蘭州市水源地生態風險評價

齊國翠　湯萃文　蘇研科　高建富

摘 要：依據美國環境保護署（US EPA）的生態風險評價導則，通過研究區域的界定與分析、風險源分析、暴露分析、危害分析及生態風險綜合評價的評價框架，對蘭州市的主要水源地——黃河新城橋段進行了生態風險評價。通過風險源分析，識別出主要生態風險源為點源污染源、面源污染源、內污染源等；以水質變化為評價終點，通過暴露、危害分析，采用基于因子權重的評價方法進行綜合評價。結果表明，對黃河新城橋段生態風險中貢獻最大的因子為有機污染物，其次為營養鹽及有機污染綜合指標和重金屬污染物，權重值分別為0.246和0.217。

關鍵詞：生態風險評價；水源地；生態風險因子；黃河新城橋段

中圖分類號：FX820.4 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2015）02-0078-04

生態風險是指生態系統及其組分所承受的風險。是一個種群、生態系統或整個景觀的正常功能受外界脅迫，從而在目前和將來減少該系統內部某些要素或其本身的健康、生產力、遺傳結構、經濟價值和美學價值的可能性[1，2]。生態風險評價在20世紀80年代由安全風險和健康風險評價發展而來，在美國、歐盟等發達國家得到廣泛應用[3-5]，被視為環境決策的重要基礎[6]。我國目前的環境風險研究主要集中在危險化學品的突發事故上，對生態風險評價還沒有明確的法律規定[6-8]。生態風險評價的研究也多側重于重金屬污染、難降解有機毒物方面[9-11 ]。對區域生態風險評價的危害分析和綜合評價都建立在生態脆弱性和生態損失度的基礎上，對城市水源地生態風險評價的研究關注較少[12-14]。

水源地是一個城市生存和發展的必要條件，目前隨著城市化進程的加快，城市供水遇到前所未有的壓力，引入環境風險管理，對城市水源地進行生態風險評價成為城市水源地保護研究的重點內容之一[6]。本文參考依據美國環境保護署（US EPA）分布的生態風險評價導則提出的城市水源地生態風險評價的基本框架對蘭州市水源地——黃河蘭州新城橋段進行生態風險評價，以期為當地政府選擇城市水源地或加強水源地的保護提供相關依據。

一、城市水源地生態風險評價方法

US EPA將生態風險評價的基本內容分為問題的形成、分析過程、風險表征及風險管理等部分。國內學者按照該原則提出為以研究區的界定與分析、受體分析、風險源分析、暴露與危害分析及生態風險綜合評價為主要步驟的城市水源地生態風險評價的基本框架[6]。

（一）研究區的界定與分析

進行生態風險評價首先要確定擬評價的區域，即評價的范圍，同時要對擬評價的區域有充分的了解和認識。根據水源地類型的不同，研究區域的界定方法也有差別：地下水水源地以地下水的補給范圍來界定，以水文地質單元來劃分，重點考慮地面環境因素（如固體廢物和生活垃圾堆場等）對地下水的影響；湖泊以湖泊主體及小流域來確定；河流以流域范圍來確定[15]。

（二）受體分析

1.受體

“受體”即風險承擔著，在風險評價中指生態系統中可能受到來自險源的不利作用的組成部分，它可能是生物體，也可能是非生物體；通常是生態系統中對外部風險壓力最敏感的因子[10]。

2.評價終點

區域生態風險評價中的評價終點是指在具有不確定性風險源的作用下，風險受體可能受到的損害，以及由此發生的區域生態系統結構與功能的損傷。評價終點的選擇主要基于生態相關性，對脅迫因子（污染物）的易感性，以及管理目標的相關性[16]。

（三）風險源分析

“風險源分析”是指對區域中可能對生態系統或其組分產生不利作用的干擾進行識別、分析和度量[6]。這一過程又可分為風險識別和風險源描述兩部分。根據評價目的找出具有風險的因素，即進行風險識別。水源地區域的基本風險源見表1。風險源描述是對研究區域內各種風險源進行定性、定量分析，確定風險發生的概率、強度、時間和空間的變化。

（四）暴露與危害分析

“暴露分析”是研究各風險源在評價區域中的分布、流動及其與風險受體之間的接觸暴露關系[10]。各風險源對水源地的脅迫作用都通過一定的形式表現出來，如通過水量及水質的變化趨勢、富營養化狀態等進行分析[6]。

危害分析是確定風險源對生態系統及其風險受體的損害程度。風險源產生的壓力會影響或降低生態環境因子的質量和功能，危及經濟的正常發展。水源地的風險危害主要是造成供水企業的經濟損失、城市居民生活缺水、當地經濟發展受限以及飲用不合格水而帶來的人體健康危害等[17]。“危害分析”是區域生態風險評價的重要部分，其目的是確定風險源對生態系統及其風險受體的損害程度。

（五）生態風險綜合評價

風險評價是前述各評價部分的綜合階段，它將暴露分析和危害分析的結果結合起來，并考慮綜合效應，將區域生態風險評價的其他組分有機結合起來，得出區域范圍內的綜合生態風險值[18]。

二、結果與分析

（一）研究區的界定與分析

蘭州市水源地類型為河流，因此以流域范圍來進行界定。黃河蘭州新城橋段是蘭州市主要的水源地，穿行于峽谷與川地之間，由于深居內陸，海洋暖濕氣流不易到達，所以成雨機會較少，大部分地區十年九旱，氣候干燥，多年平均降水量在200～400mm之間，水量很不穩定，91%的降水集中在夏秋雨季（5～10月），11月至次年4月為枯水季節。

（二）受體分析

1.受體

新城橋水源地屬于黃河蘭州段的一部分，在對新城橋進行生態風險評價時，選擇水生生態系統作為生態風險評價的受體。

2.評價終點

評價終點可以在任意組織水平上被確認，包括個體水平、種群水平、群落水平，以及生態系統水平與景觀層次上確認[19]。新城橋水域目前最重要的功能為城市水源地功能，因此以水質變化作為評價終點。

（三）風險源分析

1.風險識別

蘭州新城橋段分布著大量工廠，而大多數工廠直接將廢水排入河水中，造成點源污染。同時，上游的大面積農田以渠道灌溉為主，大量的殘留農藥、化肥隨河水流入水源地造成直接的面源污染。綜合表1分析后，確定新城橋水域的主要生態風險源為：點源污染、面源污染和內污染。

2.風險源描述

（1）點源污染

點源污染是指工業廢水與城市生活污水在小范圍內的大量集中排放。甘肅蘭州市自來水廠的安全直接受其上游甘肅劉化集團、蘭州新西部維尼綸有限責任公司排污的影響，國家和甘肅省環保局都非常重視，已將其列為治理的重點。

（2）面源污染

面源污染是指分散的小企業和分散的居民在大面積上的少量分散排放，如夾帶著化肥、農藥的農田徑流，無序排放的農村廢棄物，水土流失等；另外，還包括大量鄉鎮企業就地無序排放的廢水，畜禽養殖業排放的廢水、廢物以及農戶生活污水等。

流域內大量的化肥、農藥隨雨水或灌溉流入排水溝后匯入黃河，成為重要的面源污染。此外，畜禽糞便的還田率只有30%多，大部分未被利用或處理就直接通過排水溝匯入黃河。流域內土壤疏松，水土流失嚴重，隨暴雨徑流進入河流的泥沙，往往攜帶大量氮、磷元素，影響河流水質。在農業方面，不合理的大量使用農藥、化肥，畜禽養殖、秸稈腐爛等污染隨水土流失和農田退水進入水體，增加了水體中COD和TN、TP的污染物總量，成為影響水質的重要因素。

（3）內污染

內污染又稱二次污染，是指江河湖庫水體內部由于長期污染的積累產生的污染再次排放，黃河干支流與水庫中的沉積物以及水庫的養殖場，是主要的內污染源。

（四）暴露分析

從新城橋水域的水質變化方面對其進行暴露分析。根據黃河蘭州段污染物監測中的22項主要指標的統計結果[20]分析，各暴露因子的權重層次排序中揮發酚和石油類在前兩位，糞大腸桿菌群和總大腸桿菌群所占權重居第二，重金屬汞居第三，pH指標在層次總排序中較為靠后，總硬度和水溫所占權重最小。

（五）危害分析

蘭州黃河上游流域內排放的點源污染和面源污染等不利風險因素對黃河的累積作用，可能會引發大的污染事件，水質下降，導致完全喪失其特有功能，如飲用水源地功能；更為重要的是，一旦黃河水源地遭到嚴重污染，則蘭州市上百萬居民的生活用水無法保障，蘭州市的經濟將會迅速衰退，城市的發展將會遇到瓶頸，經濟的發展會受到制約，帶來嚴重的社會影響。保證黃河的水源地功能，就要控制分析黃河水各污染物指標，提早做出預防和處理，防止水質進一步惡化。

（六）生態風險綜合評價

通過以上分析，確定理化指標、營養鹽及有機污染綜合指標、無機陰離子、金屬及其化合物、有機污染物和生物指標6大類指標作為蘭州黃河新橋段城市水源地生態風險評價的指標。

由于各主要風險源對風險受體的作用強度是不同的，對形成區域性生態風險的作用大小也有差異，因此，我們采取層次分析法對新城橋段水域進行生態風險綜合評價，確定各風險指數的權重[21]，據此進行綜合評價。

將新城橋段主要生態風險源兩兩相互比較，按比較重要性大小根據表2進行仿數量化，得到的數量值構成一個判斷矩陣，并且通過一致性檢驗。從而獲得黃河蘭州新城橋段水源地生態風險的權重分別為理化指標0.054、營養鹽及有機污染0.217、無機陰離子0.078、金屬及其化合物0.217、有機污染物0.246、生物指標0.187（表3）。

三、討論

暴露分析結果顯示各暴露因子權重大小為揮發酚和石油類>糞大腸桿菌群和總大腸桿菌群>重金屬汞居第三>pH指標>總硬度和水溫所。說明其上游甘肅劉化集團、蘭州新西部維尼綸有限責任公司等化工企業排污引起的點源污染主要的風險暴露因子，其次是農業和畜牧業養殖引起的生物性及化學性面源污染。

生態風險綜合評價結果顯示水質綜合評價6類大指標所占權重有機污染物>營養鹽及有機污染綜合指標和金屬及其化合物>生物指標>無機陰離子>理化指標，說明有機污染物對水質影響最大，也就是說有機污染物對水源地生態風險的貢獻率最大，營養鹽及有機污染綜合指標和重金屬污染物指次之，而只是影響感官的理化指標貢獻率最小。說明各種點源污染、面源污染及內污染是蘭州市水源地主要的生態風險因子。而由化工企業排污及農業施肥、污灌等引起的有機物污染及重金屬污染是重點控制對象。

四、結論

1.識別出新城橋水源地的主要生態風險源為：電源污染、面源污染和內污染。

2.位于該水域上游的化工企業排污引起的點源污染和由農業和畜牧業養殖引起的生物性及化學性面源污染是主要的生態風險暴露因子。

3.在地表水水質綜合評價體系6類大的指標中，有機污染物對蘭州市水源地生態風險的貢獻率最大，其次是營養鹽及有機物然綜合指標和重金屬污染物指標，是風險管理的重點控制對象。

4.蘭州黃河新城橋段處于污染和水土流失嚴重的的黃河流域，多種污染源及不同污染物的復合污染的脅迫下，水質惡化不斷加劇，對居民的用水安全造成極大威脅。為保障蘭州市居民用水安全，必須將生態風險評價及管理引入到對水源地的保護中，加強對水源地復合風險、多種污染的協同作用、累積作用的研究，制定出針對各種污染源及污染物的綜合、宏觀的水源地管理和保護模式。

參考文獻：

[1] Kelly J R，Levin SA.A comparison of aquatic and terrestrial nutrient cycling and production processes in natural ecosystems，with

reference to ecological concepts of relevance to some waste disposal issues In：Kullenberg G，ed[J].The Role of the Oceans as a Waste

Disposal Option.Hingham ：Reidel publish ComPany，MA，1986.

[2] 盧宏瑋，曾光明，謝更新，等.洞庭湖流域區域生態風險評價[J].生態學報2003，23（12）：2520-2530.

[3] 陳輝，劉勁松，曹宇，李雙成，歐陽華.生態風險評價研究進展[J].生態學報，2006，26（5）：1558-1566.

[4] 李謝輝，李景宜.我國生態風險評價研究[J].干旱區資源與環境，2008，22（3）：70-74.

[5] US EPA.Guidelines for Ecological Risk Assessment.EPA 630-R-95-002F，Washington，DC：U.S.Environmental Protection Agency，1998.

[6] 郭先華，崔勝輝，趙千鈞.城市水源地生態風險評價[J].環境科學研究，2009，22（6）：688-694.

[7] 王軍，陳振樓，王初，等.上海崇明島蔬菜地土壤重金屬含量與生態風險預警評估[J].環境科學，2007，28（3）：647-653.

[8] 孫洪波，楊桂山，蘇偉忠，萬榮榮.生態風險評價研究進展[J].生態學雜志，2009，28（2）：335-341.

[9] 張曼胤，崔麗娟，盛連喜，等.衡水湖濕地底泥重金屬污染及潛在生態風險評價[J].濕地科學，2007，12：362-369.

[10] 智昕，牛軍峰，唐陣武，等.長江水系武漢段典型有機氯農藥的生態風險評價[J].環境科學學報，2008，28（1）：168-173.

[11] 馬婷婷，劉立，嵇文濤.生態風險評價內涵及方法研究[J].甘肅科技，2010，26（13）：63-65.

[12] 王雪梅，劉靜玲，馬牧源，等.流域水生態風險評價及管理對策[J].環境科學學報，2010，30（2）：237-245.

[13] 陳春麗，呂永龍，王鐵宇，等.區域生態風險評價的關鍵問題與展望[J].生態學報，2010，30（3）：808-816.

[14] 黃先飛，秦樊鑫，胡繼偉，等.紅楓湖沉積物中重金屬污染特征與生態危害風險評價[J].環境科學研究，2008，21（2）：18-23.

[15] 吳學麗，楊永亮，湯奇峰，等.沈陽河水、地下水及沉積物中重金屬的生態風險評價及來源辨析[J].生態學雜志，2011，30（3）：438- 447.

[16] USEPA.Guidelines for Ecological Risk Assessment[S].Published on May 14，1998，Federal Register 63（93）：26846-26924.

[17] 史貴濤，陳振樓，張翠，等.上海市飲用水源地周邊環境中的重金屬[J].環境科學，2008，29（7）：1797-1805.

[18] 張曉晶，李暢游，張生，等.呼倫湖沉積物重金屬分布特征及生態風險評價[J].農業環境科學學報，2010，29（1）：157-162.

[19] 蒙吉軍，趙春紅.區域生態風險評價指標體系[J].應用生態學報，2009，20（4）：983- 990.

[20] 聞常玲，王莉紅，賀徐蜜，等.水庫型飲用水水源地生態安全評價及應用[J].水資源保護，2008，24（3）：91-94.

[21] 任珺，王剛.黃河上游水質分析與污染治理對策研究[M].北京：中國環境科學出版社，2008：113-142.

Abstract：On the basis of American Environmental Protection Agency （US EPA） guidelines for ecological risk assessment，through the research region and analysis，risk source analysis，exposure assessment，hazard analysis framework of comprehensive analysis and evaluation of the ecological risk of Lanzhou City，the main source of water -- the Yellow River metro section of ecological risk assessment. Through the risk source analysis，identify the main ecological risk source as a point source pollution source，non-point source pollution source，pollution source；to water quality changes as the assessment endpoint，by exposure，hazard analysis，the comprehensive evaluation by the method which is based on the weights of evaluation factor. The results show that，on the contribution of the Yellow River metro section of ecological risk in the largest factor of organic pollutants，followed by nutrient and organic pollution indicators and heavy metal pollutants，the weight values were 0.246 and 0.217.

Key words：ecological risk assessment；water source；ecological risk factor；the Yellow River Xincheng Bridge

[責任編輯 柯 黎]