生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估基線確定方法研究

董 浩， 宋文斌， 吳麗娟， 殷祥勇， 王小平， 章正勇， 鄒 敏

（1.江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 南京 210036）

0 引言

改革開放40 多年來，我國經(jīng)濟步入了快車道，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，社會生產(chǎn)力大幅提升。 然而，經(jīng)濟高速發(fā)展也帶來了生態(tài)環(huán)境污染問題。 目前我國正處于生態(tài)環(huán)境污染問題的高發(fā)期，由此引發(fā)的生態(tài)環(huán)境損害案件日益增多。 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計[1]，我國生態(tài)環(huán)境污染損害案件每年增長超過20%，2005年以后，增長已高達30%。 以江蘇省為例[2]，截至2020年11月， 江蘇省已啟動生態(tài)環(huán)境損害賠償案件計666 件、賠償金總額超過13 億元，共處置、修復(fù)土壤8.84 萬m3和2.54 萬m2（含綠植覆蓋面積14.15 萬m2）、地表水9.16 萬m2、地下水6.45 萬m3、清理固體廢物約30 萬t。

生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估是通過綜合運用經(jīng)濟、法律、技術(shù)等手段，對環(huán)境污染或生態(tài)破壞導(dǎo)致的損害范圍、程度等進行合理評估、測算，判定環(huán)境污染或生態(tài)破壞行為與環(huán)境損害結(jié)果間的因果關(guān)系，確定生態(tài)環(huán)境復(fù)原基線并補償期間損害的恢復(fù)措施，最終量化生態(tài)環(huán)境損害數(shù)額，從而為環(huán)境管理、環(huán)境司法等提供服務(wù)的活動[3]。

2020年12月30日生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了GB/T 39791.1—2020《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南總綱和關(guān)鍵環(huán)節(jié) 第1 部分： 總綱》，GB/T 39791.2—2020《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南 總綱和關(guān)鍵環(huán)節(jié) 第2 部分：損害調(diào)查》，GB/T 39792.1—2020《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南環(huán)境要素第1 部分：土壤和地下水》，GB/T 39792.2—2020 《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南環(huán)境要素第2 部分：地表水和沉積物》等6 項國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是目前生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估工作開展的規(guī)范性文件。 與之前的生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估規(guī)范性文件相比， 該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容更加豐富， 特別是在關(guān)于背景基線數(shù)據(jù)分析上提出了新的方法和要求。

基線是指污染環(huán)境或破壞生態(tài)行為未發(fā)生時，評估區(qū)域生態(tài)環(huán)境及其服務(wù)功能的狀態(tài)， 是判定損害是否發(fā)生以及損害程度的依據(jù)[4]，是生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要前提，如何科學(xué)、客觀地確定基線水平是生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估工作的重要內(nèi)容。

目前，確定基線水平通常采用歷史數(shù)據(jù)法、對照數(shù)據(jù)法、標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)法和專項研究法[5]，其中基于對照數(shù)據(jù)確認(rèn)基線水平的方法是較為常用的一種方法。該方法涉及較多的數(shù)據(jù)樣本， 如何有效地判別數(shù)據(jù)并合理地計算出基線數(shù)值至關(guān)重要[6]。 GB/T 39791.1—2020《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南 總綱和關(guān)鍵環(huán)節(jié) 第1 部分：總綱》中要求，在使用對照數(shù)據(jù)確認(rèn)基線水平時， 應(yīng)對數(shù)據(jù)的變異性進行統(tǒng)計描述，識別出數(shù)據(jù)中的極值或異常值并剔除，判別數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布， 對于服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)按照算數(shù)平均數(shù)的±1.65 倍標(biāo)準(zhǔn)差作為基線，對于不服從正態(tài)分布的采用數(shù)據(jù)的第90 或第10 百分位數(shù)作為基線。

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基線數(shù)據(jù)分析判定提出的要求， 以某地污泥填埋事件生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估案例為切入點， 具體解讀如何開展基線數(shù)據(jù)分析和損害確定， 以期為涉及基于對照數(shù)據(jù)確認(rèn)基線水平的生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估工作提供借鑒和指導(dǎo)。

1 具體案例

1.1 案例簡介

某企業(yè)非法將產(chǎn)生的污泥填埋至某地， 給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了較為嚴(yán)重的污染， 根據(jù)GB/T 39792.1—2020《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南 環(huán)境要素第1 部分：土壤和地下水》，由于缺乏評估區(qū)域土壤中硫酸鹽、銅、鋅和鉬含量的歷史數(shù)據(jù)，因此采用未受污染環(huán)境或破壞生態(tài)行為影響的“對照區(qū)域”的現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)確定土壤基線。通過對對照區(qū)域的布點采樣分析[7]，將硫酸鹽、銅、鋅、鉬作為目標(biāo)污染物進行統(tǒng)計分析，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 土壤對照點數(shù)據(jù)mg·kg-1

1.2 數(shù)據(jù)變異性分析

常用檢驗可疑數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則包括拉依達準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則和狄克遜準(zhǔn)則。 其中拉依達準(zhǔn)則在檢驗可靠性和精準(zhǔn)度上不如格拉布斯準(zhǔn)則和狄克遜準(zhǔn)則，因此，在一些國際標(biāo)準(zhǔn)中，常推薦格拉布斯準(zhǔn)則和狄克遜準(zhǔn)則用來檢驗可疑數(shù)據(jù)[8]，因狄克遜準(zhǔn)則計算較為繁瑣，不便于實際應(yīng)用，故采用格拉布斯準(zhǔn)則對可疑數(shù)據(jù)進行檢驗。

設(shè)n 個測定數(shù)據(jù)x1…xn， 對應(yīng)的概率函數(shù)為S1…Sn，假設(shè)xn是需要檢驗判斷的數(shù)據(jù)，對應(yīng)的概率密度公式如下：

式中：P 為概率密度；S 為概率函數(shù)；α 代表顯著性水平。所以:

式中：λ 為格拉布斯準(zhǔn)則系數(shù)；n 為測量次數(shù)；σ 為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

根據(jù)檢驗數(shù)據(jù)xn與平均值的殘差是否大于λ（α，n）與樣本標(biāo)準(zhǔn)差σ 來判斷檢驗數(shù)據(jù)是否應(yīng)當(dāng)剔除[9]。

依據(jù)格拉布斯準(zhǔn)則對表1 中土壤對照點數(shù)據(jù)進行檢驗，對照區(qū)域20 份樣品硫酸鹽含量的平均值xˉ=62.02，標(biāo)準(zhǔn)差S=71.661，偏離值X1=37.32（最小值與平均值之差），X20= 262.98 （最大值與平均值之差），為此G20=（X20-X）/S=3.669，對照格拉布斯表可知臨界G0.95（20）=2.557（取P = 0.95 即置信概率為95%），G20大于G0.95（20），為此可判斷TB19 樣品硫酸鹽的檢出濃度為異常數(shù)據(jù)，應(yīng)予以剔除；在剔除TB19 點位相關(guān)樣品數(shù)據(jù)后繼續(xù)根據(jù)格拉布斯（Grubbs）檢驗法進行計算，最終得出G19=1.311，小于G0.95（19），可判斷無異常值。 剔除異常值后的對照點檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 剔除異常值后土壤對照點數(shù)據(jù)mg·kg-1

1.3 正態(tài)分布判定

柯爾莫可洛夫-斯米洛夫檢驗（K-S 檢驗）方法是統(tǒng)計學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的一種分布優(yōu)度擬合檢驗方法， 其目的是通過樣本對未知總體分布或參數(shù)作出合理的判斷[8]。 其基本原理為：針對未知的總體分布或參數(shù)， 首先根據(jù)樣本或經(jīng)驗提供的有關(guān)分布或參數(shù)信息，對分布或參數(shù)提出假設(shè)，再根據(jù)樣本建立適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計量， 在一定的置信度下， 判斷提出的假設(shè)是否為真，如果為真則接受該假設(shè)，否則就拒絕該假設(shè)[10]。

假設(shè)存在2 個獨立隨機樣本X1= （x11,…，x1n）和X2= （x21,…，x2n），其連續(xù)分布函數(shù)分別為F1（x）和F2（x）。 進行如下檢驗假設(shè)[11]：

公式（3）中的H0代表接受“2 個隨機樣本來自于同一總體分布”的假設(shè)，即假設(shè)成立；公式（4）中的H0代表不接受“2 個隨機樣本來自于同一總體分布”的假設(shè)，即假設(shè)不成立。

判斷公式（3）和（4）是否成立，計算過程如下：

式中：Zm,n為統(tǒng)計量；Dm,n為檢驗統(tǒng)計量；m 為樣本數(shù)據(jù)X1的數(shù)目；n 為樣本數(shù)據(jù)X2的數(shù)目。

式中：F1,m（x）和F2,n（x）分別為2 個隨機樣本X1和X2的經(jīng)驗累計概率函數(shù)。

式中：I1D（-）為一維指示函數(shù)。

根據(jù)Kolmogorov 的推導(dǎo)結(jié)果[12]，公式（5）所示的統(tǒng)計量Zm，n小于等于某一數(shù)值Z 的概率公式如下：

根據(jù)上述概率分布函數(shù)， 在給定的顯著水平α（通常取0.05 或0.1）條件下，量臨界值Zα計算統(tǒng)計計算公式如下：

當(dāng)Zm，n≤Zα?xí)r，接受假設(shè)H0，認(rèn)為2 個隨機樣本服從同一總體分布； 當(dāng)Zm，n＞Zα?xí)r， 拒絕接受假設(shè)H0，不能認(rèn)為2 個隨機樣本服從同一總體分布。

根據(jù)K-S 檢驗方法的基本原理， 通過SPSS Statistics 軟件對土壤樣品的檢測數(shù)據(jù)進行單一樣本K-S 檢驗，將剔除異常值后土壤對照點數(shù)據(jù)用K-S單一樣本檢驗結(jié)果繪制頻數(shù)分布圖，具體分布見圖1。

圖1 土壤各檢測因子頻數(shù)分布示意

通過單一樣本K-S 檢驗，具體計算結(jié)果見表3。

表3 單一樣本K-S 檢驗結(jié)果mg·kg-1

由表3 可知， 除硫酸鹽含量數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布外（P 值小于0.05），銅、鋅、鉬含量的數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布（P 值大于0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 基線水平確定

參照GB/T 39792.1—2020 《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南環(huán)境要素第1 部分： 土壤和地下水》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基線水平確定的方法和要求， 對于服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)， 當(dāng)污染或破壞導(dǎo)致評價指標(biāo)升高時，采用數(shù)據(jù)的90%參考值上限（算術(shù)平均數(shù)+1.65標(biāo)準(zhǔn)差）作為基線；當(dāng)污染或破壞導(dǎo)致評價指標(biāo)降低時，采用數(shù)據(jù)的90%參考值下限（算術(shù)平均數(shù)-1.65標(biāo)準(zhǔn)差）作為基線。 對于不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，當(dāng)污染或破壞導(dǎo)致評價指標(biāo)升高時，采用數(shù)據(jù)的第90百分位數(shù)作為基線； 當(dāng)污染或破壞導(dǎo)致評價指標(biāo)降低時，采用數(shù)據(jù)的第10 百分位數(shù)作為基線。

本案例中因污泥填埋污染了周邊土壤， 故導(dǎo)致土壤中評價因子硫酸鹽、銅、鋅和鉬含量升高。 依據(jù)K-S 檢驗結(jié)果，銅、鋅、鉬含量的數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布， 其背景基線值應(yīng)采用數(shù)據(jù)的90%參考值上限（算術(shù)平均數(shù)+1.65 標(biāo)準(zhǔn)差）作為基線；硫酸鹽含量數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布， 其背景基線值應(yīng)采用數(shù)據(jù)的第90 百分位數(shù)作為基線。 最終確定評估區(qū)域土壤環(huán)境基線見表4 和表5。

表4 計算統(tǒng)計數(shù)據(jù)mg·kg-1

表5 評估區(qū)域土壤環(huán)境基線值mg·kg-1

2.2 環(huán)境損害確認(rèn)

為確認(rèn)該事件造成了評估區(qū)域土壤環(huán)境損害，參考評估區(qū)域土壤背景基線值數(shù)據(jù)開展土壤環(huán)境損害確定分析，分析結(jié)果詳見圖2。由圖2（a）可知，評估區(qū)域送檢土壤樣品中硫酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超出基線值（136.0 mg/kg）；由圖2（b）可知，評估區(qū)域T3-1，T5-1，T6-1，T9-1，T10-1，T11-1，T12-1，T17-1，T18-1 土壤樣品中銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出基線值（47.85 mg/kg）；由圖2（c）可知，評估區(qū)域送檢土壤樣品中鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超出基線值（148.85 mg/kg）；由圖2（d）可知，評估區(qū)域T1-1，T2-1，T3-1，T4-1，T5-1，T6-1，T6-2，T6-3，T7-1，T7-2，T9-1，T9-2，T10-1，T10-2，T11-1，T11-2，T12-1，T12-2，T13-1，T17-1，T18-1，T18-2 土壤樣品中鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出基線值（1.13 mg/kg）。 參照GB/T 39792.1—2020 《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南 環(huán)境要素第1 部分：土壤和地下水》中損害確定的幾種情形， 評估區(qū)域內(nèi)所有調(diào)查點位土壤中硫酸鹽濃度和部分調(diào)查點位中銅和鉬濃度均超過基線水平，符合情形“（a）調(diào)查點位土壤和地下水中特征污染物的濃度或相關(guān)理化指標(biāo)（包含pH 值、電導(dǎo)率等）超過基線水平”，因此，可以確認(rèn)造成了土壤環(huán)境損害。

圖2 土壤各檢測因子環(huán)境損害確認(rèn)分析

3 結(jié)論

科學(xué)、 客觀地確定評估區(qū)域的基線水平是生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估工作的重要內(nèi)容， 也是生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要前提。 根據(jù)實際案例系統(tǒng)介紹了在新標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 39791）頒布并實施的背景下如何開展基線數(shù)據(jù)分析和損害確定工作，對基線數(shù)據(jù)的變異性分析采用的格拉布斯檢驗法和正態(tài)分布判定采用的K-S 檢驗法進行了較為詳盡的原理分析和解讀。該工作方法和程序貼合實際，符合現(xiàn)狀需求， 可為生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估工作的實踐提供方法指引和科學(xué)指導(dǎo)，具有重要的應(yīng)用價值。