基于風險評估模型的環(huán)境風險地圖研究

韓玉婷，黃 蕾

(污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環(huán)境學院，江蘇 南京 210046)

·環(huán)境預警·

基于風險評估模型的環(huán)境風險地圖研究

韓玉婷，黃 蕾*

(污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環(huán)境學院，江蘇 南京 210046)

環(huán)境風險地圖基于地理信息系統(tǒng)(GIS)對信息和數(shù)據(jù)的空間分析，通過各種風險評估或預測模型，將評估的結果以空間方式展示出來。由于環(huán)境風險地圖直觀、信息量大的優(yōu)點，有助于環(huán)境風險管理以及突發(fā)事件的應急反應和實時決策。對風險地圖種類作了概述，總結風險制圖中需注意的問題以及國內(nèi)外風險地圖的應用研究以及發(fā)展情況。

風險評估;環(huán)境風險地圖;地理信息系統(tǒng);風險管理

目前，環(huán)境風險評估結果一改傳統(tǒng)上通過非空間方式表達的方法，通過地理信息系統(tǒng)(GIS)，在電子地圖的基礎上處理各種地理空間信息，將地理數(shù)據(jù)(如拓撲)和屬性數(shù)據(jù)(環(huán)境特點、土地使用、污染濃度等)嵌入GIS的空間模型整合到地圖中［1－3］。

由于環(huán)境風險地圖具有可視化、直觀性等特點，逐漸被廣泛應用于環(huán)境風險的安全管理以及應急決策之中。環(huán)境風險地圖的目的主要有兩種，一是幫助風險分析專家探索環(huán)境壓力(如污染物)影響下的空間性質;二是在專家和公眾之間建立橋梁，為普通公眾和政策制定者提供環(huán)境風險評估的結果。

1 風險地圖的種類

1.1 污染地圖

測定或者預測一個地區(qū)的某環(huán)境壓力(污染)水平，繪制成圖。例如危險品道路運輸事故［4］，該類地圖直接以事故數(shù)量作為繪圖依據(jù)，見圖1。

圖1顯示了道路運輸事故發(fā)生頻率的空間分布。根據(jù)此圖，有助于在重點區(qū)域加強事故的安全防范措施，此類地圖是最為簡單的一種。

1.2 污染風險地圖

污染風險地圖是將某地區(qū)被污染物污染的概率繪制在地圖上，地圖中污染并沒有發(fā)生或者污染程度未知。

該類地圖常用于地下水污染風險。例如，應用DRASTIC模型，通過地質、水文或者土壤數(shù)據(jù)的結合來確定易被污染的含水層位置，并附有土地利用現(xiàn)狀或化學品來源，以制成地下水污染風險地圖［5］。

在國內(nèi)，風險地圖也常用于洪水風險編制。利用水文學方法、水庫潰壩洪水計算模型及二維水力學數(shù)學模型對石梁河水庫庫區(qū)洪水風險進行分析，從而得到不同頻率的洪水風險圖［6］，見圖2。

圖1 中國各省道路運輸事故分布及經(jīng)濟發(fā)展狀況

圖2 石梁河水庫庫區(qū)不同頻率疊加淹沒范圍

在繪制地圖過程中，若繪制對象不是污染物而是污染受體(如生態(tài)系統(tǒng)或者人類)，即可稱為暴露地圖。例如，繪制受重金屬污染的莊稼地圖，顯示了暴露于該污染物下的潛在消費者［7］。

1.3 危害地圖

將測定或預測的環(huán)境污染物濃度與毒性閾值或環(huán)境標準相結合，將比較的結果繪制出來。危害地圖能顯示某區(qū)域所受影響有多大，但不能顯示該影響發(fā)生的概率，因此還要考慮敏感風險受體的存在。例如，MARKUS和MCBRATNEY等通過指示克里格方法［8］，繪制了悉尼周邊表層土中鉛含量超過澳大利亞環(huán)境監(jiān)管限值(300 mg/kg)的概率［9］，見圖3。

1.4 “真”風險地圖

該類地圖的風險指真正意義上的風險，涉及事件發(fā)生的危害程度以及發(fā)生概率。該類地圖使用不同的指標、范圍、基礎數(shù)據(jù)等，但通常都要運用一種或多種模型來模擬預測暴露情況以及影響風險。例如，HELLWEGER等人運用空氣擴散模型模擬了玻利維亞冶煉廠的砷暴露情況，利用GIS風險模塊繪制致癌風險［10］。

1.5 累積風險地圖

該類地圖在研究中應用得較少。通常運用濃度添加模型模擬化合物的聯(lián)合，來使多個風險結合至歸一化的參數(shù)中，從而繪制累積風險地圖。例如，MOISEENKO等人計算金屬環(huán)境濃度與毒性閾值之間的比值，再將地表水中各個金屬的比值相加得到綜合毒性指數(shù)(Itox)。依據(jù)這個參數(shù)繪制成了俄羅斯科拉半島地區(qū)的累積風險地圖，以顯示對水生生物的潛在綜合影響［11］，見圖4。

圖4 俄羅斯科拉半島毒性指數(shù)Itox累積風險地圖

2 風險地圖的繪制

在風險地圖繪制中，顯示風險的指數(shù)通常是商(毒性曝光比率TERs，危害商數(shù) HQs)，已測或預測的環(huán)境濃度(PECs)除以毒理學或管理閾值(預測無影響濃度、最大可承受風險限額、毒性參考值、普通參考劑量)或其他環(huán)境質量標準。人類健康風險表現(xiàn)為標準化發(fā)生率或發(fā)病率，或表現(xiàn)為標準化死亡率［12］。

構建風險地圖的目的是為了更好地在不同團體間進行信息交換，幫助利益相關者作出風險決策，制定風險管理措施。因此，在風險制圖中需要注意風險感知、目標受眾、技術以及顯示效果等問題。

2.1 風險感知

不同的風險感知影響到風險信息的溝通?？茖W與非科學人員對風險有不同的感知［13］，影響因素包括風險的種類、社會層面以及個人的行為和性格因素等。研究人員在進行公眾風險感知問卷調查時，通常要分析調查人員的社會經(jīng)濟特征［14，15］，在風險溝通過程中需要良好的溝通技巧。

2.2 目標受眾和利益相關者

風險信息溝通中，風險地圖應該要滿足不同使用者的不同理解水平。在風險地圖的繪制前，需要確定該地圖的使用人群。針對規(guī)劃人員以及政策制定者，需要提供詳細具體的風險地圖，用于風險的分析［16］;而針對普通公眾，則應提供更直觀、簡易、方便理解的風險地圖［17］。

2.3 規(guī)模和空間聚合度

由于污染的空間范圍和風險受體的空間分布，不同的污染風險均有特定的空間范圍。風險地圖的空間范圍對使用者有一定意義，因此需要依據(jù)風險的種類、傳達的信息和受眾目標確定最合適的范圍。

錯誤的空間聚合類型和水平容易引起政策制定者錯誤的決策，因此空間聚合水平也應該符合使用者的相關需求。如圖5所示的荷蘭地區(qū)噪聲污染地圖［18］，依照荷蘭中央統(tǒng)計局的方法繪制，依據(jù)該地圖(圖5b)，暴露于高噪聲水平下的住宅比例擴大，因而頒布的一些措施可能對該地區(qū)的某些居民并不適用。

圖5 不同空間聚合度下噪聲污染

2.4 顏色和符號

顏色和符號在風險地圖中用于區(qū)分不同地區(qū)和不同特征，并且涵蓋了該地區(qū)的重要信息，直接影響到出圖的顯示效果，因此顏色和符號的選擇應使地圖更加直觀易讀，避免引起讀圖不清、理解錯誤等情況［18］。

2.5 圖層疊加

在進行風險管理措施制定時，往往不能單純依靠一張風險地圖。例如，防汛管理措施中，洪水風險圖應該與防洪工程分布圖、水系圖層、地形圖層、行政區(qū)劃圖層等疊加顯示［6］，才能起到?jīng)Q策依據(jù)的作用。又如，將有害物質水平圖、危險設備水平圖與管理水平圖疊加起來，形成風險預警圖，才能有效識別化工企業(yè)環(huán)境風險，幫助開展應急響應工作［19］。

3 風險地圖的應用

GIS的發(fā)展推進了風險地圖的發(fā)展。目前，國內(nèi)外關于環(huán)境風險地圖的繪制大多處在學術研究層面。在實際應用方面，主要涉及自然災害風險評估，尤其是洪水風險評估。

對于公共災害風險，不同國情、不同管理體制和管理水平的國家對風險地圖的需求不盡相同。國外制作風險地圖都是為了滿足某個特定的目的，包括風險區(qū)管理和避難指導，商業(yè)保險費率需求以及指導土地利用等。例如，法國通過地球成因學，繪制整個法國領域氡風險地圖(圖6)，識別高風險地區(qū)以保護公眾不受高濃度氡氣的危害［20］。

圖6 法國勃艮第地區(qū)氡風險分布

中國在實際應用中，風險地圖則較多為調度指揮以及災情評估等服務。如圖7［21］，通過遙感和GIS技術進行火災風險評估，以指導消防規(guī)劃。風險地圖也用于其他例如地震、沙塵暴等方面的評估，并且在公共突發(fā)事件應急反應中，風險地圖應用正迅速發(fā)展。

圖7 北京市朝陽區(qū)十八里店鄉(xiāng)火災風險綜合評估

國內(nèi)關于非自然災害的風險評估，也進行了風險地圖的繪制，主要應用于學術研究，并提供政策建議。例如，分析中國污染事故的動態(tài)變化趨勢，為開展突發(fā)性環(huán)境污染事故的風險預警提供理論支持，并且對政府公共機構環(huán)境污染與破壞事故的預防和管理提供技術支持與政策建議［22］(圖8)。

4 展望

目前在技術上，風險地圖的發(fā)展依賴于GIS領域的進展，需要通過共同的管理標準，來提高系統(tǒng)間的互操作性，以及地理空間數(shù)據(jù)的交換性。在應急反應制圖中應加強空間信息的智能化、語意化，加強網(wǎng)絡制圖技術，加強制圖中的動態(tài)化。

在風險管理上，如應急事件，需要把評估模型與情景分析結合起來，以幫助實時決策。

在交流媒介上，除了傳統(tǒng)的印刷地圖，目前最重要的是互聯(lián)網(wǎng)。隨著網(wǎng)絡繪圖的發(fā)展，除了常規(guī)的網(wǎng)絡靜態(tài)圖，用戶也可以通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫自己選擇、查看和生成的特定地圖。

隨著風險地圖制圖的規(guī)范化和普遍化，風險管理措施以及應急事件實時決策將有效應用于風險防范與處置。

圖8 1995年、2000年、2005年環(huán)境污染與破壞事故地域分布

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Environmental Risk Mapping based on Various Risk Assessment Models

HAN Yu-ting，HUANG Lei
(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，School of the Environment，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210046，China)

With the application of Geographic Information Systems，environmental risk map displays the result of risk assessment in spatial way on the basis of analysis of environmental information and data by various risk assessment or prediction models.Risk map helps environmental risk management and emergency response or real-time decision-making because of its intuition and broad coverage.Presents an overview of the main types of risk maps and concludes several issues during mapping.At last，the application or research and development of risk map at home and abroad are briefly discussed.

risk assessment;environmental risk map;Geographic Information Systems;risk management

X820.4

A

1674- 6732(2012)-04- 0008- 05

10.3969/j.issn.1674- 6732.2012.04.002

2011- 06- 20;

2011- 07- 20

國家自然科學青年基金項目(40901266);國家水體污染與治理科技重大專項項目(2009ZX07527- 008);國家水體污染與治理科技重大專項項目(2008ZX07528- 005)。

韓玉婷(1989—)，女，碩士，研究方向為環(huán)境風險分析與管理。

黃蕾(1980—)，女，講師，博士，研究方向為環(huán)境風險分析與管理。