 水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)估總體思路

進(jìn)行水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)估的總體思路是：首先在資料準(zhǔn)備和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上，基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型的思想[20]，從風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的源頭、污染傳播擴(kuò)散的過(guò)程、污染對(duì)風(fēng)險(xiǎn)受體的影響三個(gè)角度分析影響評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)大小的因素，同時(shí)考慮到企業(yè)的污染治理水平和當(dāng)?shù)胤揽啬芰?duì)于風(fēng)險(xiǎn)有一定的削弱作用，確定以風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度、傳播擴(kuò)散水平、風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱程度和防控水平四個(gè)方面作為太子河流域風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層指標(biāo)；然后從以上四個(gè)方面找出影響企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小的因素，通過(guò)這些因素選取指標(biāo)層指標(biāo)并進(jìn)行分類；最后針對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)分，得出各企業(yè)的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而識(shí)別太子河流域高風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。太子河流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)估總體思路如圖1所示。

圖1 太子河流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)估總體思路

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.2.1 基本步驟

太子河流域風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的基本步驟如下：

(1)對(duì)鞍山、遼陽(yáng)、本溪三市的污染特征、風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體進(jìn)行分析，找到影響評(píng)價(jià)結(jié)果的因素；

(2)對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行宏觀分類，確定以風(fēng)險(xiǎn)源危害性、傳播擴(kuò)散可能性、風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性及污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力四個(gè)方面作為評(píng)價(jià)體系的則層指標(biāo)；

(3)根據(jù)太子河流域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源特征及各類影響因素與準(zhǔn)則層指標(biāo)的相互作用和內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)準(zhǔn)則層指標(biāo)進(jìn)行分解，確定四個(gè)準(zhǔn)則層下的指標(biāo)層指標(biāo)；

(4)根據(jù)太子河流域風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)特點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)受體分布情況，對(duì)選定的指標(biāo)進(jìn)行篩選，確保指標(biāo)具有典型性、可比性、可量化性和數(shù)據(jù)可獲得性；

(5)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行修改和驗(yàn)證后，確定最后的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.2.2 準(zhǔn)則層的構(gòu)建

根據(jù)太子河流域發(fā)展現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要由準(zhǔn)則層和指標(biāo)層兩部分構(gòu)成，其中準(zhǔn)則層指標(biāo)分為風(fēng)險(xiǎn)源危害性、傳播擴(kuò)散可能性、風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性、污染治理和防控能力四個(gè)方面。風(fēng)險(xiǎn)源危害性主要反映污染物進(jìn)入環(huán)境的難易度、污染物的危害程度以及突發(fā)事故處置難度水平等；傳播擴(kuò)散可能性主要反映事故發(fā)生后污染物傳播擴(kuò)散的可能性大??；風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性主要反映風(fēng)險(xiǎn)受體受到污染影響的敏感程度和產(chǎn)生后果影響大小；污染治理和防控能力主要反映企業(yè)或當(dāng)?shù)貙?duì)污染的治理水平和對(duì)污染事件的應(yīng)急管控能力。

2.2.3 指標(biāo)層的構(gòu)建

風(fēng)險(xiǎn)源危害性一般來(lái)自三個(gè)方面：第一是企業(yè)所涉及的行業(yè)領(lǐng)域以及自身是否為重點(diǎn)排污單位；二是生產(chǎn)過(guò)程中或者儲(chǔ)存場(chǎng)所存在的有害風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)；三是企業(yè)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的復(fù)雜性。結(jié)合太子河流域的實(shí)際情況以及數(shù)據(jù)的可獲得性，對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最終選取風(fēng)險(xiǎn)源危害性指標(biāo)有行業(yè)類別(S1)、危險(xiǎn)廢物貯存量(S2)、產(chǎn)生耗氧有機(jī)物等標(biāo)負(fù)荷量(S3)、產(chǎn)生石油類與揮發(fā)酚等標(biāo)負(fù)荷量(S4)、產(chǎn)生污水中污染物復(fù)雜程度(S5)、企業(yè)是否為重點(diǎn)排污單位標(biāo)記(S6)。

如果發(fā)生突發(fā)性事故，風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)所在周邊環(huán)境狀況以及企業(yè)自身的特點(diǎn)影響污染物傳播擴(kuò)散的可能性，也影響企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)大小?？紤]數(shù)據(jù)的可獲得性及太子河流域的風(fēng)險(xiǎn)源特征，選取的傳播擴(kuò)散可能性指標(biāo)有企業(yè)規(guī)模(D1)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)時(shí)間(D2)、距離太子河干流及主要河流距離(D3)、廢水排放去向(D4)。

風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性指標(biāo)的對(duì)象一般指容易受到環(huán)境污染影響的敏感區(qū)域和人群，通常脆弱的風(fēng)險(xiǎn)受體主要有飲用水源地、自然保護(hù)區(qū)等。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)受體的種類、太子河流域的自然資源特點(diǎn)及數(shù)據(jù)的可獲得性，選取的風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性指標(biāo)有距飲用水源地距離(V1)、距自然保護(hù)區(qū)距離(V2)、企業(yè)所在區(qū)域人口密度(V3)。

污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力指標(biāo)體現(xiàn)企業(yè)的污染治理水平，以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控能力和應(yīng)急水平。選取的污染治理和防控能力指標(biāo)有區(qū)域人均GDP(M1)、企業(yè)污染治理費(fèi)用占比(M2)。

太子河流域的突發(fā)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 太子河流域突發(fā)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

2.2.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估方法

由于各企業(yè)排放污染物種類和排放量不同，需對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系中的耗氧有機(jī)物等標(biāo)負(fù)荷量和石油類與揮發(fā)酚等標(biāo)負(fù)荷量?jī)身?xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其具有可比性。分級(jí)法、指數(shù)法和函數(shù)法是常用的三種污染源特征評(píng)價(jià)方法，其中指數(shù)法中的“等標(biāo)污染負(fù)荷法”是使用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)方法[21]，其計(jì)算公式為

Pi=qi/Coi

(1)

式中：Pi為第i種污染物的等標(biāo)負(fù)荷，m3；qi為第i種污染物的年排放量，kg；Coi為第i種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，kg/m3。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系中相應(yīng)指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩種類型。在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，定性指標(biāo)按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)直接賦值，但定量指標(biāo)無(wú)法直接賦值。因選取企業(yè)的性質(zhì)不同，各定量指標(biāo)數(shù)值相差較大，需對(duì)選取企業(yè)的定量指標(biāo)進(jìn)行百分化處理。采用極差法對(duì)各評(píng)估指標(biāo)的數(shù)值進(jìn)行線性變換，將各數(shù)值變換為0～100范圍內(nèi)，再根據(jù)企業(yè)的總體情況劃定數(shù)值區(qū)間進(jìn)行賦值。百分化變換公式為

(2)

式中：Xi為第i個(gè)評(píng)估對(duì)象的定量指標(biāo)百分化處理后的數(shù)值；xi為第i個(gè)評(píng)估對(duì)象的實(shí)際指標(biāo)數(shù)值；xmin為所有評(píng)估對(duì)象實(shí)際指標(biāo)數(shù)值中的最小值；xmax為所有評(píng)估對(duì)象實(shí)際指標(biāo)數(shù)值中的最大值。

對(duì)企業(yè)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行定量化和標(biāo)準(zhǔn)化處理后，通過(guò)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[17]計(jì)算太子河流域的風(fēng)險(xiǎn)源危害性指數(shù)S、傳播擴(kuò)散可能性指數(shù)D、風(fēng)險(xiǎn)脆弱性指數(shù)V、污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力指數(shù)M。計(jì)算公式為

(3)

(4)

(5)

(6)

計(jì)算出每個(gè)評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)源危害性指數(shù)、傳播擴(kuò)散可能性指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)脆弱性指數(shù)及污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力指數(shù)后，再由式(7)計(jì)算出每個(gè)評(píng)估對(duì)象的綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ri。

(7)

式中Si、Di、Vi、Mi分別為評(píng)估對(duì)象i的風(fēng)險(xiǎn)源危害性指數(shù)、傳播擴(kuò)散可能性指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)脆弱性指數(shù)、污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力指數(shù)。

根據(jù)各評(píng)估對(duì)象的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ri值，將最小值到最大值的數(shù)值區(qū)間平均分為四段，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從高到低分別為重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(Ⅰ級(jí))、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))、中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(Ⅲ級(jí))、一般環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))，根據(jù)Ri具體數(shù)值即可判斷評(píng)估對(duì)象的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3 實(shí)例研究

3.1 研究對(duì)象

黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、紡織業(yè)、燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)是太子河流域污染物排放量較多的行業(yè)。根據(jù)太子河流域各企業(yè)的行業(yè)類別和相關(guān)文獻(xiàn)資料，選取鞍山市(6家)、本溪市(4家)、遼陽(yáng)市(5家)共15家有代表性的、風(fēng)險(xiǎn)較高的企業(yè)進(jìn)行太子河流域風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)價(jià)實(shí)例研究。

3.2 評(píng)價(jià)過(guò)程和結(jié)果

將評(píng)價(jià)的15家企業(yè)的定量指標(biāo)進(jìn)行百分化處理，劃定區(qū)間賦值后，再計(jì)算每家企業(yè)的綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ri，根據(jù)2.2.4所述方法，可得到企業(yè)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 實(shí)例研究結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)15家企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于重大風(fēng)險(xiǎn)(Ⅰ級(jí))的企業(yè)有4家、屬于高風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))的企業(yè)有3家、屬于中風(fēng)險(xiǎn)(Ⅲ級(jí))的企業(yè)有3家、屬于一般風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))的企業(yè)有5家。

從風(fēng)險(xiǎn)危害性指數(shù)來(lái)看，指數(shù)較高的企業(yè)大都涉及金屬冶煉和壓延加工、石油冶煉加工、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造等，這些行業(yè)產(chǎn)生的污染物較多，污染物危害性較大。為降低水污染風(fēng)險(xiǎn)，首先應(yīng)從優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)入手，多扶持發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，降低重工業(yè)等行業(yè)占比；其次應(yīng)推廣工業(yè)減能減排，減少?gòu)U棄物以及向環(huán)境中排放有害物質(zhì)。

從傳播擴(kuò)散可能性指數(shù)來(lái)看，指數(shù)較高的企業(yè)廢水排放去向多為直接進(jìn)入江、河、湖、庫(kù)等水環(huán)境，且企業(yè)距離太子河干流及其主要支流也比較近。故應(yīng)該加強(qiáng)城市污水、工業(yè)園區(qū)等納污管網(wǎng)建設(shè)，對(duì)排污量較大的、需要特殊處理的企業(yè)，應(yīng)建設(shè)工業(yè)廢水集中處理廠或者企業(yè)小型污水處理站，將廢水處理達(dá)標(biāo)后再排放。

從風(fēng)險(xiǎn)受體脆弱性指數(shù)來(lái)看，指數(shù)較高的企業(yè)均距離飲用水源地較近，或其所在地區(qū)的人口密度較大，該企業(yè)一旦發(fā)生突發(fā)性事故，可能會(huì)造成更嚴(yán)重的危害。故應(yīng)將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高的企業(yè)、化工園區(qū)等建設(shè)在遠(yuǎn)離市中心和水源地的地方，可有效降低發(fā)生事故造成的危害程度。

從污染治理和風(fēng)險(xiǎn)防控能力指數(shù)來(lái)看，指數(shù)較高的企業(yè)污染治理投入占比較少或所在區(qū)域GDP水平不高。該指標(biāo)體系中只有企業(yè)污染治理投入占比為可控指標(biāo)，故應(yīng)加大對(duì)污染治理的投入，尤其是在應(yīng)急能力水平上的投入，定期檢查并及時(shí)更新老舊設(shè)備，做好安全管理，能有效降低發(fā)生突發(fā)性事故的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

(1)以太子河流域內(nèi)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)為評(píng)價(jià)對(duì)象，構(gòu)建出符合太子河流域現(xiàn)狀的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，通過(guò)計(jì)算環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)有效對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。

(2)通過(guò)污染物等標(biāo)負(fù)荷法對(duì)污染物排放量指標(biāo)進(jìn)行了處理，使不同企業(yè)間排放的不同污染物間具有可對(duì)比性?？紤]到各評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)差異較大，對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行了百分化處理，將所有評(píng)估對(duì)象的定量指標(biāo)作為整體進(jìn)行對(duì)比，劃定區(qū)間進(jìn)行賦值后再進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算。該方法更利于科學(xué)劃分流域內(nèi)各評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及橫向比較各評(píng)估對(duì)象的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)水平。

(3)選取了太子河流域內(nèi)15家典型企業(yè)進(jìn)行實(shí)例研究，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法對(duì)企業(yè)進(jìn)行賦值計(jì)算，確定各企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并進(jìn)行分析。結(jié)果表明該評(píng)價(jià)體系能夠較為合理地區(qū)分企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

(4)針對(duì)太子河流域進(jìn)行水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可為差異化管理和風(fēng)險(xiǎn)管控提供技術(shù)支撐，以減少流域內(nèi)突發(fā)水污染事件發(fā)生的概率，同時(shí)有效降低其產(chǎn)生的影響，利于太子河流域長(zhǎng)期健康發(fā)展。