太子河流域水环境风险源等级划分方法研究
时间：2022-12-08 12:40:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
沙俊宏，李 艳，王留锁，朱 悦，韩德昌
(1.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159；
2.辽宁省生态环境保护科技中心，沈阳 110161)
突发性水污染事件是指由人为或自然因素引起，突然发生的污染物通过各种方式进入河流、湖泊、水库等地表及地下水体中，从而使其水质恶化，影响水资源有效利用，导致社会经济和社会活动受到严重影响，水生态环境受到严重危害的事故[1]。突发性水污染事件具有形式多样、发生突然、危害严重、处理处置艰难、无规律性等特征，一旦发生事故，可能会造成不可估量的影响。2012-2017年国内突发环境事件中主要以突发性水污染事件为主，共561起，其中违规排放是突发性水污染事件的主要原因[2]。为科学应对水污染事故，对其进行环境风险评价是行之有效的方法。
环境风险评价是针对突发事件或事故对人身安全和环境造成的影响和危害进行风险评估，提出有效可行的对策，达到可以接受的风险事故发生率、损失和环境影响水平，为水污染防控和应急提供技术支撑。近年来，国内外学者对流域风险评价做了大量研究[3-5]，我国对流域风险评估主要以长江、黄河、松花江等流域为研究对象[6-8]，针对太子河流域风险评估的研究并不充分。
目前国内关于环境风险评价的方法较多，主要有主成分分析评价法[9]、数据包络分析法[10]、聚类分析法[11]、灰色关联分析法[12]、模糊数学综合评价法[13-16]等。这些评价方法以定量指标为主，对数据样本质量要求高，计算复杂，评价难度较大。本文根据环境风险系统理论，结合《行政区域突发环境事件风险评估推荐方法》[17]和《企业突发环境事件风险评估指南》[18]，构建适用于太子河流域的水环境风险企业评估模型，对风险企业等级进行划分，识别重点风险源。
太子河位于辽宁省东部地区，其上游两条支流分别源于新宾县南和本溪县东，汇于北甸，太子河主要流经本溪市、辽阳市、鞍山市，于海城三岔河注入大辽河，最后流入渤海[19]。辽宁省东部地区是重要的重化工业生产基地以及粮食生产基地，经济发展快、人口密度大。太子河流域内存在较多矿采选、金属冶炼和加工、印染、化工等高风险企业，同时包括14个饮用水源地及19个自然保护区，针对太子河流域建立突发性水污染事件的评估模型并进行深入研究十分必要。
2.1 水环境风险企业评估总体思路
进行水环境风险企业评估的总体思路是：首先在资料准备和环境风险识别的基础上，基于“压力-状态-响应”模型的思想[20]，从风险产生的源头、污染传播扩散的过程、污染对风险受体的影响三个角度分析影响评价对象风险大小的因素，同时考虑到企业的污染治理水平和当地防控能力对于风险有一定的削弱作用，确定以风险源强度、传播扩散水平、风险受体脆弱程度和防控水平四个方面作为太子河流域风险源评价指标体系的准则层指标；
然后从以上四个方面找出影响企业风险等级大小的因素，通过这些因素选取指标层指标并进行分类；
最后针对各项指标对评价对象进行评分，得出各企业的水环境风险指数，并划分风险等级，从而识别太子河流域高风险企业。太子河流域水环境风险企业评估总体思路如图1所示。
图1 太子河流域水环境风险企业评估总体思路
2.2 评价指标体系的构建
2.2.1 基本步骤
太子河流域风险企业评价指标体系构建的基本步骤如下：
(1)对鞍山、辽阳、本溪三市的污染特征、风险源和风险受体进行分析，找到影响评价结果的因素；
(2)对各个因素进行宏观分类，确定以风险源危害性、传播扩散可能性、风险受体脆弱性及污染治理和风险防控能力四个方面作为评价体系的则层指标；
(3)根据太子河流域内风险源特征及各类影响因素与准则层指标的相互作用和内在联系，对准则层指标进行分解，确定四个准则层下的指标层指标；
(4)根据太子河流域风险企业特点、风险受体分布情况，对选定的指标进行筛选，确保指标具有典型性、可比性、可量化性和数据可获得性；
(5)对各指标进行修改和验证后，确定最后的评价指标体系。
2.2.2 准则层的构建
根据太子河流域发展现状，评价指标体系主要由准则层和指标层两部分构成，其中准则层指标分为风险源危害性、传播扩散可能性、风险受体脆弱性、污染治理和防控能力四个方面。风险源危害性主要反映污染物进入环境的难易度、污染物的危害程度以及突发事故处置难度水平等；
传播扩散可能性主要反映事故发生后污染物传播扩散的可能性大小；
风险受体脆弱性主要反映风险受体受到污染影响的敏感程度和产生后果影响大小；
污染治理和防控能力主要反映企业或当地对污染的治理水平和对污染事件的应急管控能力。
2.2.3 指标层的构建
风险源危害性一般来自三个方面：第一是企业所涉及的行业领域以及自身是否为重点排污单位；
二是生产过程中或者储存场所存在的有害风险物质；
三是企业生产工艺和产品的复杂性。结合太子河流域的实际情况以及数据的可获得性，对相关指标进行优化，最终选取风险源危害性指标有行业类别(S1)、危险废物贮存量(S2)、产生耗氧有机物等标负荷量(S3)、产生石油类与挥发酚等标负荷量(S4)、产生污水中污染物复杂程度(S5)、企业是否为重点排污单位标记(S6)。
如果发生突发性事故，风险企业所在周边环境状况以及企业自身的特点影响污染物传播扩散的可能性，也影响企业的风险大小。考虑数据的可获得性及太子河流域的风险源特征，选取的传播扩散可能性指标有企业规模(D1)、企业经营时间(D2)、距离太子河干流及主要河流距离(D3)、废水排放去向(D4)。
风险受体脆弱性指标的对象一般指容易受到环境污染影响的敏感区域和人群，通常脆弱的风险受体主要有饮用水源地、自然保护区等。根据风险受体的种类、太子河流域的自然资源特点及数据的可获得性，选取的风险受体脆弱性指标有距饮用水源地距离(V1)、距自然保护区距离(V2)、企业所在区域人口密度(V3)。
污染治理和风险防控能力指标体现企业的污染治理水平，以及当地环境风险防控能力和应急水平。选取的污染治理和防控能力指标有区域人均GDP(M1)、企业污染治理费用占比(M2)。
太子河流域的突发水环境风险评估指标体系如表1所示。
表1 太子河流域突发水环境风险评估指标体系
2.2.4 风险等级的评估方法
由于各企业排放污染物种类和排放量不同，需对风险评估指标体系中的耗氧有机物等标负荷量和石油类与挥发酚等标负荷量两项指标的数据进行处理，使其具有可比性。分级法、指数法和函数法是常用的三种污染源特征评价方法，其中指数法中的“等标污染负荷法”是使用最为广泛的标准化评价方法[21]，其计算公式为
Pi=qi/Coi
(1)
式中：Pi为第i种污染物的等标负荷，m3；
qi为第i种污染物的年排放量，kg；
Coi为第i种污染物的评价标准，kg/m3。
风险评估指标体系中相应指标分为定性指标和定量指标两种类型。在对风险企业的各项指标进行评估时，定性指标按照评价标准直接赋值，但定量指标无法直接赋值。因选取企业的性质不同，各定量指标数值相差较大，需对选取企业的定量指标进行百分化处理。采用极差法对各评估指标的数值进行线性变换，将各数值变换为0～100范围内，再根据企业的总体情况划定数值区间进行赋值。百分化变换公式为
(2)
式中：Xi为第i个评估对象的定量指标百分化处理后的数值；
xi为第i个评估对象的实际指标数值；
xmin为所有评估对象实际指标数值中的最小值；
xmax为所有评估对象实际指标数值中的最大值。
对企业的各项指标进行定量化和标准化处理后，通过环境风险指数法[17]计算太子河流域的风险源危害性指数S、传播扩散可能性指数D、风险脆弱性指数V、污染治理和风险防控能力指数M。计算公式为
(3)
(4)
(5)
(6)
计算出每个评估对象的风险源危害性指数、传播扩散可能性指数、风险脆弱性指数及污染治理和风险防控能力指数后，再由式(7)计算出每个评估对象的综合环境风险指数Ri。
(7)
式中Si、Di、Vi、Mi分别为评估对象i的风险源危害性指数、传播扩散可能性指数、风险脆弱性指数、污染治理和风险防控能力指数。
根据各评估对象的环境风险指数Ri值，将最小值到最大值的数值区间平均分为四段，风险等级从高到低分别为重大环境风险(Ⅰ级)、高环境风险(Ⅱ级)、中环境风险(Ⅲ级)、一般环境风险(Ⅳ级)，根据Ri具体数值即可判断评估对象的环境风险等级。
3.1 研究对象
黑色金属冶炼和压延加工业、纺织业、燃气生产和供应业、化学原料和化学制品制造业、农副食品加工业是太子河流域污染物排放量较多的行业。根据太子河流域各企业的行业类别和相关文献资料，选取鞍山市(6家)、本溪市(4家)、辽阳市(5家)共15家有代表性的、风险较高的企业进行太子河流域风险源评价实例研究。
3.2 评价过程和结果
将评价的15家企业的定量指标进行百分化处理，划定区间赋值后，再计算每家企业的综合环境风险指数Ri，根据2.2.4所述方法，可得到企业所对应的风险等级。风险企业评价结果如表2所示。
表2 风险企业评价结果
3.3 实例研究结果分析
通过对15家企业进行风险评估，确定环境风险等级属于重大风险(Ⅰ级)的企业有4家、属于高风险(Ⅱ级)的企业有3家、属于中风险(Ⅲ级)的企业有3家、属于一般风险(Ⅳ级)的企业有5家。
从风险危害性指数来看，指数较高的企业大都涉及金属冶炼和压延加工、石油冶炼加工、化学原料和化学制品制造等，这些行业产生的污染物较多，污染物危害性较大。为降低水污染风险，首先应从优化产业结构入手，多扶持发展绿色产业，降低重工业等行业占比；
其次应推广工业减能减排，减少废弃物以及向环境中排放有害物质。
从传播扩散可能性指数来看，指数较高的企业废水排放去向多为直接进入江、河、湖、库等水环境，且企业距离太子河干流及其主要支流也比较近。故应该加强城市污水、工业园区等纳污管网建设，对排污量较大的、需要特殊处理的企业，应建设工业废水集中处理厂或者企业小型污水处理站，将废水处理达标后再排放。
从风险受体脆弱性指数来看，指数较高的企业均距离饮用水源地较近，或其所在地区的人口密度较大，该企业一旦发生突发性事故，可能会造成更严重的危害。故应将环境风险较高的企业、化工园区等建设在远离市中心和水源地的地方，可有效降低发生事故造成的危害程度。
从污染治理和风险防控能力指数来看，指数较高的企业污染治理投入占比较少或所在区域GDP水平不高。该指标体系中只有企业污染治理投入占比为可控指标，故应加大对污染治理的投入，尤其是在应急能力水平上的投入，定期检查并及时更新老旧设备，做好安全管理，能有效降低发生突发性事故的风险。
(1)以太子河流域内水环境风险企业为评价对象，构建出符合太子河流域现状的风险评估指标体系，通过计算环境风险指数有效对各评价对象进行风险分级。
(2)通过污染物等标负荷法对污染物排放量指标进行了处理，使不同企业间排放的不同污染物间具有可对比性。考虑到各评估风险企业差异较大，对定量指标进行了百分化处理，将所有评估对象的定量指标作为整体进行对比，划定区间进行赋值后再进行环境风险指数的计算。该方法更利于科学划分流域内各评估对象的风险等级及横向比较各评估对象的实际风险水平。
(3)选取了太子河流域内15家典型企业进行实例研究，根据评价指标体系和评价方法对企业进行赋值计算，确定各企业的风险等级并进行分析。结果表明该评价体系能够较为合理地区分企业的环境风险等级。
(4)针对太子河流域进行水环境风险评估，可为差异化管理和风险管控提供技术支撑，以减少流域内突发水污染事件发生的概率，同时有效降低其产生的影响，利于太子河流域长期健康发展。
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