CN103177302A

CN103177302A - 一种城区水库型水源地风险源评估方法

Info

Publication number: CN103177302A
Application number: CN2013101042331A
Authority: CN
Inventors: 尹魁浩; 彭盛华; 王越兴
Original assignee: SHENZHEN ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Current assignee: SHENZHEN ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明提供了一种城区水库型水源地风险评估方法，根据城区水库型水源地的风险源类别，分析主要风险源和主要风险事件，通过分析确定最大可信风险的发生概率、模拟预测风险事故时危害程度及影响范围，依据上述风险源评价指标体系及其权重，得出风险源结果。最终根据风险值，确定水源地的风险清单。

Description

一种城区水库型水源地风险源评估方法

技术领域

本发明涉及事故风险评价方法，特别涉及一种城区水库型水源地风险源定量评估的方法，该方法运用数学模型对一些定量指标进行计算，得出评价结果。

背景技术

水源地突发性水污染事件同时具备了风险事件的两大基本要素：即概率事件和影响损失，是典型的风险事件。水污染事件风险源识别程序是风险源筛选和管理的关键。

水源地风险源识别指标体系的各指标必须达到如下要求：1）指标体系应基于水源地水污染事故整个过程来选取，以完整地评价社会、环境的受影响状况，并选择其中具有代表性地因素；2）指标体系的建立须服务于管理需要。

城区水库型饮用水源地是最受关注的，也是最容易受损的环境保护目标，为了防止城区水库型水源地突发水污染事件的发生，需要对城区水库型水源地污染事件的风险进行评估，根据评估结果，防范于未燃，需要对城区水库型水源地进行污染监控，而对城区水库型水源地进行污染监控需要设计城区水库型水源地风险源进行评估方法。

发明内容

本发明的目的是为建设城区水库型水源地污染监控系统而设计的一种城区水库型水源地风险评估方法。

本发明的技术方案是：一种城区水库型水源地风险评估方法，该方法借鉴压力－状态－响应模型定义水源地水污染风险源识别体系框架，包括以下步骤：

步骤1、构建风险源识别指标体系框架，按目标大小分为四个层次，分别为目标层-准则层-主题层-指标层，并确定城区水库型水源地风险源指标层的各指标因子计算方法；

步骤2、计算各指标因子（

），表示指标因子的序号；

步骤3、对各指标按下式进行归一化处理；

式中：

为

归一化以后的标准数据、最大数、最小数；

步骤4、对各指标因子采用层次分析法确定其权重；

步骤5、计算每个风险源各指标标准值与各自权重的积的总和为该风险源的风险值。

步骤6、根据风险源的风险值将风险源根据需要划分等级，并对不同的风险等级进行相应管理。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：步骤1中，目标层是最高层次的指标，通过对风险源进行综合分析，确定其风险程度，并依据相应的标准进行分级；

准则层分别表征风险源识别过程中的事故压力、水环境状态及水源地的响应状况；

主题层包括风险源特征因子、健康因子、生态因子、污染影响因子和社会影响因子；

风险源特征因子具体分为五项：风险发生概率、污染物释放量及浓度、污染物从风险源迁移扩散到达库区时间、在库区内迁移到达取水口时间、污水处理配套设施；

健康因子和生态因子用环境状态指标表征，包括化学致癌物风险、非致癌物风险及毒性负荷；

污染影响因子表征响应变量，包括取水口的污染物浓度指数和污染时间。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：所述的风险发生事故概率通过对风险源进行调查、分析，确定各类风险源的事故发生概率，包括固定风险源事故发生概率和交通风险源发生事故概率；

所述的固定风险源事故发生概率参照中华人民共和国环境保护部《建设项目环境风险评价技术导则（征求意见稿）》 [M]. 2009。；

所述的交通风险源发生事故概率计算模型如下：

式中：P－预测年重点保护路段发生化学品风险事故的概率；

Q₁－该地区目前车辆相撞翻车等重大交通事故概率（次/百万辆·公里）；

Q₂－预测年绝对交通量（百万辆/年）；

Q3－公路对交通事故的降低率（%）；

Q4－货车占总交通量的比例（%）；

Q5－运输化学危险品车辆占货车比率（%）；

Q6－重点保护路段长度（km）。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：所述的污染物排放量包括企业类固定污染源污染物排放量和交通风险事故污染物排放量；

所述的企业类固定污染源污染物排放量包括溢火灾爆炸事故、泄露事故及非正常排放量；泄露事故及非正常排放量根据事后测量，溢火灾爆炸事故中污染物泄露量，为总储存液体的25%；

所述的交通风险事故污染物排放量根据车载量按下面规定确定：

单车载量为小于3吨时，释放50%；

单车载量为在3－5吨时，释放40%；

单车载量为在5－8吨时，释放30%；

单车载量为在8－10吨时，释放25%；

单车载量为在10－20吨时，释放20%；

单车载量为在20－50吨时，释放15%；

单车载量为大于50吨时，释放10%。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：污染物从风险源迁移扩散到达库区时间（t）与污染物迁移距离（L）及坡度（i）相关，简化为：

式中k为与距离及坡度无关的系数；

污染物在库区内迁移到达取水口时间由入库位置距取水口距离（l）及当时水流速度（v）决定：

。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：所述的污水处理配套设施决定污水收集能力，若有完善的污水分流管网，则污水收集能力为100%，若仅有完善的雨污合流管网，则污水收集能力为50%，否则为0.

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：所述的化学致癌物风险模型采用USEPA推荐的计算方法，该方法中，人平均寿命70岁，一个成人每日平均饮水量2.2L，成人平均体重70kg：

式中:

：化学致癌物综合危害风险度,单位是每年（a^-1）；

：化学致癌物i经饮水途径的平均个人健康危害风险度，单位是每年（a^-1）;

：化学致癌物i经饮水途径的单位体重暴露剂量，mg/(kgd)；

q_ig：化学致癌物i 经饮水途径的致癌系数,mg/(kg·d)；

k：化学物种类；

C_i为化学致癌物i最高浓度，mg/L；

所述的非致癌物风险模型采用USEPA推荐的计算方法，该方法中，人平均寿命70岁，一个成人每日平均饮水量2.2L，成人平均体重70kg：

式中：

：非致癌物综合危害风险度,a^-1

：非致癌物i经食入途径所致健康危害的个人平均年风险，a^-1；

D _ig：非致癌物i经食入途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；

RfD _ig：为非致癌污染物i的食人途径参考剂量，mg/(kg·d)；

l：化学品种类；

C _i：年均浓度，mg/L；

所述的毒性负荷的风险商值

的计算式为：

式中：C_W: 水体中污染物质的最高暴露浓度(mg/L)；

LC₅₀: 半数致死浓度(mg/L)。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：所述的取水口污染物浓度指数按下式计算：

式中：P：各类污染物浓度指数；

　　　P_i：单项污染物污染指数；

C_Wi：水体中污染物质的最高暴露浓度(mg/L)；

C_sd：（III类）水质标准浓度(mg/L)；

所述的取水口污染时间由实际监测或由模型计算所得的环境暴露浓度高于III类水质标准的持续时间t。

进一步的，上述的城区水库型水源地风险评估方法中：步骤5中将所有风险源的风险值的大小设定风险等级：

当风险值大于等于0而小于等于2时，设定为风险等级为Ⅰ级，此时的管理要求是对风险源进行例行管理；

当风险值大于2而小于等于5时，设定为风险等级为Ⅱ级，此时的管理要求是对风险源进行强化管理，并做好管理记录；

当风险值大于5而小于等于10时，设定为风险等级为Ⅲ级，此时的管理要求是对风险源进行强化管理，并配备相应的监控设施及应急处置方案和物质贮备。

本发明根据城区水库型水源地的风险源类别，分析主要风险源和主要风险事件，通过模型预测最大可信风险的发生概率、风险事故时危害程度及影响范围，依据上述风险源评价指标体系，运用数学模型对一些定量指标进行计算，得出评价结果。最终根据风险值，确定水源地的风险清单。

下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

实施例1，本实施例通过调查城区水库型水源地的水质状况、污染源、潜在风险源及其对水源地水质的影响，构建符合城区水库型水源地特点的风险源识别与评估方法，识别并评估水源地的风险源，最终建立水源地风险源清单。主要步骤如图1所示：

首先，依据城区水库型水源地风险源识别指标体系的构建原则，从水源地水污染风险事故的特征出发，根据事故所造成的压力、环境问题和饮用水安全等特点，参考“压力-状态-响应”模型，选取水源地水污染风险事故的特征因素，构建了风险源识别指标体系框架，按目标大小分为四个层次，分别为目标层-准则层-主题层-指标层。

目标层是最高层次的指标，通过对风险源进行综合分析，确定其风险程度，并依据相应的标准进行分级。

准则层是根据PSR模型确立的一个层级，分别表征风险源识别过程中的事故压力、水环境状态及水源地的响应状况。

主题层包括五类指标，分别对应着PSR模型的压力、响应和状态。这些指标分别包括了风险源特征、健康因子、生态因子、污染影响因子和社会影响因子，涵盖了事故发生、污染物迁移传递及污染物对各方面的影响。

指标层包括了10个指标。具体如表1所列。

表1 风险源识别指标体系框架

风险源自身的特征因子是风险源识别的基础，通过分析以往环境风险事件、参考安全评价相关理论，压力指标可具体分为五项：风险发生概率、污染物释放量及浓度、污染物从风险源迁移扩散到达库区时间、在库区内迁移到达取水口时间、污水处理配套设施，分别代表了风险源发生事故的可能性、危害程度、风险源的距离指标及事故补救措施。

状态变量主要反映了压力变量所导致的环境问题的物理、生态等可测特征，用环境要素状态指标表征。水环境状态由健康和生态两个方面三个指标来表征水环境状态，分别为化学致癌物风险、非化学致癌物风险及毒性负荷。

响应变量主要反映了事故发生后对取水口水质的影响，通过污染影响因子和社会影响因子表征该影响。污染影响因子包括污染物浓度指数和污染时间，表征对取水口的污染程度。

其次是计算上表中指标因子（

）的值，表示指标因子的序号。

1）风险发生概率

风险源发生事故的概率通过对风险源进行调查、分析，确定各类风险源的事故发生概率。

对于固定源，参照中华人民共和国环境保护部《建设项目环境风险评价技术导则（征求意见稿）》 [M]. 2009。

对于交通风险源，化学危险品运输的风险发生概率计算模型如下：

式中：P－预测年重点保护路段发生化学品风险事故的概率；

Q₂－预测年绝对交通量（百万辆/年）；

Q3－公路对交通事故的降低率（%）；

Q4－货车占总交通量的比例（%）；

Q5－运输化学危险品车辆占货车比率（%）；

Q6－重点保护路段长度（km）；

对于其他类型风险，根据具体情况分析计算。

2）污染物排放量

对于企业类固定源，风险源可能产生污染物的方式为溢火灾爆炸事故、泄露事故及非正常排放。其中爆炸事故中污染物泄露量，一般为总储存液体的25%。

交通风险事故污染物排放量，根据车载量确定如表2。

表2、车载污染物排放量与车载量的关系

3）陆域迁移时间

污染物在地表径流的夹带下进入库区的时间（t）与污染物迁移距离（L）及坡度（i）相关，简化为：

式中k为与距离及坡度无关的系数。

因此，根据上述公式判断比较风险源距离库区的距离。距离和坡度通过GIS地图获得。

4）库区迁移时间

该时间由入库位置距取水口距离（l）及当时水流速度（v）决定，简化为：

5）污水收集能力

根据所在片区污水管网的完备程度确定，可参照表3确定。其他情况可通过内插法确定。

表3

6）化学致癌物风险

学致癌物所致健康危害的风险模型采用USEPA推荐的计算方法：

式中:

：综合危害风险度,a^-1；

：化学致癌物i经饮水途径的平均个人健康危害风险度，单位是每年a^-1;

：化学致癌物i经饮水途径的单位体重暴露剂量，mg/(kgd)；

q_ig：化学致癌物i 经饮水途径的致癌系数,mg/(kg·d)；部分污染物致癌系数如表4所示；

k：化学物种类；

70为人平均寿命，a；

2.2为成人每日平均饮水量，L；

C_i为化学致癌物i最高浓度，mg/L；

70为成人平均体重，kg。

表4

7）非致癌物风险

非致癌物的风险模型也采用USEPA推荐计算方法：

式中：

：非致癌物i经食入途径所致健康危害的个人平均年风险，a；

RfD _ig：为非致癌污染物i的食人途径参考剂量，mg/(kg·d)，部分污染物参考剂量见表5；

l：化学品种类；

C _i：年均浓度，mg/L。

表5

非致癌物

Pb

Hg

CN

NH₃

苯酚

二甲苯

RfD _ig /（mg/(kg·d)）

1.4×10^-2

3.0×10^-4

3.7×10^-2

9.7×10^-1

1.0×10^-1

0.2

8）毒性负荷

污染物质的生态效应主要体现在其毒性上，通过基于USEPA的风险商值法（Risk Quotient，RQ），将实际监测或由模型估算出的环境暴露浓度与实验室测得的表征该物质危害程度的毒性数据（亦称毒性终点值，如LC₅₀值）相比较，即用环境暴露浓度除以毒性终点值得到RQ，最后将得到的风险商值与USEPA建立的关注标准（Levels of Concern，LOCs）进行比较，从而对污染物的生态风险做出判断。即：

式中：C_W: 水体中污染物质的最高暴露浓度(mg/L)；

LC₅₀: 半数致死浓度(mg/L)。

主要污染物的半数致死浓度见表6。

表6

污染物	二甲苯	苯酚
			LC ₅₀/mg/L	5000	316

9）取水口污染物浓度

根据实际监测或由模型估算出的环境暴露浓度与水质标准（III类水质标准）相比，

获得各类污染物浓度指数P，即：

式中：P_i：单项污染物污染指数；

C_Wi：水体中污染物质的最高暴露浓度(mg/L)；

C_sd：（III类）水质标准浓度(mg/L)。

10）取水口污染时间

实际监测或由模型计算所得的环境暴露浓度高于III类水质标准的持续时间，即为该风险源导致的超标时间t。

然后进行归一化处理

为保持评价体系的连续性，将各指标进行归一化处理。标准化公式为：

式中：

：为归一化后的标准值；

：为某一指标的评价值；

：分别为该指标评价值的最小、最大值；

最后进行权重分配和风险值计算

权重分配

本研究采用层次分析法（AHP）计算各指标的权重及最终各风险源的风险值。

1）指标体系构建

根据上文所述，根据水源地风险源识别指标体系，风险源的风险值最终通过10个指标衡量。

2）构造成对比较阵

比较第i个指标与第j个指标相对上一层某个因素的重要性时，使用数量化的相对权重a_ij来描述。该指标体系共有10个指标参与比较，则建立的成对比较矩阵。

成对比较矩阵中a_ij的取值按下述标度进行赋值。a_ij在1~9及其倒数中间取值。具体赋值方法如表7所示。

表7

指标i比指标j	量化值
		同等重要	1
稍微重要	3
		较强重要	5
强烈重要	7
		极端重要	9
两相邻判断的中间值	2，4，6，8

根据专家的建议，根据主题层构建的成对比较阵A为：

3）权向量计算及一致性检验

计算衡量一个成对比矩阵 A （n>1 阶方阵）不一致程度的指标CI：

式中：

：成对比矩阵 A的最大特征值；n为矩阵的阶。

矩阵A的

。故CI=0.0072。

根据下面公式计算成对比较阵 A 的随机一致性比率CR：

式中：RI为平均随机一致性指标，它只与矩阵阶数有关，具体见表28。

表8

矩阵阶数	3	4	5	6	7	8	9
								RI	0.5149	0.8931	1.1185	1.2494	1.3450	1.4200	1.4616

计算可知CR=0.008<0.1。表明矩阵A具有满意的一致性，A的不一致程度是可接受的。

因此可计算得到该矩阵的权向量为：[0.5323 0.1118 0.0675 0.2884]^Z。

同理，计算风险源特征因子各指标的权向量为：[0.0677 0.2094 0.2094 0.0677 0.4458]^Z。

根据上述计算，最终得到水源地风险源识别指标权重，具体见表9。

表9

根据上述权重值，风险源风险值Ri计算公式为：

根据上面的水库型水源地风险评估方法，可以指导风险源分级和管理应用，根据风险源风险值，将风险源划分为3个等级，代表了不同的风险管理要求。如表10所示。

表10

风险值	风险等级	管理要求
			0≤Ri≤2	I	对风险源进行例行管理。
2＜Ri≤5	II	对风险源进行强化管理，并做好管理记录。
			5＜Ri≤10	III	对风险源进行强化管理，并配备相应的监控设施及应急处置方案和物质贮备。