CN102129614A - 一种饮用水源地突发污染事故风险诊断及分级方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种饮用水源地突发污染事故风险诊断及分级的方法，其步骤包括：(1)饮用水源地环境风险排查范围分析；(2)潜在环境风险源辨识；(3)基于危害区域的环境风险源二次筛选；(4)环境风险源危害后果识别，即评估潜在风险源对社会和生活造成的直接危害；(5)风险源综合危害风险值叠加；(6)水源地突发环境污染风险等级划分。本发明不仅完成了饮用水源地突发污染风险的诊断，还完成了对水源地内环境风险源的排查和识别，解决了以往风险源不具体、危害过程模糊、评估准确度低所导致的水源地风险等级偏差问题，为快速准确地评估饮用水源地突发事故环境风险，实现风险源的常态化管理提供了一种完整、系统的分级方法。

Description

一种饮用水源地突发污染事故风险诊断及分级方法

技术领域

本发明涉及一种专用于定量评估饮用水源地突发环境污染风险等级的方法，属于环境风险影响评估技术领域。

背景技术

饮用水源地是水环境污染事故中最受关注，也是最易受损的环境保护目标。近年来，对我国7555个高风险石化、化工建设项目调查显示，50％高环境风险企业布设在江河水域等饮用水源地密集区，3.7％直接建设于饮用水源保护区内。这类高风险企业一旦突发水环境污染事故则不可避免导致下游饮用水源地断水、人民群众正常生产及生活受到影响。因此，在我国的环境污染事故级别划分中直接以市级、县级饮用水源地污染，而不是以饮用受污染水作为特大及重大水环境污染事故判定的主要依据。

目前，国内外开始逐渐开展对饮用水源地的环境风险评估方法研究，但现有技术无法直接用于饮用水源地突发污染事故风险识别及分级。首先，现有技术被设计用于评估饮用水源地环境问题导致的长期健康风险，基本未考虑突发环境事故导致的短期风险，无法用于饮用水源地突发环境污染风险评估。其次，现有技术以水源地污染事故中有毒有害物质的健康毒害效应作为风险评估的主要依据，而实际水源地污染事故主要危害形式为水源地断水导致的社会经济影响，因饮用水不达标而导致的城镇居民健康受损情况罕有发生。再次，现有技术多采用区域风险评估技术，依托指标因子法综合评估饮用水源地的环境风险，缺乏对具体风险源的诊断、识别及叠加。此外，现有少数技术虽然涵盖了多种风险源，但未从空间尺度把风险源、传播过程和饮用水源地有效的结合，导致难以准确确定饮用水源地事故的来源，进而难以构建真正具体、有效的风险防控体系。另外，现有的风险源识别技术(201010160629.4及200710132672.8)仅从单一风险源的角度开展了风险的来源识别及源分级，缺乏基于环境受体角度对风险源的排查及识别，更缺少区域风险源的叠加，进而无法直接用于饮用水源地风险诊断及级别划分。

由于缺乏切实有效、指导性强的饮用水源地突发污染事故风险诊断及分级方法，当前环保部门仅能粗略评估饮用水源地环境风险水平，难以准确诊断水源地风险来源，无法针对风险源现状提出相应的风险控制措施，并开展风险源的常态化管理。

发明内容

本发明不仅量化了饮用水源地突发污染事故的环境风险，还完成了对饮用水源地内环境风险源的排查和识别，解决了以往风险源不具体、危害过程模糊、评估精度低所导致的饮用水源地风险等级无法反应实际情况的问题，为快速准确地评估饮用水源地突发事故环境风险提供了一种完整、系统的分级方法。

本发明的技术方案如下：

(1)饮用水源地环境风险排查范围分析，根据待评估饮用水源地所在河流或湖泊的基本信息，如平均流速、弥散系数和服务对象等，计算饮用水源地上游及下游的排查距离，确定饮用水源地风险的评估区域，计算方法为：

$L=k\frac{318}{u_x\·E_y}$

L，L’——饮用水源地上游及下游待排查距离，km；

u_x——水源地所在河流平均流速，m/s；

E_y——水源地所在河流横向弥散系数，m²/s；

k——修正系数，1000m⁴/s²(湖泊型饮用水源地取2.0；河流上游特大城市饮用水源地取2.0，中小城市饮用水源地取1.0，县级饮用水源地取0.8；河流下游取0.15)；

(2)潜在环境风险源辨识：依据标准值法排查风险排查范围内的风险单元，若风险单元内储存或使用的环境风险物质存储量小于标准值时，列为低风险或无风险单元，并确定定为非风险单元；若风险单元内储存或使用的环境风险物质高于标准值时，列为待评估风险单元，继续开展评估；

(3)基于危害区域的环境风险源二次筛选：根据危害后果及保护目标的差异，确定基于不同保护目标的环境风险物质的边界值，并用以预测各种风险的事故危害范围，计算方法为：

$X=\frac{1}{{\mathrm{\πu}}_x{E}_y}{\left(\frac{M\·P}{3600\·H\·C}\right)}^2$

X——风险物质的危害范围，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，kg；

P——风险物质泄漏率，％；

H——河流及湖泊的平均水深，m；

C——基于不同保护目标的环境风险物质边界值，kg/m³；

u_x，Ey——同上；

(4)环境污染风险源危害后果识别：单个风险源产生的环境风险主要表现为饮用水源地突发污染对社会和生活造成的直接危害，危害综合考虑了人身安全、经济和生活等3种事故形式，采用风险指数表示，并归一化危害后果为经济损失，其中：

1)计算饮用水源地污染事故导致的人身安全伤害：根据环境风险物质扩散到饮用水源地的最高浓度与其毒理学数值比较，确定风险源对人身安全的危害水平，进而根据风险-损失对应关系确定风险源对人身安全的风险指数，最高浓度计算方法为：

$C_0=\frac{M\·P}{A}{\left(\frac{4\mathrm{\π}\·S\·E_y}{u_x}\right)}^{-\frac{1}{2}}$

C₀——风险物质最高浓度，g/m³；

S——风险企业距饮用水源地的距离，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，g；

P——风险物质泄漏率；

A——河流断面面积，m²；

人身安全的风险-损失的对应关系为当C₀≥10LD₅₀(或100LC₅₀)时，C_p为1000万；当10LD₅₀(或100LC₅₀)＞C₀≥LD₅₀(或10LC₅₀)时，C_p为600万；当LD₅₀(或10LC₅₀)＞C₀≥0.1LD₅₀(或LC₅₀)时，C_p为300万；当0.1LD₅₀(或LC₅₀)＞C₀时，C_p为50万元；

2)计算饮用水源地污染事故导致的经济损失：经济损失主要评估因突发污染事故，饮用水源地断水时受影响企业的直接经济损失，计算方法为：

$C_I=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(T_i\×M_i)$

C_I——经济损失风险指数，万元；

M_i——断水企业单位时间的净产值，万元/h；

T_i——饮用水源地断水导致的企业停产时间，h；

3)计算饮用水源地污染事故导致的生活影响：饮用水源地污染导致的生活影响主要评估断水对居民的生活产生的直接影响，采用下式计算：

C_S＝20·T·ρ

C_S——生活影响风险指数，万元；

ρ——水源地服务人口数，万人；

T——水源地污染导致停水时间，h；

(5)风险源综合危害风险值计算：考虑区域环境敏感性及风险可接受水平不同，饮用水源地突发污染事故对经济和社会造成的综合危害采用综合危害风险值表示，计算方法为：

$I=(\mathrm{\α}{C}_P+{\mathrm{\βC}}_I+{\mathrm{\γC}}_S)\·\underset{J=I}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_J$

I——风险源的环境风险值，万元；

C_P——人身安全风险指数，万元；

C_F——经济损失风险指数，万元；

C_S——生活影响风险指数，万元；

α、β、γ——权重因子，α+β+γ＝1；

K_i-跨界影响系数(不跨界取1.0；跨县界取1.5；跨市界取2；跨省界取2.5)；

(6)水源地突发环境污染风险等级划分：综合考虑多个环境风险源整体威胁，基于风险值和事故场景出现比率计算饮用水源地环境污染风险水平，计算式如下：

$R=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[I_i*(P_i\·\underset{m=1}{\overset{4}{\mathrm{\Π}}}{k}_4)]$

R——饮用水源地突发事故环境风险水平，万元/年；

I_i——饮用水源地内第i个风险源的风险值，万元；

P_i——第i个风险源事故场景出现比率，1/年；

K_m——事故场景出现比率调整因子；

n——水源地内环境风险源数量；

根据基于案例分析建立的水源地环境风险等级划分阈值，将饮用水源地环境风险级别划分为I-III级；依据计算获得的R值，通过与风险等级划分阈值进行比较，确定饮用水源地的风险级别。

表1饮用水源地环境风险等级划分阈值

本发明提供了一种饮用水源地突发事故环境风险诊断及定量分级方法，解决了以往我国缺乏饮用水源地突发污染事故风险识别及定量分级方法的问题。该方法不仅实现了对饮用水源地内风险源的排查及筛选，还完成了对饮用水源地突发事故环境风险的定量分级，该方法为提升饮用水源地管理水平，有效降低饮用水源地突发环境污染事故，实现饮用水源地环境风险的常态化管理提供了一种系统、完整的分级方法。

附图说明

图1为饮用水源地突发污染事故风险诊断及定量分级工作流程图

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

选取江苏省某县饮用水源地开展环境风险诊断及等级划分工作。该饮用水源地为县属水源地，服务人口数50000人；水源地所在河流平均河宽400m，Ey＝2.023m²/s，平均流速2.4m/s，平均水深5m，河床比降10‰；水源地断水导致的企业经济损失为200万元/h。

(1)饮用水源地环境风险排查范围分析

根据已知资料，以取水口为水源地计算起始点，采用下式计算河岸外沿及上下游排查范围。

河流上游排查范围：

河岸外沿及下游排查范围：

L，L’——饮用水源地上游及下游待排查距离，km；

u_x——饮用水源地所在河流平均流速，m/s；

E_y——饮用水源地所在河流横向弥散系数，m²/s；

k——修正系数，1000m⁴/s²(湖泊型饮用水源地取2.0；河流上游特大城市饮用水源地取2.0，中小城市饮用水源地取1.0，县级饮用水源地取0.8；河流下游取0.15)；

基于计算获得的河岸外沿及上下游排查范围，初步排查出河流周边有4家污染风险企业，即企业A，距离水源地25km；企业B，距离水源地4km；企业C，距离水源地4.2km和企业D，距离水源地3.5km。

(2)潜在环境风险源辨识

采用临界值法，对4家污染风险企业的风险单元辨识结果显示，4家企业环境风险物质储量均大于临界值量，因而均属于待评估环境风险源。4家企业的基本信息见下表。

表1待评估风险企业基本信息

(3)基于危害区域的环境风险源二次筛选

针对饮用水源地的环境风险物质边界值C₀采用《地表水环境质量标准》GB3838-2002中III类水质标准或检出限值。

根据4家待评估风险企业内风险物质泄漏量，以及饮用水源地所在受纳河流水深、水宽和流速等特点，根据下式计算待评估风险源影响范围：

$X=\frac{1}{{\mathrm{\πu}}_x{E}_y}{\left(\frac{M\·P}{3600\·H\·C}\right)}^2$

X——风险物质的危害范围，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，kg；

P——风险物质泄漏率，％；

H——河流及湖泊的平均水深，m；

C——基于不同保护目标的环境风险物质边界值，kg/m³；

u_x，Ey——同上；

经计算后，4个企业的危害范围分别为：X_企业A＝509km；X_企业B＝326km；X_企业C＝0.3km；X_企业D＝3.3km。比较企业与水源地，以及企业污染团扩散距离可知，企业C和企业D的有害污染物不会扩散到饮用水源地，所以不对水源地造成较大危害，因而可排除企业C和企业D的影响。

对企业A和企业B的进一步调查显示：企业A为私企，风险物质环戊烷位于生产区，而企业B为大企业，风险物质二氯甲烷位于罐区内。

(4)环境污染风险源危害后果识别

1)饮用水源地污染事故导致的人身安全伤害

根据饮用水源地和化工企业的实际资料，根据下式计算风险物质最高浓度：

$C_0=\frac{M\·P}{A}{\left(\frac{4\mathrm{\π}\·S\·E_y}{u_x}\right)}^{-\frac{1}{2}}$

C₀——风险物质最高浓度，g/m³；

S——风险企业距饮用水源地的距离，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，g；

P——风险物质泄漏率；

A——河流断面面积，m²；

污染物扩散到饮用水源地时，企业A和企业B的风险物质最高浓度分别为：C_0(企业A)＝3.075g/m³；C_0(企业B)＝1.944g/m³。根据毒理学资料可知，企业A内存在的环境风险物质环戊烷的边界值(LC₅₀)为106g/m³，企业B内存在的环境风险物质二氯甲烷的边界值(LC₅₀)为56.2g/m³。根据风险物质存在浓度与LC₅₀之间的大小关系可知，企业A、B的人身安全的风险损失(C_p)均为50万。

2)饮用水源地污染事故导致的经济损失

饮用水源地污染导致停水时间根据下式计算

$T=\mathrm{\σ}\frac{L+L^{\′}}{3600\·u_x}$

T——停水时间，h；

L——河流上游排查距离，m；

L′——河流下游排查距离，m；

u_x——河流平均流速，m/s；

σ——停水时间影响系数(湖泊型饮用水源地取2；企业到饮用水源地距离≤0.1(L+L′)时，取1；0.1(L+L′)＜企业到饮用水源地距离≤0.5(L+L′)时，取0.8；0.5(L+L′)＜企业到饮用水源地距离，取0.6)；

企业A和企业B污染团流经饮用水源地排查区的时间分别为6.8h和5.1h，饮用水源地断水导致的周边企业直接经济损失为200万元/h，根据下式：

$C_I=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(T_i\×M_i)$

C_I——经济损失风险指数，万元；

M_i——断水企业单位时间的净产值，万元/h；

T_i——饮用水源地断水导致的企业停产时间，h；

计算可知两家企业的经济损失风险为C_I(企业A)＝1360万元和C_I(企业B)＝1020万元。

3)饮用水源地污染事故导致的生活影响

断水对该县城5万居民的生活产生影响，采用下式计算：

C_S＝20·T·ρ

C_S——社会影响风险指数，万元；

ρ——饮用水源地服务人口数，万人；

T——饮用水源地污染导致停水时间，h；

通过计算可知两企业的生活影响风险为C_S.企业C＝680万元和C_S.企业D＝510万元。

(5)风险源综合危害风险值

考虑到当地对不同类型环境污染事故危害后果的接受程度不同，风险源的综合危害风险值采用下式计算：

$I=(\mathrm{\α}{C}_P+{\mathrm{\βC}}_I+{\mathrm{\γC}}_S)\·\underset{J=I}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_J$

I——风险源的环境风险值，万元；

C_P——人身安全风险指数，万元；

C_F——经济损失风险指数，万元；

C_S——生活影响风险指数，万元；

α、β、γ——权重因子，α+β+γ＝1；

根据当地对各类环境损失可接受程度差异，权重系数采用α＝0.3；β＝0.2；γ＝0.5。企业A距离该县水源地距离25km，属于邻县的化工企业，涉及跨界问题。经计算可知综合危害风险值企业A为940.5万元，企业B为474万元。

(6)饮用水源地突发环境污染风险等级划分

基于风险源环境风险值和风险概率计算饮用水源地环境污染风险水平，采用下式计算：

$R=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[I_i*(P_i\·\underset{m=1}{\overset{4}{\mathrm{\Π}}}{k}_4)]$

R——饮用水源地突发事故环境风险水平，万元/年；

I_i——饮用水源地内第i个风险源的风险值，万元；

P_i——第i个风险源事故场景出现比率，1/年；

K_m——事故场景出现比率调整因子；

n——水源地内环境风险源数量；

其中风险源事故场景出现比率P_i见下表：

风险源类型影响比率k₁取值见下表：

受体影响概率k₂取值见下表：

不同事故场所影响概率k₃取值见下表：

风险管理水平影响概率k₄取值见下表：

通过计算可知该饮用水源地突发事故环境风险值为83。

根据饮用水源地环境风险等级划分阈值可知本水源地为II级环境风险饮用水源地，风险来源为企业A的生产区，风险物质为环戊烷。

Claims (2)

1.一种专用于定量评估饮用水源地突发环境污染风险等级的方法，其步骤包括：

(1)饮用水源地环境风险排查范围分析：根据待评估饮用水源地所在河流或湖泊的基本信息，如平均流速、弥散系数和服务对象等，计算水源地上游及下游的排查距离，确定水源地风险的评估区域，计算方法为：

$L=k\frac{318}{u_x\·E_y}$

L，L’——饮用水源地上游及下游待排查距离，km；

u_x——饮用水源地所在河流平均流速，m/s；

E_y——饮用水源地所在河流横向弥散系数，m²/s；

k——修正系数，1000m⁴/s²(湖泊型饮用水源地取2.0；河流上游特大城市饮用水源地取2.0，中小城市饮用水源地取1.0，县级饮用水源地取0.8；河流下游取0.15)；

(2)潜在环境风险源辨识：依据标准值法排查风险排查范围内的风险单元，若风险单元内储存或使用的环境风险物质存储量小于标准值时，列为低风险或无风险单元，并确定为非风险单元；若风险单元内储存或使用的环境风险物质高于标准值时，列为待评估风险单元，继续开展评估；

(3)基于危害区域的环境风险源二次筛选：根据危害后果及保护目标的差异，确定基于不同保护目标的环境风险物质的边界值，并用以预测各种风险的事故危害范围，计算方法为：

$X=\frac{1}{{\mathrm{\πu}}_x{E}_y}{\left(\frac{M\·P}{3600\·H\·C}\right)}^2$

X——风险物质的危害范围，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，kg；

P——风险物质泄漏率，％；

H——河流及湖泊的平均水深，m；

C——基于不同保护目标的环境风险物质边界值，kg/m³；

u_x，Ey——同上；

(4)环境污染风险源危害后果识别：单个风险源产生的环境风险主要表现为水源地突发污染事故对社会和生活造成的直接危害，采用风险指数表示，并归一化危害后果为经济损失；

(5)风险源综合危害风险值计算：考虑区域环境敏感性及风险可接受水平不同，饮用水源地突发污染事故对经济和社会造成的综合危害采用综合危害风险值表示，计算方法为：

$I=(\mathrm{\α}{C}_P+{\mathrm{\βC}}_I+{\mathrm{\γC}}_S)\·\underset{J=I}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_J$

I——风险源的环境风险值，万元；

C_P——人身安全风险指数，万元；

C_F——经济损失风险指数，万元；

C_S——生活影响风险指数，万元；

α、β、γ——权重因子，α+β+γ＝1；

K_i-跨界影响系数(不跨界取1.0；跨县界取1.5；跨市界取2；跨省界取2.5)；

(6)水源地突发环境污染风险等级划分：综合考虑多个环境风险源整体威胁，基于风险值和事故场景出现比率计算饮用水源地环境污染风险水平，计算式如下：

$R=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[I_i*(P_i\·\underset{m=1}{\overset{4}{\mathrm{\Π}}}{k}_4)]$

R——饮用水源地突发事故环境风险水平，万元/年；

I_i——饮用水源地内第i个风险源的风险值，万元；

P_i——第i个风险源事故场景出现比率，1/年；

K_m——事故场景出现比率调整因子；

n——水源地内环境风险源数量；

根据基于案例分析建立的水源地环境风险等级划分阈值，将饮用水源地环境风险级别划分为I-III级；依据计算获得的R值，通过与风险等级划分阈值进行比较，确定饮用水源地的风险级别。

表1饮用水源地环境风险等级划分阈值

2.根据权利要求1所述的一种定量评估饮用水源地突发环境污染风险等级的方法，其特征在于步骤(4)中所述的饮用水源地突发环境污染危害综合考虑了人身安全、经济和生活等3种危害方式，其步骤为：

(1)计算饮用水源地污染事故导致的人身安全伤害：根据环境风险物质扩散到饮用水源地的最高浓度与其毒理学数值比较，确定风险源对人身安全的危害水平，进而根据风险-损失对应关系确定风险源对人身安全的风险指数，最高浓度计算方法为：

$C_0=\frac{M\·P}{A}{\left(\frac{4\mathrm{\π}\·S\·E_y}{u_x}\right)}^{-\frac{1}{2}}$

C₀——风险物质最高浓度，g/m³；

S——风险企业距饮用水源地的距离，m；

M——风险单元内环境风险物质实际储量或运输量，g；

P——风险物质泄漏率；

A——河流断面面积，m²；

人身安全的风险-损失的对应关系为当C₀≥10LD₅₀(或100LC₅₀)时，C_p为1000万；当10LD₅₀(或100LC₅₀)＞C₀≥LD₅₀(或10LC₅₀)时，C_p为600万；当LD₅₀(或10LC₅₀)＞C₀≥0.1LD₅₀(或LC₅₀)时，C_p为300万；当0.1LD₅₀(或LC₅₀)＞C₀时，C_p为50万元；

(2)计算饮用水源地污染事故导致的经济损失：经济损失主要评估因突发污染事故，饮用水源地断水时受影响企业的直接经济损失，计算方法为：

$C_I=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(T_i\×M_i)$

C_I——经济损失风险指数，万元；

M_i——断水企业单位时间的净产值，万元/h；

T_i——饮用水源地断水导致的企业停产时间，h；

(3)计算饮用水源地污染事故导致的生活影响：饮用水源地污染导致的生活影响主要评估断水对居民的生活产生的直接影响，采用下式计算：

C_S＝20·T·ρ

C_S——生活影响风险指数，万元；

ρ——水源地服务人口数，万人；

T——水源地污染导致停水时间，h。

Images