流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警技術(shù)分析

溫賢勇，狄寶生，鄭 奇

(1.浙江翠金環(huán)境科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江環(huán)境監(jiān)測(cè)工程有限公司，浙江 杭州 310012)

在2021年中國(guó)社科院發(fā)布的《城市藍(lán)皮書(shū)：中國(guó)城市發(fā)展報(bào)告No.14》中明確指出：“盡管我國(guó)水生態(tài)環(huán)境治理取得較好的效果，但是在水生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面還面臨著結(jié)構(gòu)性、根源性等問(wèn)題，并且七大流域水生態(tài)環(huán)境面臨的主要問(wèn)題表現(xiàn)為：長(zhǎng)江流域水生生物多樣性下降，大型湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化加??；黃河流域高耗水發(fā)展方式與水資源短缺并存，整體 水生態(tài)環(huán)境十分脆弱；珠江流域城市水體防治返黑返臭壓力較大，中游重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)較高；淮河流域水系 連通性較差，農(nóng)業(yè)面源污染防治壓力較大；遼河流域生態(tài)流量保障不足；海河流域和松花江流域水體污染較為嚴(yán)重”[1]。透過(guò)這一報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)流域水環(huán)境保護(hù)形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻，加強(qiáng)流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警分析技術(shù)研究也顯得十分必要，可以為流域水環(huán)境管理提供科學(xué)支持。本文嘗試從流域水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)源入手，對(duì)流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的要點(diǎn)和流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)的選擇進(jìn)行細(xì)致闡述，并聯(lián)系實(shí)際案例，對(duì)開(kāi)展流域水環(huán)境管理所構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和采用的預(yù)警技術(shù)進(jìn)行深入探討，以供參考。

1 流域水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)源

流域水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)源頭十分復(fù)雜，主要包含點(diǎn)源風(fēng)險(xiǎn)源和面源風(fēng)險(xiǎn)源。其中，點(diǎn)源風(fēng)險(xiǎn)源多數(shù)是由工業(yè)廢水和生活廢水排放所造成的水環(huán)境污染問(wèn)題，并且這些污染源具有成分復(fù)雜、污染物含量高等特點(diǎn)，不僅可以對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重影響，還會(huì)對(duì)人們身體健康構(gòu)成極大威脅[2]。而面源風(fēng)險(xiǎn)源又可以分為農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染兩部分內(nèi)容，相較于城市面源污染，農(nóng)業(yè)面源污染成分復(fù)雜、治理難度大等特征更為明顯，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的農(nóng)藥、氮磷營(yíng)養(yǎng)元素、其他有機(jī)無(wú)機(jī)污染物等，通過(guò)地表徑流滲入到地下水當(dāng)中，也會(huì)引發(fā)較為嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題。

2 流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要點(diǎn)

開(kāi)展流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，要對(duì)以下要點(diǎn)進(jìn)行把握：

2.1 明確風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估內(nèi)容

流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要是在分析流域水環(huán)境要素及進(jìn)行定量評(píng)估以后，對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律加以確定，并為流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控和制定相應(yīng)管控方案提供有力支持，側(cè)面也顯示開(kāi)展流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作之前，要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估內(nèi)容進(jìn)行明確，操作中按評(píng)估內(nèi)容，流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包含營(yíng)養(yǎng)性污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和有毒有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估三項(xiàng)內(nèi)容[3]。

2.2 選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法

隨著氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放量不斷提高，流域水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化污染風(fēng)險(xiǎn)也日益提高，特別是針對(duì)較為封閉的湖泊水域，無(wú)機(jī)氮含量和磷濃度均已經(jīng)超過(guò)了0.2 mg/L、0.02 mg/L，出現(xiàn)藻華現(xiàn)象的概率也不斷升高。這時(shí)候開(kāi)展流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，就要結(jié)合實(shí)際科學(xué)合理運(yùn)用各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，比如模糊綜合評(píng)價(jià)法、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、模糊物元識(shí)別法等，以通過(guò)流域水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)評(píng)估分析流域水體受污染程度。

2.3 采用有效的評(píng)估方案

結(jié)合流域水環(huán)境實(shí)際情況，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案進(jìn)行科學(xué)選用，其中可以采用物種敏感性分布法、相平衡分配法等，發(fā)現(xiàn)水生環(huán)境中潛存的風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合污染物含量和生物效應(yīng)中值比值，計(jì)算得到多環(huán)芳烴所引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可能性；針對(duì)水環(huán)境重金屬污染，在明確污染來(lái)源于金屬開(kāi)采、汽車(chē)制造、冶金等行業(yè)以后，就可以運(yùn)用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、重金屬富集系數(shù)等方法，對(duì)流域水環(huán)境重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評(píng)估[4]。

3 流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)

通過(guò)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一特定水域或斷面的特定狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析和評(píng)價(jià)，并結(jié)合所得信息得到相應(yīng)級(jí)別的警戒信息，同時(shí)對(duì)水環(huán)境發(fā)生的影響變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)流域水環(huán)境變化科學(xué)預(yù)測(cè)，這些信息內(nèi)容也能夠?yàn)榱饔蛩h(huán)境存在問(wèn)題解決提供數(shù)據(jù)支持。而風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)在流域水環(huán)境管控領(lǐng)域中應(yīng)用，還集中體現(xiàn)在遙感與地理信息系統(tǒng)、水環(huán)境預(yù)警模型模擬和單指標(biāo)預(yù)警上面，通過(guò)遙感與地理信息系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境大范圍和全天候的污染監(jiān)測(cè)，所得數(shù)據(jù)信息也能通過(guò)系統(tǒng)傳遞到平臺(tái)上，方便后期分析和評(píng)估；水環(huán)境預(yù)警模型模擬，主要是通過(guò)引用流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)，對(duì)水環(huán)境綜合影響指數(shù)和水環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行確定，然后在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)水環(huán)境預(yù)警模型構(gòu)建，為保證流域水環(huán)境安全提供有力技術(shù)支持；單項(xiàng)指標(biāo)預(yù)警，則是通過(guò)構(gòu)建單一性的水環(huán)境信息平臺(tái)，對(duì)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，當(dāng)超過(guò)警戒線(xiàn)以后發(fā)出預(yù)警信息，并助力這一風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題得到有效解決[5]。從總體上來(lái)看，這些流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)，還難以滿(mǎn)足流域水環(huán)境綜合管理的需求，需要以流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控和管理信息化作為基礎(chǔ)，對(duì)流域水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)進(jìn)行有效構(gòu)建，執(zhí)行時(shí)也要融入水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)的要求，根據(jù)模擬構(gòu)建以綜合指數(shù)為指標(biāo)的分級(jí)預(yù)警方案，為流域水環(huán)境預(yù)警管理和應(yīng)急響應(yīng)工作開(kāi)展提供參考依據(jù)。

4 實(shí)際案例分析

4.1 白洋淀流域

白洋淀流域?qū)儆凇捌叽笏怠敝坏暮：恿饔?，流域面積約為3.11萬(wàn)km2，并且在白洋淀流域內(nèi)還存在南北兩條水系，其中南支水系發(fā)源于山西大同的恒山山脈，北支水系發(fā)源于太行山脈，在促進(jìn)華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[6]。但是受到全球氣候變暖、工業(yè)快速發(fā)展等因素影響，導(dǎo)致白洋淀流域水環(huán)境的污染源日益增多，水質(zhì)也逐步惡化。雖然近幾年對(duì)白洋淀流域水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、水污染控制措施等方面的研究不斷增多，但是針對(duì)白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究還比較少，特別是在構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和預(yù)警模型方面，還要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化完善，以為該流域水環(huán)境綜合管理提供強(qiáng)有力支持。

4.2 水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

白洋淀作為白洋淀流域水系的出口，其水質(zhì)現(xiàn)狀可以有效反映白洋淀流域的水環(huán)境情況，并且截至2019年底，白洋淀淀區(qū)總蓄水量已經(jīng)超過(guò)了4.38億m3，并在淀區(qū)內(nèi)設(shè)置了9個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面，包含王家寨、采蒲臺(tái)、棗林莊、鴣丁淀等，對(duì)這些區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要采用了單因子評(píng)價(jià)法，結(jié)果表明：2019年年底白洋淀總體為Ⅳ類(lèi)水質(zhì)，反映水環(huán)境呈現(xiàn)出輕度污染的狀態(tài)，其中Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和V類(lèi)水質(zhì)斷面分別有1處、2處、5處和1處，主要污染物超標(biāo)的項(xiàng)目有高錳酸鉀鹽指數(shù)、總磷等，采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，對(duì)淀區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)白洋淀區(qū)呈現(xiàn)輕度的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，側(cè)面也反映了白洋淀流域水環(huán)境污染問(wèn)題較為嚴(yán)峻，需要采取有效措施進(jìn)行監(jiān)控、防范和治理[7]。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)源

點(diǎn)源污染包括石油、化工等企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)居民生活排放的生活污水，而這些水體中存在的污染物成分較為復(fù)雜，要弄清楚成分的變化規(guī)律難度較大，這也給水環(huán)境造成極大風(fēng)險(xiǎn)。面源污染則涵蓋了農(nóng)業(yè)和城市面源污染，其中農(nóng)業(yè)的面源污染主要來(lái)自農(nóng)作物的培育、畜禽養(yǎng)殖和生活污水排放，城市面源污染則是降雨、地表徑流活動(dòng)等造成的氮磷、有機(jī)污染物等水體污染。

4.4 風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估

在富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，在氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入到流域水體中以后，水中本來(lái)存在的藻類(lèi)就會(huì)大量繁殖，使得水中溶解氧含量不斷下降，魚(yú)類(lèi)水生生物也會(huì)大量死亡，這時(shí)候水中存在的微生物就會(huì)對(duì)水生動(dòng)植物的遺體進(jìn)行分解，整個(gè)過(guò)程不僅會(huì)消耗大量氧氣含量，還會(huì)釋放出臭氣，而造成這一情況的原因有很多，主要包括旅游業(yè)發(fā)展快速、大規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖等[8]。對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，最常用的方法是綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，操作中可以選擇化學(xué)需氧量、總氮、總磷、透明度等指標(biāo)作為主要研究對(duì)象，并根據(jù)得到的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，科學(xué)判斷水體富營(yíng)養(yǎng)化程度。

在重金屬污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，當(dāng)鉛、鎘、銅等重金屬物質(zhì)進(jìn)入到流域水環(huán)境中以后，有一部分重金屬就會(huì)留在水體當(dāng)中，而其他重金屬物質(zhì)就會(huì)通過(guò)絡(luò)合作用與水體表層的沉積物相結(jié)合，若水體中的pH值、溫度值等發(fā)生顯著變化時(shí)，沉積物中的重金屬就會(huì)被釋放到水體當(dāng)中，導(dǎo)致水體出現(xiàn)二次污染情況，而微生物對(duì)這些重金屬物質(zhì)進(jìn)行分解難度較高，在食物鏈效應(yīng)下集聚在一起，所產(chǎn)生的毒性也會(huì)增大。對(duì)重金屬污染物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，可以采用ArcGIS軟件對(duì)污染物的空間分布變化規(guī)律進(jìn)行分析，實(shí)踐中需要對(duì)白洋淀淀區(qū)的各采樣點(diǎn)表層沉積物重金屬濃度進(jìn)行處理，并對(duì)重金屬污染的空間分布圖加以繪制，通過(guò)對(duì)淀區(qū)表層沉積物的重金屬數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)河流入淀帶來(lái)的重金屬，是造成淀區(qū)重金屬元素發(fā)生空間變化的主要因素。另外，還可以采用綜合污染指數(shù)法，對(duì)水體重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)估，操作中要對(duì)采樣點(diǎn)的水體數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，該方法不僅可以對(duì)單個(gè)金屬的污染程度進(jìn)行有效評(píng)估，還能夠?qū)λw內(nèi)的不同重金屬污染程度進(jìn)行綜合評(píng)估。

在有機(jī)污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，有機(jī)污染物主要以多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯醚等為主，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩項(xiàng)內(nèi)容，前者通過(guò)評(píng)估可以反映有機(jī)污染物對(duì)水生生物的毒害作用，實(shí)際操作中可以采用方法有風(fēng)險(xiǎn)商法、物種敏感度分布法等；后者則是對(duì)有機(jī)污染物帶給人體健康的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，較常采用的方法有危害商法，所測(cè)定污染物風(fēng)險(xiǎn)商值和危害商值均小于1，就表示區(qū)域內(nèi)污染物毒性暫時(shí)不會(huì)對(duì)流域水環(huán)境帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，反之就要引起高度重視和加強(qiáng)防治。

4.5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

在對(duì)白洋淀流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系進(jìn)行構(gòu)建時(shí)，需要嚴(yán)格遵循科學(xué)性、代表性和方便性原則，并且在構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系時(shí)，要綜合考慮流域自然地理?xiàng)l件、河流水量水質(zhì)等要素，并在此基礎(chǔ)上解決多層次和多目標(biāo)決策問(wèn)題，操作中可以對(duì)層次分析法、綜合指數(shù)法等進(jìn)行運(yùn)用。同時(shí)，初步構(gòu)建的評(píng)估體系框架要包含3個(gè)指標(biāo)體系，其中一級(jí)指標(biāo)有風(fēng)險(xiǎn)源、自然地理和河流特性3項(xiàng)內(nèi)容，二級(jí)指標(biāo)有面源污染、點(diǎn)源污染、社會(huì)發(fā)展、自然地理和河流斷面5項(xiàng)內(nèi)容，三級(jí)指標(biāo)有種植業(yè)污染、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)村生活污水、工業(yè)廢水、人口特征、污染源位置、水質(zhì)流量等9項(xiàng)內(nèi)容[9]。在對(duì)這些指標(biāo)對(duì)應(yīng)污染物的遷移和轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬，得到各污染物的污染負(fù)荷量以后，就可以對(duì)收集到的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，然后采用層次分析法對(duì)各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行分析，最后將權(quán)重與歸一化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘以后，就能得到流域水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

4.6 預(yù)警技術(shù)分析

按照突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警技術(shù)需求，對(duì)包括風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別評(píng)估、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)快速模擬、污染事故應(yīng)急評(píng)估、特征污染物應(yīng)急控制技術(shù)集于一體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系進(jìn)行構(gòu)建。在風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別評(píng)估方面，提出了基于水生態(tài)功能分區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)源特征與水環(huán)境敏感目標(biāo)相互耦合的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別技術(shù)，為流域水環(huán)境預(yù)警監(jiān)控提供目標(biāo)；在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)控技術(shù)方面，則是在現(xiàn)有水污染源和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，對(duì)水污染源和水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警監(jiān)控技術(shù)方法加以構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測(cè)由事后監(jiān)測(cè)向預(yù)警監(jiān)控方向轉(zhuǎn)變；在突發(fā)性水污染事故影響模擬方面，則是對(duì)突發(fā)性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)快速模擬技術(shù)進(jìn)行深入研究，以達(dá)成突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)快速、準(zhǔn)確判斷目標(biāo)，并且圍繞突發(fā)性水污染事故影響，采用應(yīng)急控制閾值確定技術(shù)，可以為污染事件科學(xué)合理處置提供有力依據(jù)[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文是對(duì)流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警技術(shù)的分析，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，流域水環(huán)境污染源及數(shù)量也日漸增多，使得流域水環(huán)境面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，而積極開(kāi)展流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警工作，就可以全面、細(xì)致把握流域水環(huán)境實(shí)際狀況，針對(duì)存在的水環(huán)境污染問(wèn)題也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警控制，并根據(jù)所得監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)信息，為流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控和污染治理提供科學(xué)指導(dǎo)，最終實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境有效管理。實(shí)踐中，要想取得這一理想效果，就要對(duì)流域水環(huán)境實(shí)際狀況進(jìn)行了解與分析，在明確污染源及管控目標(biāo)以后，就可以采用有效方法對(duì)流域水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和預(yù)警模型進(jìn)行構(gòu)建，執(zhí)行時(shí)也要注意緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，以更好滿(mǎn)足流域水環(huán)境科學(xué)管理需求，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)流域水環(huán)境的有效保護(hù)。