基于層次分析法評估長江上游宜賓段工業園區環境風險

楊敏慧，袁培炎，羅天烈，文櫟嘉，劉國

地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室, 國家環境保護水土污染協同控制與聯合修復重點實驗室,成都理工大學生態環境學院

長江流域宜賓段主要存在6家工業園區，環境污染源和風險源多而復雜、生產密集、管控缺乏科學依據等原因，導致園區的環境風險事故以及長期積累的環境風險大大提高[1-2]。該區域位于長江流域的上游，長江流域水污染與經濟增長呈負相關狀態，上游生態治理有利于改善水污染現狀，促進產業發展[3]。為了保證長江上游流域水環境質量，需要開展沿江工業園區的環境風險評估，降低風險事故發生的概率，預防污染物質泄漏對周邊居民的健康風險與生態環境造成的危害[4]。

初期，環境風險評估關注單一物體或者特定元素對人類健康的影響[5-6]。隨著研究的深入，由于發現環境風險是具有特定結構、功能的復雜系統[7]，因此對其的研究逐漸發展到對工業污染和其他人為活動的評估，在評估時不僅要考慮污染事故本身的性質，還要關注研究區域的社會脆弱性、生態敏感性[8-10]，依據不同類型的工業園區的特點確定需要重點評估的方向[11-13]。環境風險源本身具有不確定性，研究人員在選擇時也有一定的主觀性，應該進行有效的篩選分類[14]。風險源中有害物質發生泄漏導致事故發生時，應充分考慮事故產生的伴生物質和次生危險物質[15]。目前，國內外關于工業園區環境風險評估方面的標準規范或導則鮮見報道，常用的評估方法包括環境風險源分級、環境風險指數評價法、風險場分析、問卷調查法以及層次分析法等。此外，前人采用地理軟件GIS進行了環境風險評估[7]和提出了基于證據權重的區域尺度風險源分級方法[16]。

現階段，工業園區的環境風險評估多側重于關注區域工業園區的風險狀況及風險管理，缺少針對特定區域的環境風險評估方法研究。長江工業園區的環境風險受到內外部眾多主控因子以及長江沿岸特殊地理環境的影響，采用層次分析法(AHP)的風險評估可實現定量分析和定性分析的融合。突破傳統定量評估法中參數數值的局限性，AHP方法可結合專家的理性分析和客觀判斷，對主控因子賦予權重，再考慮長江工業園區周邊環境更為合理。以宜賓市6家工業園區為研究對象，計算了園區化學品源對應臨界量的比值 (Q)和“三廢”(廢氣、廢水、廢渣)排放數據；根據風險識別結果，采用AHP法評估了6家工業園區的環境風險，并基于評估結果提出了相應的風險管控措施建議。

1 區域概況和研究方法

1.1 區域概況

以長江流域宜賓段6家沿江工業園區(圖1)為研究對象，根據宜賓市生態環境局提供的宜賓市長江干流四川段片區入河排污口資料，再分別對6家工業園區進行走訪調查，了解各工業園區內部的主要產業，存在的可能風險源物質，并對風險源進行定量收集。6家工業園區主要涉及化工和材料方面，存在較多的危險化學品，生產過程也極易產生“三廢”，工業園區還聚集了部分食品、白酒生產企業，生產過程中排放的有機物含量較高。此外，還獲取了園區周邊環境敏感受體、涉及環境風險物質和數量，以及安全生產管理、現有的環境風險管控與應急措施、應急資源等相關信息。

圖1 長江流域宜賓段6家工業園區位置及概況Fig.1 Overview of the six industrial parks in Yibin section of Yangtze River

1.2 風險評估方法

AHP法是較為常用的多準則決策工具之一，廣泛應用于企業和工業園區2個層面的環境風險評估[17]。該方法首先把復雜問題分解為多個準則層和指標層，對每個層進行評分和計算，再分析排序結果給出意見。根據成對比較中每個標準的相對重要性分數間接確定標準權重，即使輸入不完整或不一致，也可以產生權重、總體分數和一致性度量[18]。

AHP方法建模常包含4個步驟[19]：1)建立層次結構模型，目標層、準則層和指標層分別用a、b、c表示；2)進行成對比較，構造各級判斷矩陣；3)對每個層次的標準進行排序，并檢查一致性；4)確定備選方案的總體優先級，并檢查一致性。

首先，在確立AHP模型的指標時，需要滿足一定的原則[19]：1)滿足環境風險評估中最重要的三大要素——風險源、控制機制和受體[20]；2)充分體現工業園區在環境風險評估時的不確定性和復雜性等特征；3)結合宜賓市工業園區發展現狀及特征。

其次，采用1～9的標度法[21]對指標重要程度賦值，同一層的每2個指標進行相對重要程度比較，確定各自權重，再建立各自的判斷矩陣(表1)。

表1 相對重要性取值Table 1 Relative importance value

構建準則層b與其所對應的指標層c的判斷矩陣 (表2)。

構建目標層a與所有準則層b的判斷矩陣，判斷矩陣的一致性檢驗公式如下：

式中： λmax為判斷矩陣最大特征值；CI為判斷矩陣偏離的指標；CR為隨機一致性比。

當CR<0.1時，判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需要修改判斷矩陣以滿足一致性要求。最后，確定和備選方案的總體優先級，并檢查一致性。層次分析法的結果輸出是一組分數，代表每個指標的相對重要性，這有助于確定工業園區的優先風險。

2 結果與討論

2.1 園區化學品存儲量

宜賓沿江工業園區內有較多企業，企業中的風險源因行業差別存在較大差異，除了對行業工藝設備等方面的評估，還應該考慮污染源自身的擴散性和相互疊加的影響[22]。針對各工業園區的化學品儲存量，根據HJ 169—2018《建設項目環境風險評價技術導則》[23]，計算了所涉及的每種危險物質在廠界內的最大存儲量與其Q，結果如圖2所示。

圖2 6家工業園區的QFig.2 Q value of six industrial parks

每個工業園區因為自身產業的特點，都有自己的特征危險物質。A園區主要產業為紡織、機械加工、化工、碳素制品等，含有少量的危險化學品；B園區主要由汽車配套產業、機械制造業等為主，產品基本不含有危險化學品；C園區以紡織業工廠為主，精深加工紡織消費品存在較多的化纖物質，如纖維素醚、羥乙基纖維素等；D園區主要是生產智能終端設備，產品含有少量危險化學品；E園區現有產業以化工、輕工產業和機械制造為主，化工企業的甲苯含量較高，還有一部分硝酸、硫酸、鹽酸等化學品；F園區主要產業為化工、竹類加工、酒類食品等，存在較多的危險化學品，存儲量也極高，氫氣含量極高，甲醛嚴重超標，接近其他工業園區Q的10倍，還存在甲基肼、二甲醚、液氯等，有著較高的危險化學品風險。6家工業園區中，F園區的危險化學品存儲量最高，且為其他園區存儲量的10～100倍，具有極高的危險化學品風險。

2.2 園區“三廢”排放量統計

除了危險化學品，還對園區的“三廢”排放量進行了統計，結果如圖3所示。從圖3可以看出，A園區中紡織業產生較多的粉塵進入大氣環境中；園區的化工企業規模均較小，因此其廢水排放中只含少量的污染物；制造業產生了較多的固體廢物。B園區可能存在一些二氧化硫相關的生產過程，排放氣體中含有二氧化硫和氮氧化物；廢水排放量較少，但含有較高的COD和有機物；廠區內的居民眾多，因此固體廢物以生活垃圾為主。C園區中由于紡織業的聚集，排放氣體中以二氧化硫和氮氧化物為主，且排放量均較大；廢水排放量極高，廢水中污染物含量較少；固體廢物基本為紡織廢物垃圾。D園區排放的廢氣中氮氧化物和一氧化碳含量較高，這可能是由于材料制備過程中產生了少量有毒有害氣體，其沒有被很好地吸收過濾；印刷業和紡織業導致廢水排放量較大，但污染物含量較少；固體廢物產生量較大，尤其以工業廢物為主。E園區排放廢氣中含有一部分的氮氧化物和粉塵，二氧化碳含量較高，符合該園區的甲苯儲存量較高的情況；廢水所含污染物較少；固體廢物排放量較高。F園區廢氣排放量最高；廢水排放量雖然較少，但是所含COD極高；工業廢物產生量相對較少，該園區的危險化學品的存量最高。總體而言，F園區“三廢”情況較差，廢氣排放總量最高，且廢水中的COD遠超其他園區。

圖3 工業園區“三廢”排放量(t/a)Fig.3 'Three Wastes' emissions in industrial parks

2.3 園區環境風險評估

宜賓的6家工業園區臨江分布，化工企業占比較大。由于各工業園區的主導產業不一樣，其風險物質種類及數量存在差異。工業園區風險的表征主要包括化學品、大氣、水、危險廢物等環境風險源，考慮園區現在所實行的風險管控機制，再結合園區內和園區外5 km以內環境敏感受體的分布情況，構建AHP模型。設置符合HJ 941—2018《企業突發環境事件風險評估指南》[24]的打分原則，根據專家對不同層級指標的打分結果，可以獲得各園區的環境風險值。

2.3.1 AHP模型評價體系構建

目標層的確立：針對的區域是長江流域流經的宜賓市，核心問題是工業園區環境風險評估，目標層是長江宜賓段沿江工業園區環境風險綜合值。

準則層的確立：為了準確計算環境各因素的風險評估值，考慮風險源、受體以及風險管控機制三大因素的作用[10]。

指標層的確立：根據定量法中的風險源篩選過程和AHP法的特點，從中選取環境風險源、風險管控機制、環境風險受體3類指標。環境風險源包括行業類型、園區企業生產工藝、園區內危險物品、危險物排放情況4項指標[8]；風險管控機制包括環境管理體系、環境風險管理體系、環境應急預案處置、環境監控情況4項指標；環境風險受體包括保護區類型、受納水體環境、受納大氣環境、生態脆弱性、人口密度5項指標。

通過對長江宜賓段工業園區收集資料的分析以及指標的選取結果，建立了AHP模型評價體系(圖4)。

圖4 環境風險評價指標體系Fig.4 Hierarchical structure of environmental risk assessment index system

依據專家調查問卷結果[8,25-26]，不同層級指標重要性對比矩陣見表3。

表3 各級指標權重Table 3 Index weight values at all levels

從表3可以看出，準則層指標權重為風險管控機制(0.506)>環境風險源(0.333)>環境風險受體(0.161)。風險管控機制權重遠高于環境風險源和環境風險受體，在對工業園區進行風險防范時，應該更加重視風險管控機制的制定，而且必須切實實施這些機制措施。

從二級指標的權重來看，環境應急預案處置排名第一，說明風險預防監管比環境風險事故應對更加重要，環境風險預防的重要措施包括工業園區層面的環境監管。人口密度權重位列最末，工業園區促進了經濟的快速發展，在這種情況下，容易輕視園區污染物對人體健康造成的影響。生態脆弱性和保護區類型權重相對也較低，說明該區域的生態保護意識還不是很明朗，相關部門在工業園區環境風險評價時需強化。

2.3.2 AHP指標體系評分標準

根據工業園區各級評價指標的計算結果，依據HJ 941—2018《企業突發環境事件風險評估指南》[24]，對各指標的評分等比例換算成總分均為50分，打分原則如表4所示。

表4 工業園區風險評估指標評分標準Table 4 Scoring standards of the industrial park risk assessment index

利用下式將各指標權重與評分進行加權計算：

式中：H為各園區環境風險綜合值；Wi為各項指標權重；hi為各指標打分。結合HJ 941—2018《企業突發環境事件風險評估指南》[24]的評估準則，將H分為0～5、5～45和45～50 3個區段，分別對應一般環境風險、中等環境風險和重大環境風險[19,27]。

2.3.3 環境風險評估結果

沿江6家工業園區環境風險如表5所示。從表5可以看出，6家工業園區準則層權重總占比為環境風險源(69.939) >環境風險受體(38.076) >風險管控機制(33.420)，各園區環境總風險值為B園區(19.147)

表5 6家工業園區環境風險值Table 5 Environmental risk value of six industrial parks

從圖5可以看出，A園區主要以環境風險受體貢獻為主，占園區風險綜合值的36.34%；B園區主要以環境風險受體貢獻為主，占園區風險綜合值的40.97%；C園區主要以環境風險源貢獻為主，占園區風險綜合值的70.37%；D園區主要以環境風險受體貢獻為主，占園區風險綜合值的41.33%；E園區主要以環境風險源貢獻為主，占園區風險綜合值的53.16%；F園區主要以環境風險源貢獻為主，占園區風險綜合值的64.40%。

圖5 6家工業園區準則層分值貢獻占比Fig.5 Proportion of criteria layers scores of six industrial parks

將6家工業園區的風險指標進行匯總，環境風險源貢獻占比最高，為49.79%，環境風險受體貢獻占比為27.11%，風險管控機制貢獻占比為23.10%。環境風險源帶來的環境風險，主要是由于煤化工企業、機械制造、能源企業等企業聚集，雖然大多數工業園區已經建立了污水處理設施，但是由于排放管理缺少有效的管控，也會出現超標排放。因此，園區應該開展清潔生產審核，試行重大風險源的嚴格防范，加強危險化學品儲存和危險廢物排放的管理控制。

風險管控機制貢獻占比較小，表明工業園區在環境風險的防范方面有一定的應對措施，但由于園區內的組成較為復雜，管理體系尚未落實到每一個相關企業，管理部門職責不夠清晰，實時監控設施也較匱乏[28]。因此，園區需要加強制度管理，提升實時監控污染的能力。環境風險受體方面，該區域位于長江流域上游，周邊的生活區比較密集，長江經濟帶在帶動沿江區域經濟發展的同時，也對沿江的環境造成威脅，應該在保證長江水體以及周邊環境生態健康的前提下，提速經濟帶發展。

2.4 風險管控措施建議

針對長江宜賓段沿江工業園區的風險計算結果，提出以下風險管控措施建議。

(1)源頭控制。改進生產工藝，為企業降低成本和能耗，使企業生產效率得到提高。此外，需要推動化工企業開展以提高產品質量、節能減耗、環境保護、安全生產以及資源化利用等為重點的技術改造和工藝升級，引導企業采用新技術實現清潔生產和節能減排，采用優化控制技術，促進生產安全和穩定，提高勞動生產率，推進產業結構轉型升級。

(2)過程管理。6家工業園區需要對污染源進入環境的過程進行管理，這需要生態環境部門的監督，也需要園區內各企業提高環境風險管控能力。監管部門建立聯合執法監管機制，強化環境執法監督，完善區域環境風險預警制度，通過區域監測監控，利用物聯網、GIS等先進技術，針對工業園區點、線、面排放源的監控，構建園區全方位的環境質量監控與安全預警系統，提高特征污染物實時監控和區域風險防范能力。

(3)受體保護。6家工業園區沿長江而建，是長江經濟帶的典型的工業園區例子，此類工業園區應減少環境污染事故的發生或降低污染事故的影響范圍，盡可能減少對長江水環境質量的負面影響，從而保證長江的水生生態系統的安全。宜賓工業園區周邊的居民區較多，人員密度較大，通過對工業園區進行風險評估，提出相應的管控措施，減少環境污染事故發生的概率，保障居民生活的環境質量安全，促進人民生活幸福感的提升。

3 結論

(1)采用AHP法進行風險評估，從中選取環境風險源、風險管控機制、環境風險受體3類指標，其中環境風險源包括行業類型、園區企業生產工藝、園區內危險物品、危險廢物排放情況4項指標；風險管控機制包括環境管理體系、環境風險管理體系、環境應急預案處置、環境監控情況4項指標；環境風險受體包括保護區類型、受納水體環境、受納大氣環境、生態脆弱性、人口密度5項指標。

(2)所構建的AHP模型評價體系中，通過打分得到風險管控機制、環境風險源和環境風險受體的權重分別為0.505 7，0.332 8和0.161 6。該區域風險評估結果中，風險綜合值表現為環境風險源(69.939)>環境風險受體(38.076)>風險管控機制(33.420)；各園區環境風險綜合值表現為B園區(19.147)

(3)針對宜賓沿江區域的環境風險特征，受益于其帶來的經濟發展的同時，也應注意生產安全，在長江上游水域的特殊環境背景下，嚴格執行國家及當地政府工業園區相關管控條例，控制源頭，管控過程，保護受體。