遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險評估研究*

施 恩 尚彥辰 李亞峰

(沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168)

遼河流域是我國七大流域之一，然而截至2018年，遼河干流104個檢測斷面中，Ⅴ類及劣Ⅴ類水質(zhì)占比仍超過30%，水環(huán)境污染壓力依然很大[1]，這是由于遼河流域自然資源長期不合理開發(fā)和工農(nóng)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展導致的[2]。遼寧省作為振興東北老工業(yè)基地的龍頭，相較于流域內(nèi)其他省份，經(jīng)濟和社會發(fā)展速度更快，重化工企業(yè)更加發(fā)達，因此更容易發(fā)生水污染事故[3]，而且遼寧省位于遼河流域下游，其承受的水污染壓力更大。為有效規(guī)避水污染事故可能對遼寧省的社會生產(chǎn)生活產(chǎn)生不良影響，有必要對其水環(huán)境風險進行評估?！笆濉币詠恚覈褜h(huán)境風險防控作為生態(tài)環(huán)境保護工作的重要任務。王炳權(quán)等[4]將環(huán)境風險劃分為突發(fā)性環(huán)境風險和累積性環(huán)境風險。隨著環(huán)境風險評估研究逐漸由單源轉(zhuǎn)向多源、單途徑轉(zhuǎn)向多途徑，累積性環(huán)境風險評估越來越受到重視[5]。

累積性水環(huán)境風險問題具有風險源種類繁多、空間分布復雜、易受上下游傳輸累積的影響等特點[6-7]。美國環(huán)境保護署(USEPA)提出了一種累積性風險評估方法，主要包括規(guī)劃與問題分析、風險分析和風險表征3個階段[8]。MACDONELL等[9]對USEPA的評估方法進行了更新。而后，世界自然基金會(WWF)和德國投資與開發(fā)有限公司(DEG)共同發(fā)布了全球水環(huán)境風險評估工具，提出了物理風險、監(jiān)管風險和聲譽風險3個子系統(tǒng)[10]。為了使該評估工具更加適應我國的情況，王浩等[11]對其進行了本土化改造，使其可以更加準確地分析環(huán)境容量、流域生態(tài)環(huán)境、政府監(jiān)管等因素對水環(huán)境風險的影響，但不能針對累積性水環(huán)境風險進行評估。本研究在USEPA提出的累積性風險評估方法基礎(chǔ)上，結(jié)合本土化后的水環(huán)境風險評估工具形成了適用于遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險的評估體系，并對2005—2017年遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險進行評估，篩選出主要影響因素，為遼河流域特別是遼寧段的水環(huán)境管理提供科學參考。

1 方 法

1.1 指標體系建立

按照USEPA提出的規(guī)劃與問題分析階段要求，確定遼河流域遼寧段的風險來源、影響范圍、受影響的相關(guān)者、管理方法、問題關(guān)注點等，并結(jié)合水環(huán)境風險評估工具中的子系統(tǒng)分類構(gòu)建累積性水環(huán)境風險評估體系。

(1) 物理風險子系統(tǒng)

根據(jù)遼河流域遼寧段水環(huán)境風險的實際情況，從水環(huán)境的危險性、暴露性、脆弱性3個角度分析其物理風險子系統(tǒng)。危險性主要考慮水資源量、面源污染和點源污染3個方面[12]。水資源量指標選取主要參考文獻[13]，水資源富余率指當年人均水資源量和人均用水量的差值與當年人均水資源量之比，氣候變化影響指當年氣溫和評價期平均氣溫的差值與評價期平均氣溫之比；遼河流域遼寧段面源污染以農(nóng)業(yè)污染為主，因此主要分析農(nóng)用化肥施用量和有效灌溉面積；點源污染主要分析工業(yè)廢水排放量和生活污水排放量。暴露性主要考慮人口和經(jīng)濟兩個方面，人口方面選取城市人口密度為指標，經(jīng)濟方面選取國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)年增長率和萬元GDP耗水量為指標；脆弱性主要考慮水質(zhì)現(xiàn)狀和水處理現(xiàn)狀兩個方面，水質(zhì)現(xiàn)狀方面選取達到或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)的斷面比例為指標，水處理現(xiàn)狀方面選取城市污水處理率和農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率為指標。

(2) 監(jiān)管風險子系統(tǒng)

監(jiān)管風險子系統(tǒng)分成監(jiān)督和管理兩個角度，監(jiān)督主要是指國家及地方政府對流域管理相關(guān)的法律、法規(guī)和規(guī)劃等的實施情況[13]，本研究選取法律法規(guī)體系的復雜性和透明度、法律法規(guī)體系的實施效果兩個指標；管理主要是指對水利建設(shè)和水環(huán)境保護的投入，本研究選取環(huán)保投資占GDP比例和污水處理投資額兩個指標。

(3) 聲譽風險子系統(tǒng)

聲譽風險子系統(tǒng)按照全球水環(huán)境風險評估工具中的指標，從人們對水環(huán)境的重視程度和媒體對水環(huán)境問題的關(guān)注程度兩個角度進行分析，分別選取水在當?shù)匚幕蜃诮讨械闹匾院兔襟w對水環(huán)境問題的報道次數(shù)作為指標。

指標權(quán)重采用層次分析法(AHP)確定，并通過一致性檢驗[14-16]，各項指標的權(quán)重見表1。

表1 累積性水環(huán)境風險指標權(quán)重Table 1 Cumulative water environment risk indexes weights

1.2 數(shù)據(jù)來源

由于沒有專門針對遼河流域遼寧段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此本研究使用遼寧省或遼河流域的統(tǒng)計數(shù)據(jù)近似評價遼河流域遼寧段。遼寧省的氣溫、農(nóng)用化肥施用量、有效灌溉面積、生活污水排放量、工業(yè)廢水排放量、人口、城市人口密度、GDP、GDP年增長率數(shù)據(jù)來源于2006—2018年發(fā)布的遼寧省統(tǒng)計年鑒；遼寧省的總用水量、人均水資源量、農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率、環(huán)保投資占GDP比例以及遼河流域達到或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)的斷面比例數(shù)據(jù)來源于2006—2018年發(fā)布的中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒，人均用水量通過總用水量除以人口得到，萬元GDP耗水量通過總用水量除以GDP得到；遼寧省的污水處理投資額數(shù)據(jù)來源于2006—2018年發(fā)布的中國統(tǒng)計年鑒；遼寧省城市污水處理率數(shù)據(jù)來源于2006—2018年發(fā)布的中國第三產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計年鑒；法律法規(guī)體系的復雜性和透明度、法律法規(guī)體系的實施效果、水在當?shù)匚幕蜃诮讨械闹匾?個主觀指標，使用德爾菲法[17]專門針對遼河流域遼寧段進行專家意見咨詢，統(tǒng)計后結(jié)果見表2；媒體對水環(huán)境問題的報道次數(shù)以2005—2017年《安全與環(huán)境學報》數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析板塊的遼河流域遼寧段環(huán)境事件報道次數(shù)為準。

表2 主觀指標專家評估結(jié)果Table 2 Evaluation results of subjective indexes by experts

1.3 指標體系等級劃分

指標的等級劃分見表3。

表3 累積性水環(huán)境風險評價指標等級劃分Table 3 Classification of cumulative water environment risk assessment indexes

按照五級五分制計算方法，各單項指標的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級分別賦予1、2、3、4、5分，其中法律法規(guī)體系的復雜性和透明度、法律法規(guī)體系的實施效果、水在當?shù)匚幕蜃诮讨械闹匾灾苯邮褂帽?中的得分進行評價更加方便、準確，將各單項指標對應的得分乘以相應的各層權(quán)重得到單項指標的最終得分，再進行加和得到最終的綜合風險得分。

最終的綜合風險得分也劃分為5個風險等級：無風險或者可接受風險、低風險或者約束性風險、中風險、高風險和極高風險(見表4)。

表4 累積性水環(huán)境風險綜合等級劃分Table 4 Grades standard of comprehensive cumulative water environment risk

2 結(jié)果與討論

2.1 各子系統(tǒng)指標分析

物理風險子系統(tǒng)的各單項指標最終得分見圖1。從圖1(a)的危險性角度來看，除面源污染方面的農(nóng)用化肥施用量2005—2017年保持不變外，其他指標均有一定的波動，其中水資源富余率波動最為明顯，歷年最終得分平均值最大的指標是工業(yè)廢水排放量，最小的是有效灌溉面積。點源污染方面與面源污染方面相比較，遼河流域遼寧段應重點考慮點源污染，因為面源污染會造成水體富營養(yǎng)化而水體富營養(yǎng)化主要發(fā)生在湖泊、水庫等密封式水體中，對于遼河流域而言水體富營養(yǎng)化并不嚴重。從圖1(b)的暴露性角度來看，城市人口密度2007年后基本保持穩(wěn)定；GDP年增長率對累積性水環(huán)境風險的影響2012年后有明顯的上升，這與遼寧省經(jīng)濟下滑導致響應能力減弱有直接關(guān)系；萬元GDP耗水量由一開始的逐年下降過渡到穩(wěn)定的狀態(tài)，這是由于遼寧省工業(yè)技術(shù)改革提高了水的重復利用率[18]。從圖1(c)的脆弱性角度來看，達到或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)的斷面比例歷年最終得分平均值最大，2012年前有波動，2012年后基本保持穩(wěn)定；城市污水處理率歷年最終得分平均值較小且有下降趨勢，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，遼寧省目前的城市污水處理率已達到較高水平，因此對累積性水環(huán)境風險的影響較小且呈下降趨勢；農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率的得分情況與城市污水處理率基本相似，說明遼河流域遼寧段的農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率也在提高。

圖1 物理風險子系統(tǒng)指標Fig.1 Subsystem indexes of physical risk

監(jiān)管風險子系統(tǒng)的各單項指標最終得分見圖2。污水處理投資額的歷年最終得分平均值最大，而且波動較大，與經(jīng)濟狀況有直接關(guān)系，孫鈺等[19]也發(fā)現(xiàn)，污水處理投資額對累積性風險評估結(jié)果有較大影響。環(huán)保投資占GDP比例基本保持平穩(wěn)，2013年后有一定的上浮，主要與遼寧省的經(jīng)濟狀況有關(guān)，據(jù)張偉等[20]分析，環(huán)保投資既能降低環(huán)境風險又可以發(fā)展經(jīng)濟。法律法規(guī)體系的復雜性和透明度、法律法規(guī)體系的實施效果均呈緩慢下降趨勢并且兩者的最終得分比較接近，相關(guān)系數(shù)達到0.963 1。

圖2 監(jiān)管風險子系統(tǒng)指標Fig.2 Subsystem indexes of regulatory risk

聲譽風險子系統(tǒng)的各單項指標最終得分見圖3。水在當?shù)匚幕蜃诮讨械闹匾员３植蛔兌易罱K得分都較低。媒體對水環(huán)境問題的報道次數(shù)具有波動性，但遼河流域遼寧段2005—2017年基本沒出現(xiàn)大的水環(huán)境問題，不過小范圍的水污染問題仍需要提高警惕。

圖3 聲譽風險子系統(tǒng)指數(shù)Fig.3 Subsystem indexes of reputation risk

2.2 綜合風險得分分析

遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險綜合風險得分見圖4。

圖4 遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險綜合風險得分Fig.4 Comprehensive risk scores of cumulative water environment risk of Liao River Basin in Liaoning Province

總體上來看，2005—2017年遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險等級處于中高風險水平，而且大部分年份處于高風險水平，與歷年的遼寧省環(huán)境狀況公報報道的遼河流域遼寧段水質(zhì)處于地表水Ⅳ類及Ⅳ類以下水質(zhì)的實際情況相符。

從趨勢來看，2005—2017年遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險綜合風險得分呈波動下降趨勢。

3 結(jié) 論

在USEPA提出的累積性風險評估方法基礎(chǔ)上，結(jié)合本土化后的水環(huán)境風險評估工具，建立了適用于遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險的評估體系。分析物理風險子系統(tǒng)可以得出，遼河流域遼寧段應重點關(guān)注點源污染問題；分析監(jiān)管風險子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，環(huán)保投資既能降低環(huán)境風險又可以發(fā)展經(jīng)濟，因此應增大環(huán)保投資占GDP比例；分析聲譽風險子系統(tǒng)得出，小范圍的水污染問題仍需要提高警惕。

2005—2017年遼河流域遼寧段累積性水環(huán)境風險等級處于中高風險水平，而且大部分年份處于高風險水平，從趨勢上看綜合風險得分呈波動下降趨勢。