水環(huán)境風險源識別和評估研究進展綜述

孫滔滔 ，趙 鑫 ，尹魁浩 ，彭盛華 ，林 青

（1.深圳市環(huán)境科學研究院國家環(huán)境保護飲用水水源地管理技術(shù)重點實驗室，518001，深圳；2.廣東粵港供水有限公司，518021，深圳）

隨著經(jīng)濟社會的進步，流域水環(huán)境問題日趨嚴重，在自然環(huán)境演變和人類活動的影響下，風險源的類型和數(shù)量不斷增加，水環(huán)境風險問題凸顯。國務(wù)院出臺的《水污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2015〕17 號）中明確指出要加強水環(huán)境風險管理，全力保障水生態(tài)環(huán)境安全。為更好地解決水環(huán)境問題和進行科學的水環(huán)境管理，有必要將水環(huán)境管理理念從傳統(tǒng)的被動式應(yīng)急管理轉(zhuǎn)向主動式風險管理，開展水環(huán)境風險識別和評估，從源頭識別風險，防患于未然。

水環(huán)境風險源識別根據(jù)其形態(tài)特征可以分為點源、移動源和面源，風險評估則選取風險源的風險因子進行辨析，一般將風險因子分為氮磷等富營養(yǎng)化元素、有機污染物、重金屬3個類別進行評估。國內(nèi)外針對水環(huán)境風險源識別和評估開展了大量研究工作，取得了一定成果。本文梳理了國內(nèi)外研究案例和進展，總結(jié)了水環(huán)境風險源點源、移動源、面源的識別方法，以及富營養(yǎng)化因子、有毒有機污染物、重金屬風險評估技術(shù)的研究進展，以期系統(tǒng)反映水環(huán)境風險源識別和評估的研究現(xiàn)狀，為相關(guān)研究者和流域水環(huán)境安全管理提供參考。

一、水環(huán)境風險源識別和評估的內(nèi)涵

1.風險源識別

風險一般是指遭受損害、不利或毀滅的可能性。環(huán)境風險是指由人類或自然活動引起、由環(huán)境媒介傳播、能對環(huán)境造成不利后果的事件發(fā)生的概率。

水環(huán)境風險源識別是指在風險事故發(fā)生之前，運用各種方法體系判斷可能出現(xiàn)的各種水環(huán)境風險，分析和預(yù)測風險事故發(fā)生的潛在原因及范圍，提前進行防范。水環(huán)境風險識別的內(nèi)涵主要包括3個方面：風險源、風險因子和風險受體，如表1所示。

（1）風險源

風險源是指對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響的一種或多種化學的、物理的或生物的風險來源。從形態(tài)來看，水環(huán)境風險源可以分為固定源、移動源及流域面源。

（2）風險受體

風險對象即評價重點或受害對象（受體）。顧名思義，水環(huán)境風險受體是水環(huán)境。本文研究的水環(huán)境主要是地表水。

（3）風險因子

風險因子是最終造成水體風險的污染物，流域水環(huán)境中的污染物以氮磷、重金屬和有機物為代表。我國約49%的河流、湖泊存在著由流域沉積物中的有機污染物、氮磷無機污染物以及重金屬等引起的環(huán)境風險。

2.風險評估

風險評估的基本思想是定量評估事件可能產(chǎn)生的影響或損失，并將結(jié)果表示為風險值或等級，為風險控制和管理提供參考。對潛在的風險進行評估，有利于更好地了解風險、把握風險，對風險做出防范措施。

環(huán)境風險評價是指預(yù)測和評估風險因子對環(huán)境的影響和損害程度，并提出相應(yīng)的防范、減緩環(huán)境風險的措施和對策。水環(huán)境風險評估區(qū)別于其他環(huán)境風險評價的主要特點在于，它是基于風險源對水體的危害，評價的受體是水環(huán)境。

二、水環(huán)境風險源識別與評估技術(shù)進展

1.風險源識別技術(shù)進展

風險源的有效辨識是風險評估的前提。環(huán)境風險源識別最初來源于危險源的識別。20世紀80年代，歐盟率先頒布了《塞韋索法令》，作為危險環(huán)境危險源界定指南，指定了180種危險物質(zhì)及臨界量。隨后英國、德國按照《塞韋索法令》標準，分別辨識了1 650個、850個重大危險源，其中大部分為化工類設(shè)施。同時，水環(huán)境污染事故的頻繁發(fā)生，嚴重損害了人們的健康以及流域生態(tài)環(huán)境，大量水環(huán)境安全方面的課題研究就此展開，水環(huán)境風險源識別的概念在這一時期開始出現(xiàn)。

表1 水環(huán)境風險識別的主要內(nèi)容

相較于國外，我國在水環(huán)境風險源識別方面的研究起步較晚。2000年，中國安全生產(chǎn)科學研究院頒布了《危險化學品重大危險源辨識》，作為重大危險源辨識的依據(jù)。水環(huán)境風險源的研究則是在21世紀初，隨著松花江水污染等幾次重大水環(huán)境事件的發(fā)生，逐步受到關(guān)注。

現(xiàn)階段，根據(jù)風險源形態(tài)的不同，研究側(cè)重點也有所不同。點源識別主要識別對象為工業(yè)企業(yè)、加油站等，一般通過構(gòu)建指標體系確定風險大小。移動源主要識別對象為水上運輸、港口、跨江大橋或是沿江公路，除了構(gòu)建指標體系確定風險源的預(yù)警等級，還需要模擬突發(fā)事故情形下污染物的擴散風險預(yù)測。面源研究則針對農(nóng)業(yè)、禽畜養(yǎng)殖較多的區(qū)域，通過流域模型表征其風險時空分布特征。

（1）點源

國內(nèi)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動在突發(fā)環(huán)境污染事件中占有很高的比重，據(jù)統(tǒng)計，點源造成的環(huán)境污染事件占比高達50%～60%。目前，主流的研究方法是通過構(gòu)建指標體系，對研究區(qū)的固定風險源進行風險分級。建立指標體系的主要方法有德國清單法、模糊綜合評判法、層次分析法等。具體指標體系會根據(jù)研究區(qū)域和風險源類別不同而有所差異，常用指標包括臨界值、風險源強、風險概率等因素。國內(nèi)研究者對不同流域、工業(yè)園區(qū)進行了風險源辨識研究。如張艷軍等建立了三峽庫區(qū)潛在重大水環(huán)境風險源清單和評估平臺；陳超等應(yīng)用模糊綜合評價方法對西北內(nèi)陸典型流域風險源進行了綜合分析。

（2）移動源

目前，移動源與點源的風險識別方法有較高的相似性，主要區(qū)別在于移動風險源的風險發(fā)生地點具有不確定性。根據(jù)文獻，移動風險源的研究主要分為兩類，一類同點源風險識別類似，構(gòu)建風險指標體系對移動源風險進行辨識。另一類，通過突發(fā)污染模擬預(yù)測的方法，對水源地和海域突發(fā)性污染事故進行風險分析。

（3）面源

國外面源污染在河流水域污染中占有更高的比重，尤其是農(nóng)業(yè)面源污染。日本、歐洲等地農(nóng)業(yè)面源污染占總水域污染的50%以上；美國則約有60%河流水域污染與面源污染有關(guān)，其中農(nóng)業(yè)面源污染貢獻率為57%～75%。

通過建立模型，對面源進行時空序列上的模擬，是研究面源的時空變異特征以及評價其影響的最有效方法。模型研究可劃分為三大類：經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、機理模型和綜合流域模型。有代表性的經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭饕型ㄓ猛寥懒魇Х匠蘒SLE和SCS-CN徑流模型等，前者由美國農(nóng)業(yè)部于1965年頒布，后者來自美國土壤保持局。比較有代表性的機理模型有農(nóng)業(yè)化學污染物徑流和土壤侵蝕模型CREAMS、流域非點源污染環(huán)境響應(yīng)模型ANSWERS以及農(nóng)業(yè)非點源污染模型AGNPS等。綜合流域模型主要包括美國環(huán)保署開發(fā)的BASINS，以及美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的SWAT和AnnAGNPS等。目前，國內(nèi)外使用最多的非點源風險評估流域模型是BASINS和SWAT。

2.風險源評估技術(shù)研究進展

20世紀，環(huán)境風險評價經(jīng)歷了30年代的萌芽、80年代評估體系的形成、90年代的完善3個階段，如表2所示。21世紀后，孤立的健康風險評價和生態(tài)風險評價等研究表現(xiàn)出局限性，無法滿足社會發(fā)展對風險評估提出的新需求。在此背景下，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出綜合風險評價的概念，評價框架體系、規(guī)范評價流程也逐步開始制定。

我國的環(huán)境風險基礎(chǔ)研究始于20世紀80年代，水質(zhì)健康風險評價模型應(yīng)用案例最早出現(xiàn)在90年代，曾光明等應(yīng)用水環(huán)境健康風險評價模型對河北省保定市河流水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了健康風險評價分析。

現(xiàn)階段，水環(huán)境風險因子評估一般集中在流域水體富營養(yǎng)化風險評估，重金屬風險評估，以及以農(nóng)藥、抗生素、環(huán)境激素、全氟化合物等為代表的有毒有機污染物風險評估等方面。

（1）水體富營養(yǎng)化風險評估

富營養(yǎng)化是指水體中植物氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過多引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。目前國內(nèi)外研究者運用各種風險評估方法對流域水環(huán)境質(zhì)量指標進行分析，評估流域水體富營養(yǎng)化程度的方法主要包括綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色聚類法。

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法最初是Carlson于20世紀70年代提出的，該方法選取透明度作為基準變量，研究透明度、葉綠素、總磷這3個參數(shù)之間的關(guān)系。國內(nèi)研究者結(jié)合我國湖泊的特點，進一步對方法進行了改進，目前國內(nèi)采用的指數(shù)法的評價指標是總氮、總磷、CODmn、葉綠素、透明度5個參數(shù)。

模糊綜合評價法是目前水體富營養(yǎng)化評估中應(yīng)用最為廣泛的評價方法之一。該方法是以美國學者Zadeh提出的模糊數(shù)學理論為基礎(chǔ)的綜合評價方法，通過隸屬度理論將模糊的、難以量化的定性描述轉(zhuǎn)化為清晰的、系統(tǒng)的定量評估，評估結(jié)果表現(xiàn)為向量形式。

目前灰色聚類法被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境領(lǐng)域。該方法將湖泊系統(tǒng)視作一個灰色系統(tǒng)，采用灰色聚類理論構(gòu)建聚類指標體系并賦予權(quán)重值，計算得到最大聚類系數(shù)及相應(yīng)的聚類結(jié)果，從而實現(xiàn)對湖泊富營養(yǎng)化程度的評估分級。灰色聚類法保留了模糊數(shù)學法的優(yōu)點，同時能更充分地利用信息，規(guī)避模糊綜合評價法的不合理之處。

（2）有機污染物風險評估

新型有機污染物是指因建立新的分析方法或發(fā)現(xiàn)新的危害風險效應(yīng)而引起關(guān)注的有機污染物，典型代表有EDCs、POPs、藥物和PPCPs等，它們是國際環(huán)境學科近十幾年的研究熱點，是當前歐美等發(fā)達國家重點控制的污染物，也是國內(nèi)水環(huán)境中廣泛存在且具有潛在風險的污染物。雖然有機污染物在環(huán)境中的含量很低，但由于其穩(wěn)定性、生物富集性和高毒性，對生態(tài)環(huán)境和人類健康具有巨大威脅。國內(nèi)外對以多環(huán)芳烴（PAHs）、農(nóng)藥、抗生素、環(huán)境激素、全氟化合物等為代表的有毒有機污染物做了大量風險研究工作，國內(nèi)長江口、珠江口等水系都有較多參考成果。

表2 國外風險源評估發(fā)展

EPA最早于1989年提議用健康風險模型評估DDTS和HCHs對人類健康造成的風險，隨后，研究者展開了一些關(guān)于有機污染物的潛在生態(tài)危害和健康風險方面的評估。國內(nèi)關(guān)于生態(tài)風險和健康風險評估的研究一般是基于低等水生生物及底棲生物的毒理學數(shù)據(jù)和EPA標準的商值法，還沒有形成本土的系統(tǒng)化的評估方法和規(guī)范，地表水環(huán)境標準對很多有機污染物濃度尚沒有標準的規(guī)定。

（3）重金屬風險評估

重金屬元素在水體和沉積物中循環(huán)積累，通過生物富集作用使微量重金屬產(chǎn)生巨大的生物毒性，最終成為生命體累積和慢性中毒的來源，直接影響人類飲用水安全。開展重金屬元素在水體沉積物中的分布規(guī)律、賦存形態(tài)和遷移規(guī)律研究，是目前環(huán)境科學領(lǐng)域中最重要的研究內(nèi)容和任務(wù)之一。國內(nèi)外學者采用的評估方法主要有地累積指數(shù)法、富集系數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法等。

地累積指數(shù)法是1969年Muller提出的，該方法綜合考慮了人為活動可能產(chǎn)生的環(huán)境影響和自然成巖作用引起的背景值變動，是現(xiàn)階段定量評價水體沉積物中重金屬元素的污染程度應(yīng)用最為廣泛的方法之一。富集系數(shù)法最早于1979年由Buat-Menard提出，重金屬污染的富集特征通過富集系數(shù)來表征，富集系數(shù)等于重金屬元素與標準化惰性元素的比值。潛在生態(tài)風險指數(shù)法是Hakanson于1980年提出的，結(jié)合重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點，從沉積學角度定量分析多種污染物對環(huán)境的影響及其綜合效應(yīng)。目前，地累積指數(shù)評價法和生態(tài)危害指數(shù)評價法是國內(nèi)重金屬評估應(yīng)用最為廣泛的方法，為了解我國主要湖泊沉積物中重金屬的污染特征，有學者通過搜集整理已公開發(fā)表的文獻資料數(shù)據(jù)，運用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風險指數(shù)法分析并評價了我國31個主要湖泊表層沉積物中砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛和鋅 8種重金屬含量的平均值、分布特點和污染程度。

三、總結(jié)與展望

對于水環(huán)境風險源識別和評估研究，國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量工作，取得了一些成果，也存在一些問題。風險識別方面，國內(nèi)水環(huán)境風險源識別工作大多以點源和面源為研究對象，移動源風險識別研究工作開展較少；環(huán)境風險源的辨識、風險發(fā)生可能性評估等研究以定性和半定量研究居多，定量研究還有待加強。風險評估方面，目前國內(nèi)水環(huán)境富營養(yǎng)化的風險評估已經(jīng)有符合本土特征的方法，但有機污染物和重金屬風險評估研究工作主要是風險識別，風險評估方法和標準大多直接采用國外研究成果，需進一步深入研究，以期能設(shè)計出適用于國內(nèi)水環(huán)境的風險評估方法和標準。加強有機污染物遷移、轉(zhuǎn)化、富集等環(huán)境行為研究，探討多種重金屬和其他元素的協(xié)同污染評價等，都是當前很有意義的研究課題。此外，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等IT與通信技術(shù)飛速發(fā)展，也為新形勢下的水環(huán)境風險評估和管理提供了一個全新的方向。 ■