突發(fā)水污染風(fēng)險評價與應(yīng)急對策研究進展

李春暉,田雨桐,趙彥偉,王 烜

（北京師范大學(xué)水沙科學(xué)教育部重點實驗室，北京 100875）

風(fēng)險是某種不希望發(fā)生卻可能發(fā)生的事件，可將其定義為因未知行為或狀態(tài)產(chǎn)生的有負面效應(yīng)的后果發(fā)生的可能性[1]。風(fēng)險評價包含類型較多，如健康風(fēng)險評價、生態(tài)風(fēng)險評價、環(huán)境風(fēng)險評價和災(zāi)害風(fēng)險評價等[2]。突發(fā)水污染事件同時具備了瞬時突發(fā)性和后果嚴重性兩大基本要素，是典型的環(huán)境風(fēng)險事件[3]。

突發(fā)水污染風(fēng)險評價是對突發(fā)水污染事件造成的不利后果的可能性和危害程度進行評價[4]。突發(fā)水污染事件有2種類型：一是短期內(nèi)污染物因偶然原因大量排放而產(chǎn)生水污染，被稱為突發(fā)水污染事故；二是長期污染物累積排放，達到臨界點后驟然產(chǎn)生嚴重水污染，被稱為累積水污染事故[5]。突發(fā)水污染風(fēng)險評價在水污染事故預(yù)警環(huán)節(jié)中占有重要位置[6]。突發(fā)水污染應(yīng)急預(yù)案是針對突發(fā)水污染事件發(fā)生后的應(yīng)急機制，對應(yīng)急人員掌握事件的發(fā)展趨勢，最大化降低其不利影響有很大作用[7]。

近年來我國突發(fā)水污染事故頻繁發(fā)生，嚴重威脅著水生態(tài)環(huán)境，特別是嚴重污染了水源水質(zhì)，使水生生物受到威脅，社會經(jīng)濟遭受損失，造成惡劣社會影響。突發(fā)水污染風(fēng)險評估與應(yīng)急對策是當(dāng)前水環(huán)境應(yīng)急管理的主要手段和重點內(nèi)容，用于預(yù)測突發(fā)水污染事故，全面展示其影響范圍和程度并對其進行應(yīng)急決策支持[8]。

一般而言，突發(fā)水污染風(fēng)險研究包括：（1）突發(fā)水污染風(fēng)險源識別，屬于事故前預(yù)防，通過風(fēng)險分析發(fā)現(xiàn)隱患，為風(fēng)險預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)；（2）突發(fā)水污染風(fēng)險評價，屬于事故后調(diào)研，通過數(shù)學(xué)建模，對污染物在水體中造成的污染程度進行評價研究；（3）突發(fā)水污染應(yīng)急管理，屬于事故后管理，依據(jù)系統(tǒng)安全理論、風(fēng)險分析評價和應(yīng)急決策理論，通過事故模擬技術(shù)等，對突發(fā)水污染進行應(yīng)急處理[9]。本文將以突發(fā)水污染風(fēng)險識別為前提對突發(fā)水污染風(fēng)險評價與應(yīng)急對策研究進行系統(tǒng)分析和總結(jié)，分析常用的方法和框架，總結(jié)存在的問題，以期為管理者決策提供技術(shù)依據(jù)。

1 突發(fā)水污染風(fēng)險識別

風(fēng)險識別是指通過調(diào)查研究收集數(shù)據(jù)的過程中，使用某些方法系統(tǒng)地評價和分析潛在和現(xiàn)有的各種風(fēng)險來源和風(fēng)險因素，并識別風(fēng)險的性質(zhì)，找出風(fēng)險的主要方面和引起風(fēng)險的因素，而后評估其后果[10]。風(fēng)險識別是環(huán)境風(fēng)險評價的第一步，其識別出的風(fēng)險對環(huán)境風(fēng)險評價的結(jié)果產(chǎn)生直接的影響[11]。突發(fā)水污染事故的環(huán)境風(fēng)險識別是指可能導(dǎo)致突發(fā)水污染事故的風(fēng)險源及可能遭受突發(fā)水污染損害的風(fēng)險受體的識別[12]。

1.1 突發(fā)水污染風(fēng)險源識別

突發(fā)水污染事故的風(fēng)險源有固定和移動污染源兩種。固定源是在事故發(fā)生過程中，空間位置不發(fā)生變化，多為局部擴散，且主要是化學(xué)污染的污染源。移動源是在釋放過程中其本身的空間位置也在改變，多是油品或化學(xué)性污染的污染源[13]。

在兩種類型突發(fā)水污染風(fēng)險源識別方面，很多學(xué)者提出了相應(yīng)的識別技術(shù)與方法。比如周娜[14]提出了包括危險物質(zhì)識別、危險設(shè)施（設(shè)備）識別、危險生產(chǎn)工藝識別、危險功能單元劃分、危險類別識別、重大危險源識別、風(fēng)險評價工作等級識別、風(fēng)險評價范圍識別等8項內(nèi)容的“風(fēng)險識別八步法”。李偉等[15]將熵權(quán)法和屬性理論相結(jié)合，建立了港口水域交通水環(huán)境風(fēng)險評價的熵權(quán)屬性識別模型，進而得出了各評價區(qū)域的風(fēng)險等級和排序。盧蔚[16]建立了包含“環(huán)境風(fēng)險源篩選”和“風(fēng)險分級”兩步的分級方法用于識別移動型環(huán)境風(fēng)險源并為其環(huán)境風(fēng)險進行分級。這些識別技術(shù)基本上能滿足現(xiàn)今階段的突發(fā)水污染風(fēng)險源識別要求。

1.2 突發(fā)水污染風(fēng)險受體識別

風(fēng)險受體是在環(huán)境風(fēng)險發(fā)生時，周圍可能遭受危害的因素總和。水污染風(fēng)險受體主要考慮可能被污染的水質(zhì)所影響的因素。突發(fā)水污染風(fēng)險的受體需考慮與風(fēng)險源的暴露關(guān)系，并結(jié)合與評價終點可能的效應(yīng)關(guān)系進行選取。常見的風(fēng)險受體有居住用地、水體、取水口、自然保護區(qū)、耕地及林地等。評價終點一般包含人員安全、財產(chǎn)安全、水質(zhì)狀態(tài)及敏感生態(tài)受體狀態(tài)等因素。一般而言，風(fēng)險源、風(fēng)險受體及評價終點3者的關(guān)系如圖1所示。

依據(jù)突發(fā)水污染事件的危害特征和區(qū)域內(nèi)具體風(fēng)險管理目標確定風(fēng)險評價受體。一般選擇取水口（飲用水取水口、地下水源、農(nóng)灌引水口等）、居住用地、農(nóng)用地、水體和自然保護區(qū)等作為風(fēng)險受體，以反映決策者所關(guān)注的人員財產(chǎn)安全、水質(zhì)狀態(tài)和敏感生態(tài)受體狀態(tài)等評價終點[17]。依據(jù)現(xiàn)有相關(guān)國家標準，結(jié)合專家判斷法與經(jīng)驗法，本文確定了常見的各風(fēng)險受體量化分級，如表1所示。

圖1 流域突發(fā)水污染事故相對風(fēng)險概念模型Figure 1 Conceptual model of relative risk of sudden water pollution accidents in river basins

表1 流域常見風(fēng)險受體量化分級依據(jù)Table 1 Basis for quantitative classification of common risk receptors in river basins

2 突發(fā)水污染風(fēng)險評價

在20世紀70年代前后，只有少數(shù)發(fā)達國家開始研究環(huán)境風(fēng)險評估。最具代表性的是美國“大型核電站重大事故的理論可能性和后果”研究報告[18]，由此形成了環(huán)境風(fēng)險評價體系的基礎(chǔ)框架。美國核監(jiān)管委員會（Nuclear Regulatory Commission，NRC）于1975年構(gòu)建了基于系統(tǒng)安全工程分析法的核電廠風(fēng)險評價指南，在當(dāng)時成為環(huán)境風(fēng)險評價的技術(shù)性指導(dǎo)。21世紀后，環(huán)境風(fēng)險評價得到進一步完善，例如Ana?bela等[19]建立了基于多目標分析，主要用于可能進入水體的持久性、可生物累積性及有毒污染物質(zhì)的風(fēng)險源排查的水污染風(fēng)險戰(zhàn)略評價模型。

中國學(xué)者在環(huán)境風(fēng)險評估研究中也取得了一些進展。劉楊華[20]將危險源指數(shù)法和事故樹分析法兩種方法相結(jié)合，完成了化工企業(yè)的風(fēng)險源評價。劉志國等[21]提出了基于USNAS（U.S.National Academy of Science）健康風(fēng)險評價理論的突發(fā)水污染應(yīng)急健康風(fēng)險評價指標體系，可為發(fā)生在水污染應(yīng)急中的突發(fā)事件提供應(yīng)急管理的依據(jù)。邵必林等[22]將模糊思想與指數(shù)法相結(jié)合用于確定指數(shù)分值，將多個因素細化分層，解決了指數(shù)法過度依靠專家經(jīng)驗、受主觀影響大的缺點。朱煒玉[23]建立了基于蒙特卡羅模擬、層次分析法和風(fēng)險矩陣的突發(fā)水污染事件實時動態(tài)預(yù)警模型，充分考慮突發(fā)水污染發(fā)生時的不確定性，同時實現(xiàn)對下游的風(fēng)險等級評價。按照指標的量化程度，本文將已開發(fā)的環(huán)境風(fēng)險評價方法分為定性評價法、半定量評價法和定量評價法3類[24]。

2.1 定性評價法

定性評價法包括預(yù)先危險性分析、危險可操作性研究、故障類型和影響分析等。定性評價方法具有簡單易操作、過程及評價結(jié)果直觀的優(yōu)點。缺點是容易受到評價者的主觀影響，具有一定程度的局限性。如安慧等[25]運用危險與可操作性研究方法和保護層分析方法對空間沖突的措施進行評價，結(jié)果表明危險可操作性研究法能有效地降低工程成本。

2.2 半定量評價法

半定量評價法是在一定經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，加入了分層次、分等級合理打分的環(huán)節(jié)，以最后的評分值或概率風(fēng)險與嚴重度的乘積為依據(jù)進行分級評價[26]。半定量評價法包括檢查表法、作業(yè)條件危險性評價、層次分析法、故障樹分析法、事件樹分析法及日本省化工企業(yè)六階段法等。該方法優(yōu)點是簡單實用、應(yīng)用較廣，但是評價結(jié)果仍會受到評價者一定程度的主觀影響。20世紀70年代，由美國運籌學(xué)家Satty等[27]提出的層次分析法（AHP-Analytic Hierachy Process）經(jīng)過多年發(fā)展后被廣泛用于多目標、多準則復(fù)雜問題的決策分析，這也正好符合風(fēng)險源分級評價的特性。楊宇杰[28]利用故障樹的基本原理，充分考慮了隨機性和模糊性，將模糊集理論結(jié)合故障樹分析方法，建立了模糊事故樹分析模型。周婕等[29]分析了瑞典哥特堡市環(huán)境風(fēng)險評價中采用的綜合概率故障樹法和客戶損失時間指數(shù)方法及兩種方法的應(yīng)用價值。石春燕等[30]以巢湖生態(tài)調(diào)水為例，將故障樹分析應(yīng)用于調(diào)水線路的水質(zhì)風(fēng)險識別。事件樹和故障樹具有邏輯性強以及評價過程形象化的優(yōu)點，擅長描述確定的邏輯關(guān)系，即需要上、下級事件之間有明確的因果關(guān)系。缺點是都無法描述具有多態(tài)性的事件，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜、影響因素增加時，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的不確定性加大，方法存在一定程度的局限性。

2.3 定量評價法

對評價過程中涉及的各個因素及其之間的相互關(guān)系進行賦值，再經(jīng)過一定的規(guī)則和算法，從而得到最后評價值的方法稱為定量評價法。定量評價法的特點是得出的結(jié)果具體準確，但需要大量的樣本數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的要求較高。袁業(yè)暢等[31]根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》要求，從風(fēng)險識別、風(fēng)險預(yù)測及評價、風(fēng)險事故防范措施等方面論述了環(huán)境風(fēng)險評價的基本概念及一般程序。汪立忠等[32]從風(fēng)險管理的角度，總結(jié)了國內(nèi)外水污染突發(fā)事件的研究進展，提出了應(yīng)對突發(fā)環(huán)境污染事件進行風(fēng)險管理的方法，制定了有針對性和有組織的風(fēng)險管理體系和計劃。

根據(jù)國內(nèi)外研究，本文總結(jié)常見的風(fēng)險評價定量方法包括閾值評估法、環(huán)境事故指數(shù)法、時空累積分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合評價法、蒙特卡洛方法和美國環(huán)保部風(fēng)險評價法，如表2所示[33]。其中模糊綜合評價法是用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決[17]。劉明喆等[34]以永定河山區(qū)為典型案例，采用層次分析法和模糊綜合評價法評估了突發(fā)水污染風(fēng)險等級。師博穎[35]采用模糊綜合評價法構(gòu)建了水源地風(fēng)險評價體系，劃分了水源地風(fēng)險等級，并基于繪制的水源地風(fēng)險等值分布圖提出污染源調(diào)整和水源地優(yōu)化布設(shè)措施。

3 突發(fā)水污染事故應(yīng)急對策

突發(fā)水污染事故應(yīng)急對策是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中突發(fā)水污染風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案是其最核心內(nèi)容。應(yīng)急預(yù)案通常是一個綜合系統(tǒng)，能進行實時數(shù)據(jù)分析和解釋結(jié)果，通常包括檢測、特征描述、響應(yīng)協(xié)調(diào)、信息交流和影響減緩等過程[36]。包括以下幾個步驟：首先對水體是否受到污染進行檢測；其次對污染事件發(fā)生過程的子成分進行特征描述，包括對污染物類別、來源、濃度、時空分布特征和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的預(yù)測；最后由應(yīng)急中心協(xié)調(diào)各方力量對水污染事件做出響應(yīng)，信息交流代表水污染信息的傳播。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過傳感器傳遞到信息管理系統(tǒng)進行存儲和分析，最終為決策者提供信息并協(xié)助應(yīng)急響應(yīng)決策[37]。

歐美國家高度重視應(yīng)急水污染的研究與應(yīng)對系統(tǒng)開發(fā)。歐洲重點關(guān)注保護飲用水源污染的預(yù)警，主要集中在河流進水口位置的監(jiān)測上[38]。美國由于考慮國土安全的嚴峻形勢，更加注重供水網(wǎng)絡(luò)異常緊急情況應(yīng)急預(yù)案的研究，開發(fā)了一系列軟件來處理大量水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)并檢測異常水質(zhì)或水污染事件[39]。我國國務(wù)院于2005年4月印發(fā)了《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，2007年出臺了用于改善飲用水安全狀況的《全國城市飲用水安全保障規(guī)劃（2006—2020）》，對突發(fā)水污染風(fēng)險預(yù)案提出明確要求[40]。2018年3月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了用于提高應(yīng)急預(yù)案的針對性、實用性和可操作性的《集中式地表水飲用水水源地突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案編制指南（試行）》[41]。

3.1 突發(fā)水污染預(yù)警指標體系構(gòu)建

針對突發(fā)水污染事件的環(huán)境風(fēng)險特征，在綜合應(yīng)急對策發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了預(yù)警指標集。該指標集為可能對水污染事件預(yù)警有關(guān)的指標集合[42]。預(yù)警指標集中的指標分為警源指標和警兆指標兩類。警源是指警情發(fā)生的根源。在水污染事件的研究中，警源即導(dǎo)致事故產(chǎn)生的自然或人為因素，主要包括生產(chǎn)過程中設(shè)備或工藝故障、危險物品的轉(zhuǎn)移、人為影響因素等方面[43]。警源指標除可用于警情綜合評估外，還可在污染事件沒有發(fā)生時進行環(huán)境風(fēng)險評估，以對有可能發(fā)生的環(huán)境污染事件進行監(jiān)控預(yù)警。警情發(fā)生前的先導(dǎo)現(xiàn)象稱為警兆，反映警兆的基本指標包括生態(tài)影響、健康危害、環(huán)境污染、社會和經(jīng)濟影響等[44]。本文歸納總結(jié)得到突發(fā)水污染事件預(yù)警指標集見表3。

表2 突發(fā)水污染事件定量評價方法及特點Table 2 Quantitative evaluation methods and characteristics of sudden water pollution incidents

表3 突發(fā)水污染事件應(yīng)急指標體系Table 3 Emergency indicator system for sudden water pollution incidents

3.2 突發(fā)水污染預(yù)警響應(yīng)流程

發(fā)生緊急突發(fā)水污染事件后，突發(fā)水污染預(yù)警系統(tǒng)開始響應(yīng)，一般而言，包括以下幾個處理階段：（1）報告階段。事故發(fā)現(xiàn)者應(yīng)盡快向水環(huán)境安全應(yīng)急辦公室報告突發(fā)水污染事故的發(fā)生時間、地點、事故源、主要污染物質(zhì)、事故危害等初步情況，并進行污染源的初步判斷、事故發(fā)生整體情況及已采取的應(yīng)急措施等[45]。（2）檢測階段。應(yīng)急監(jiān)測人員應(yīng)攜帶必要檢測器材及安全防護裝備在最短時間內(nèi)趕到事故現(xiàn)場，立即采用專業(yè)的設(shè)備控制和處理現(xiàn)場，減少污染物的產(chǎn)生和擴散[46]。根據(jù)突發(fā)水污染事件類型，事故發(fā)生地氣象、地形特點和污染物性質(zhì)特征、擴散速度，確定污染物的大致擴散范圍。針對污染來源和影響范圍進行連續(xù)動態(tài)跟蹤監(jiān)測[47]。（3）預(yù)測階段。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，運用水質(zhì)預(yù)警模型，預(yù)測突發(fā)水污染事件的發(fā)展情況和污染物的變化情況，判斷污染物質(zhì)濃度、污染范圍及可能的危害[48]。（4）處理階段。各有關(guān)部門應(yīng)嚴格按事故應(yīng)急分工采取措施，及時調(diào)查突發(fā)水污染事故的影響范圍和危害程度，評估其所造成的損失，報告上級部門并公之于眾[49]。

4 結(jié)論與展望

國內(nèi)外在突發(fā)水污染風(fēng)險識別、評價與應(yīng)急對策方面取得了一定的研究成果，但仍有不足之處，主要體現(xiàn)在：（1）對突發(fā)水污染風(fēng)險源識別的研究大多從單一情況進行，未考慮不同水體類型、不同水污染風(fēng)險類型、不同背景的突發(fā)水污染情況，缺乏系統(tǒng)性研究。（2）在風(fēng)險評價方法上，盡管有多種方法供選擇，但不同污染類型或不同水體最合適技術(shù)體系和評價流程不明確，評價技術(shù)多種多樣，難分優(yōu)劣。（3）在突發(fā)水污染事故應(yīng)急對策方面，多模擬預(yù)測了不同情景下污染物的削減趨勢，但在應(yīng)急措施細化等方面還存在不少問題，特別缺乏對事故后污染物在有效應(yīng)急措施條件下的衰減趨勢研究。

針對以上3點問題，本文提出以下應(yīng)對措施：（1）未來可以針對不同的水體類型、不同受體、不同污染風(fēng)險類型等建立細致的風(fēng)險源識別體系。（2）未來應(yīng)該進一步明確不同污染類型或不同水體最合適技術(shù)體系和評價流程，制定詳細的評價技術(shù)規(guī)范。（3）未來在應(yīng)急對策方面應(yīng)進一步結(jié)合相關(guān)技術(shù)和管理形成系統(tǒng)化的操作規(guī)范體系。總之，應(yīng)大力開展突發(fā)水污染風(fēng)險評價與應(yīng)急對策的研究，從而提高突發(fā)事故的應(yīng)急與調(diào)控能力，有效降低水污染突發(fā)事件所造成的損失。