孫滔滔，趙 鑫，李再華，彭盛華，林 青

(1.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院國家環(huán)境保護(hù)飲用水水源地管理技術(shù)重點實驗室，廣東 深圳 518000；2.深圳市聯(lián)普科技有限公司，廣東 深圳 518000；3.廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，各類工業(yè)風(fēng)險源的類型和數(shù)量不斷增加，水環(huán)境風(fēng)險問題日益凸顯。只有將水環(huán)境管理理念從傳統(tǒng)的被動式應(yīng)急管理轉(zhuǎn)向主動式風(fēng)險管理[1]，才能更好地解決水環(huán)境問題和提升水環(huán)境管理科學(xué)性。而開展水環(huán)境風(fēng)險識別和評估，從源頭識別風(fēng)險，防患于未然是進(jìn)行主動式風(fēng)險管理的先決條件[2]。

近年來，跨界/流域調(diào)水成為解決水資源分布不均、保障用水資源的重要方法。然而，傳統(tǒng)水源地風(fēng)險源識別和評估研究主要是針對小范圍、少數(shù)風(fēng)險源[3-5]，對數(shù)據(jù)收集要求高，方法具有較大的局限性[6]。跨區(qū)域水源地區(qū)域范圍大、數(shù)據(jù)收集/調(diào)研難度大，很難按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行風(fēng)險源識別和評估[7]，這給區(qū)域大尺度范圍內(nèi)的風(fēng)險源管理帶來諸多挑戰(zhàn)。

因此本文從數(shù)據(jù)可獲得性、易操作性的角度建立了大范圍尺度水源地風(fēng)險源識別和評估方法，并以東江流域為例進(jìn)行了應(yīng)用，可以為相關(guān)研究者和大流域水環(huán)境安全管理提供參考。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

東江發(fā)源于江西省尋烏縣，干流全長約562 km，流域總面積約3.5 萬km2，其中廣東省境內(nèi)面積約3.2 萬km2，占比約90%。東江流域包括16條一級支流，流域內(nèi)有五座大型水庫及為香港供水的東深供水工程，是廣東、香港的水資源供應(yīng)地。

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市規(guī)模的急劇擴張，東江流域水源地被大量的工業(yè)區(qū)包圍，使得水源地水質(zhì)面臨極大威脅，直接影響著東江中下游沿岸地區(qū)的供水安全和社會穩(wěn)定。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2015 年廣東省環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)(包括東江中下游水源地區(qū)域)。環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)涵蓋了統(tǒng)計年份、企業(yè)位置、行業(yè)類別、排水去向、企業(yè)規(guī)模、受納水體、廢水產(chǎn)生量和排放量、常規(guī)污染物(化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、石油類等)產(chǎn)生量和排放量等信息。

根據(jù)工業(yè)源排水去向和受納水體信息從數(shù)據(jù)庫中初步篩選出對東江取水口水環(huán)境有潛在風(fēng)險的工業(yè)源2 864 家，其空間分布情況如圖1所示。

圖1 東江流域潛在工業(yè)風(fēng)險源分布圖Fig.1 Distribution of potential industrial risk sources in the Dongjiang River Basin

2 風(fēng)險源評估指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 評估指標(biāo)選取

為了客觀反映研究區(qū)水環(huán)境風(fēng)險源狀況，表征某一特定風(fēng)險源的風(fēng)險強度，我們需要制定統(tǒng)一的評價體系，全面考慮水環(huán)境風(fēng)險系統(tǒng)有關(guān)的各類要素，對其影響因素進(jìn)行分析，以便為水環(huán)境風(fēng)險管理提供技術(shù)支持。

經(jīng)過綜合分析，水源地風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建可以從兩個方面進(jìn)行考慮：風(fēng)險因子、環(huán)境因素。風(fēng)險因子描述潛在風(fēng)險源可能發(fā)生風(fēng)險的概率或危害發(fā)生可能造成的影響強度，環(huán)境因素主要描述事故發(fā)生后對環(huán)境受體的影響程度[8]。

因此，綜合考慮指標(biāo)的代表性、數(shù)據(jù)的可獲取性，緊密圍繞水源地水質(zhì)安全這一目標(biāo)，基于環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息本文構(gòu)建了水源地潛在風(fēng)險源評估體系。最終，指標(biāo)體系選取4個指標(biāo)對風(fēng)險因子進(jìn)行描述，分別為事故發(fā)生概率、風(fēng)險源強、污染物危害指標(biāo)、風(fēng)險防控能力；選取2個指標(biāo)對環(huán)境因素進(jìn)行描述，分別為陸地遷移距離、污染物河段遷移距離。

圖2 水源地潛在風(fēng)險源評估指標(biāo)體系Fig.2 Water source potential risk source assessment index system

2.2 評估指標(biāo)量化

(1)風(fēng)險發(fā)生概率P。馬越[9]等人通過參考大量環(huán)境污染事故案例，統(tǒng)計得到了各代表性行業(yè)的突發(fā)事故發(fā)生概率和不同企業(yè)管理水平事故概率，綜合考慮二者，可采用公式(1)計算：

P=P平均×Pm

(1)

式中：P為水源地風(fēng)險源突發(fā)污染事故發(fā)生概率；P平均為行業(yè)平均事故概率；Pm為管理水平影響系數(shù)；P平均和Pm取值可參考表1。

表1 事故概率信息[9]Tab.1 Accident probability information

(2)污染物源強指標(biāo)Q。針對某一風(fēng)險源，計算該風(fēng)險源的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的最大存在量，求該最大存在量與臨界量的比值，即得到源強指標(biāo)Q。當(dāng)環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的數(shù)量有多種時，則采用公式(2)計算：

(2)

式中：Q為源強；qi為每種環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的最大存在總量；Qi為每種環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的臨界量；n為環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的種數(shù)。主要的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的臨界量取值可參考《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險分級方法(HJ941-2018)》規(guī)定的突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險物質(zhì)及臨界量清單[10]。

(3)污染物危害程度H。按照物質(zhì)對環(huán)境及人體健康的危害程度，將環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)分為3大類，分別是：①劇毒物質(zhì)，致畸、致癌、致突變物質(zhì)；②致病物質(zhì)，重金屬、一般毒性物質(zhì)、強酸、強堿、工業(yè)材料；③一般性污染物質(zhì)。危害指標(biāo)H取值方法見表2。

表2 環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)分類及危害指標(biāo)取值Tab.2 Classification of environmental risk substances and values of hazard indicators

工業(yè)源的主要環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)可以通過行業(yè)類別進(jìn)行初步判斷。在應(yīng)用中，環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)的危害指標(biāo)取值可根據(jù)實際情況，采用專家咨詢的方式確定。若風(fēng)險源含有多種類型的環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)，則選取最大的一個危害指標(biāo)取值作為該風(fēng)險源的危害指標(biāo)H。

(4)風(fēng)險防控能力M。根據(jù)企業(yè)水環(huán)境風(fēng)險防控措施情況進(jìn)行評估，可參考《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險分級方法(HJ941-2018)》，將企業(yè)風(fēng)險防控能力分為3個級別，①無直排入環(huán)境；②通過污水處理廠處理后排入環(huán)境；③直排入環(huán)境。企業(yè)風(fēng)險防控能力M取值方法見表3。

表3 企業(yè)風(fēng)險防控能力評估指標(biāo)取值Tab.3 Enterprise risk prevention and control ability evaluation indicator value

(5)陸地遷移距離L。根據(jù)風(fēng)險源所處的位置到水體的陸地距離，計算陸地距離潛在風(fēng)險值。一般距離水體越遠(yuǎn)，污染物經(jīng)陸地遷移后排入水體，對水環(huán)境造成危害的可能性就越小。實際應(yīng)用中，可以根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合水源地實際情況，劃分陸地距離風(fēng)險等級，取值方法見表4。

表4 陸地距離評估指標(biāo)取值Tab.4 Land distance assessment indicator value

(6)河段遷移距離D。污染物遷移距離指污染物從事發(fā)地點遷移到取水口所需要的距離，體現(xiàn)了污染事故發(fā)生后，下游取水口可采取應(yīng)急措施的時間長短。由于不同河段的流速在不同季節(jié)或者降雨情景下是實時變化的，很難進(jìn)行全面考慮。因此，在不考慮河段流速的情況下，一般距離取水口越遠(yuǎn)，隨著污染物濃度削減，對取水口造成危害的可能性就越小。實際應(yīng)用中，可以根據(jù)經(jīng)驗結(jié)合水源地實際情況，劃分污染物河段遷移距離風(fēng)險等級，取值方法見表5。

表5 河段遷移距離評估指標(biāo)取值Tab.5 River migration distance assessment indicator value

2.3 風(fēng)險分值計算

風(fēng)險源的風(fēng)險計算包括單項指標(biāo)風(fēng)險分值計算和綜合風(fēng)險分值計算。

(1)單項指標(biāo)風(fēng)險分值計算。采用2.2節(jié)的方法計算某一特定風(fēng)險源的風(fēng)險發(fā)生概率P、污染物源強Q、污染物危害H、風(fēng)險防控能力M、陸地遷移距離L、污染物河段遷移距離D這6項指標(biāo)的值。對照表6計算各指標(biāo)對應(yīng)的相對風(fēng)險分值，分別記為rP、rQ、rH、rM、rL和rD。

表6 評價指標(biāo)風(fēng)險分值表Tab.6 Evaluation index risk score table

(2)綜合風(fēng)險分值計算。綜合風(fēng)險分值采用6個指標(biāo)的加權(quán)平均值，可采用公式(3)計算：

R=δPrP+δQrQ+δHrH+δMrM+δLrL+δDrD

(3)

式中：R為風(fēng)險源的綜合風(fēng)險分值；ri為6項指標(biāo)分別對應(yīng)的單項風(fēng)險值；δi為6項指標(biāo)分別對應(yīng)的權(quán)重；權(quán)重可以根據(jù)實際情況，采用專家咨詢的方式確定，并根據(jù)實際情況進(jìn)行歸一化處理；6個權(quán)重的取值范圍在0～1之間，且總和為1。

3 風(fēng)險分級與管理

3.1 風(fēng)險分級

風(fēng)險源的綜合風(fēng)險分值確定后，需依據(jù)綜合風(fēng)險分值對風(fēng)險源進(jìn)行分級，以便于風(fēng)險源管理?？筛鶕?jù)風(fēng)險源的綜合風(fēng)險值將其分為3個級別：Ⅰ級(自控風(fēng)險源)、Ⅱ級(監(jiān)控風(fēng)險源)和Ⅲ級(嚴(yán)控風(fēng)險源)，風(fēng)險級別越高，管理要求越嚴(yán)格。

本文對東江流域2 864家工業(yè)源風(fēng)險分級結(jié)果為：低風(fēng)險工業(yè)源638家、中風(fēng)險工業(yè)源1 883家和高風(fēng)險工業(yè)源343家，如表7所示。

表7 東江流域2 864家工業(yè)源風(fēng)險源分級和管理要求Tab.7 Classification and management requirements of 2 864 industrial source risk sources in Dongjiang River Basin

3.2 風(fēng)險管理

飲用水源地的各類突發(fā)污染事件的發(fā)生，嚴(yán)重地威脅著居民用水安全。為健全水質(zhì)異常事件應(yīng)急機制，提高應(yīng)急處理能力，有必要完善風(fēng)險管理工作。

本文將風(fēng)險管理分為兩部分內(nèi)容。一部分是常規(guī)風(fēng)險管理，建立風(fēng)險管理數(shù)據(jù)庫和風(fēng)險圖譜展示平臺，實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)潛在風(fēng)險源數(shù)據(jù)的更新、維護(hù)、展示的數(shù)字化管理，為日常管理和巡查提供依據(jù)。工作人員可以通過在線接入環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)平臺、批量導(dǎo)入、手動填寫添加等方式新增數(shù)據(jù)，通過編輯/刪除對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和維護(hù)。東江流域水源地潛在風(fēng)險源查詢與管理模塊示例如圖3和圖4所示。

圖3 東江流域工業(yè)風(fēng)險源聚合分布示例圖Fig.3 Industrial risk source aggregation distribution in Dongjiang River Basin

圖4 東江流域工業(yè)風(fēng)險源管理模塊示例圖Fig.4 Dongjiang River Basin industrial risk source management module

另一部分是突發(fā)應(yīng)急管理，建立水環(huán)境事件應(yīng)急機制，制定水質(zhì)異常應(yīng)急預(yù)案，明確主要污染物的理化性質(zhì)及應(yīng)急、救援措施，實現(xiàn)主要突發(fā)應(yīng)急事件的應(yīng)急處置措施和歷史突發(fā)事故的案例查詢，為突發(fā)水環(huán)境污染事故的處置提供參考。

3.3 溯源分析

水環(huán)境污染事故溯源一般是指水污染事故發(fā)生后，研究者利用各種方式追蹤定位污染的來源，主要內(nèi)容包括：分析污染物的來源和種類，尋找出污染源泄露位置、時間、強度等關(guān)鍵信息[11]。目前國內(nèi)外關(guān)于水污染事故溯源的分析主要有示蹤法[12]、反向推導(dǎo)法[13]、搜索定位法等。

本文溯源分析主要基于風(fēng)險源識別和評估研究成果，使用簡易版反向推導(dǎo)法，即下游如果發(fā)生突發(fā)污染事故，用戶可以將超標(biāo)污染物類別輸入系統(tǒng)進(jìn)行查詢，系統(tǒng)將鎖定上游區(qū)域中包含排放該污染物的點源并高亮顯示，用戶可以從中初步篩選、判斷可能來源，為下一步排查提供位置參考。鎖定可能潛在風(fēng)險源后的排查，可以結(jié)合無人船、水下機器人[14]等進(jìn)行搜索定位，提升溯源效率，為應(yīng)急管理提供決策支撐。

4 總 結(jié)

(1)本文根據(jù)大尺度流域范圍環(huán)境特點，基于《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險分級方法(HJ941-2018)》，綜合考慮評估指標(biāo)的可獲得性、重要性、可操作性，構(gòu)建了大流域水源地潛在風(fēng)險源評估指標(biāo)體系。

(2)基于評估體系以東江流域東江取水口為例，建立了東江流域工業(yè)風(fēng)險源清單，實現(xiàn)了東江流域內(nèi)2864家工業(yè)源的風(fēng)險評估和分級管理，其中低風(fēng)險638家、中風(fēng)險1 885家、高風(fēng)險343家。

(3)根據(jù)研究成果開發(fā)了東江流域水源地潛在風(fēng)險源查詢與管理模塊，可以實現(xiàn)流域內(nèi)潛在風(fēng)險源的查詢、維護(hù)和更新，可結(jié)合日常巡查為東江水源地水質(zhì)安全管理和應(yīng)急管理提供輔助支持。

(4)該方法具有較強的可操作性和復(fù)制性，可為大尺度范圍水環(huán)境潛在風(fēng)險源評估研究提供參考。但是由于數(shù)據(jù)信息有限，評估成果的精細(xì)程度有待加強，建議可以將評估結(jié)果作為初步參考，進(jìn)一步有針對性地篩選出重點風(fēng)險源，結(jié)合傳統(tǒng)小范圍評估方法開展更精細(xì)的數(shù)據(jù)調(diào)研及風(fēng)險評估。